Способ изготовления армированного прокладочного материала

Изобретение относится к области уплотнительной техники, преимущественно, к производству многослойных армированных прокладочных материалов и прокладок, выполненных из этих материалов, в частности плоских фланцевых прокладок, применяющихся в автомобилестроении. Способ изготовления армированного прокладочного материала включает наложение перфорированной металлической фольги с односторонним расположением зубцов перфорации на лист из терморасширенного графита с обоих его сторон и их последующее механическое соединение при приложении давления посредством внедрения зубцов металла в терморасширенный графит. Перфорированный лист изготовляют путем его пробивки пуансонами с углом заточки от 40 до 65°, при этом площадь перфорированных участков составляет не менее 2,0% от всей площади фольги. Техническим результатом изобретения является повышение прочности соединения, стойкости к адгезии при комнатной и повышенных температурах, жесткости материала и достижение многоразовости использования прокладок. 10 з.п. ф-лы.

 

Область техники.

Изобретение относится к области уплотнительной техники, преимущественно к производству многослойных армированных прокладочных материалов и прокладок, выполненных из этих материалов, в частности плоских фланцевых прокладок, применяющихся в автомобилестроении.

Предшествующий уровень техники.

В уровне техники представлены многочисленные технические решения, относящиеся к способам изготовления армированных прокладочных материалов.

Например, в патенте CN 1101602 раскрывается способ получения армированного прокладочного материала, в соответствии с которым осуществляют наложение листов из терморасширенного графита с низким содержанием серы на металлический перфорированный лист с двухсторонним расположением зубцов перфорации и их последующее механическое соединение при приложении давления посредством внедрения зубцов металла в уплотнительный материал. Данное изобретение позволяет повысить стойкость прокладочного материала к действию возникающих высоких удельных давлений и увеличить теплостойкость при этих давлениях.

Наиболее близким техническим решением к предложенному способу является способ, раскрытый в патенте US 4723783. В соответствии с данным способом, изготавливают, по меньшей мере, один слой из алюминиевого перфорированного листа с односторонним расположением зубцов перфорации, затем осуществляют наложение упомянутого алюминия листа на слой из терморасширенного графита и их последующее механическое соединение при приложении давления посредством внедрения зубцов металлического перфорированного листа в слой терморасширенного графита.

К недостаткам обоих технических решений относится то, что получаемый прокладочный материал и соответственно прокладки из этого материала, не обладают высокой антиадгезионной стойкостью, плохо держат форму при эксплуатационных нагрузках, а также их нельзя использовать многократно, поскольку уплотняющие материалы, из которых они выполнены, при эксплуатационных нагрузках, особенно, при повышенных температурах, становятся хрупкими.

Раскрытие изобретения.

Задачей изобретения является получение жесткого армированного прокладочного материала с улучшенной прочностью соединения слоев, стойкостью к адгезии при комнатной и повышенных температурах, способностью удерживать форму при эксплуатационных нагрузках.

Поставленная задача решается способом производства многослойного прокладочного материала, включающим изготовление, по меньшей мере, одного слоя из металлической перфорированной фольги с односторонним расположением зубцов перфорации, ориентированных перпендикулярно поверхности металлической фольги, наложение упомянутой металлической фольги на слой из терморасширенного графита и их последующее механическое соединение при приложении давления посредством внедрения зубцов в слой терморасширенного графита, в соответствии с которым перфорированную фольгу изготовляют путем ее пробивки пуансонами с углом заточки от 40 до 65°, при этом площадь перфорированных отверстий составляет не менее 2,0% от всей площади фольги.

В частных воплощениях изобретения поставленная задача решается тем, что:

- площадь перфорированных отверстий составляет 3-10% от всей площади фольги;

- изготавливают два слоя перфорированной металлической фольги, при этом наложение фольги осуществляют с каждой стороны слоя из терморасширенного графита;

- используют металлическую фольгу в рулонах, толщиной 0,05-0,5 мм;

- толщина слоя терморасширенного графита составляет от 1 до 5 мм;

- металлическую фольгу выполняют из стали, преимущественно из нержавеющей;

- металлическую фольгу выполняют из цветного металла или сплава на его основе;

- механическое соединение осуществляют путем прокатки в валках;

- механическое соединение осуществляют путем прессования;

- после механического соединения проводят формирование прокладок;

- прокладку формируют путем ее вырубки из многослойного прокладочного материала.

Сущность изобретения состоит в следующем.

Многослойный материал выполняется из тонких металлических листов, в качестве которых может быть использована металлическая фольга, и более толстого по отношению к металлическим листам листа терморасширенного графита.

Расчеты и исследования показали, что прочное соединение тонкого металлического листа (фольги) с листом терморасширенного графита толщиной 1-5 мм может быть получено, если использовать пробойные пуансоны с углом заточки не менее 40°, но не более 65°, при этом площадь перфорированных участков должна составлять не менее 2,0% от всей площади фольги.

В этом случае получаются зубцы перфорации, которые ориентированы перпендикулярно поверхности металлического листа, но имеют отогнутую в стороны от отверстия верхнюю часть. Такое выполнение зубцов обеспечивает наилучшее соединение - загнутая верхушка зубца в силу ее малых размеров не сминается и зацепляется за волокна графита по принципу «репейника».

Прочность соединения графитового листа и фольги также зависит от плотности нанесения перфорированных отверстий, которая может быть оценена как соотношение площади отверстий к общей площади металлической фольги. При площади отверстий, занимаемой менее чем 2% от площади фольги, получение прочного соединения затруднено. Верхнее значение этой величины будет ограничиваться только прочностью металла, из которого выполнена фольга. Желательно, чтобы площадь перфорированных участков составляла от 3 до 10% от всей площади фольги. В этом случае для получения прочного соединения нужны меньшие усилия при приложении давления.

Форма зубцов подбиралась с учетом специфики использования в качестве уплотнительного материала терморасширенного графита. Зубцы обязательно должны быть ориентированы перпендикулярно поверхности фольги, поскольку исследования показали, что их выполнение под углом к поверхности неизбежно приведет к расслоению армированного материала -такие зубцы «закатываются» в графитовый лист и располагаются параллельно ему, не обеспечивая должного сцепления.

Односторонняя перфорация выполняется в виде рядов пробитых отверстий. Перфорирование осуществлялось несколькими рядами пробивных пуансонов (10-12 рядов), установленных на общем основании. Пробивные пуансоны представляют собой цилиндрические стержни, заточенные под определенным углом. В своей верхней части они выполняются в виде конуса или пирамиды, например, с четырьмя гранями.

Для достижения оптимальной жесткости прокладки иногда бывает достаточно использовать один металлический слой. Однако желательно нанести тонкие металлические слои с обеих сторон слоя из терморасширенного графита, что позволяет получить то соотношение толщин слоев, при котором формируется нужная жесткость прокладочного материала, позволяющая ему эксплуатироваться при повышенных температурах в агрессивных средах при сохранении первоначальной формы, а также улучшенная стойкость к адгезии. Кроме того, получение материала, содержащего два металлических слоя, между которыми заключен слой из терморасширенного графита выгодно еще и потому, что позволяет получить прокладку путем ее вырубки с завальцованной периферийной частью, представляющей собой, фактически, сплошное покрытие из металла фольги, что позволит исключить последующую окантовку как самой прокладки, так и технологических отверстий, например, для маслопроводов или охладительной жидкости.

Выбор металла, из которого выполнена фольга, обусловлен эксплуатационными характеристиками, которые закладываются в прокладку. При эксплуатации прокладок в агрессивных средах или при высоких температурах, используется фольга из нержавеющей стали или из никелевого сплава. Если условия более мягкие, то используется фольга из обычной конструкционной стали или из сплава на основе алюминия или меди. Желательно использовать отожженную фольгу.

Механическое соединение можно осуществлять как путем прокатки, так и совместного прессования.

Из полученного материала могут быть сформированы прокладки путем вырубки из армированного листа. В этом случае на боковых сторонах прокладки образуется покрытие из металла фольги при его завальцовке в процессе вырубки. При последующей эксплуатации прокладки в сжатом состоянии, покрытие поджимается и надежно предохраняет графитовый лист от повреждений.

Формирование прокладок не исчерпывается их вырубкой. Прокладки также могут быть вырезаны из материала ножницами или сформированы любым другим известным способом.

Пример.

Армированный прокладочный материал получали из отожженной фольги нержавеющей стали марки 08Х12Т толщиной 100 мкм и шириной 620 мм и листа терморасширенного графита «Графлекс»® толщиной 3 мм, шириной 620 мм с исходной плотностью 1,0 г/см³.

Фольга, намотанная на катушку, разматывалась и поступала на перфоратор.

Фольгу протягивали на шаг, останавливали и осуществляли ее перфорирование. Перфорирование фольги проводили пробивными пуансонами, собранными в виде гребенки, ширина которой равнялась ширине получаемого материала, а длина соответствовала 12 рядам пуансонов, установленных с шагом 4-6 мм. Пробойники изготавливали с диаметром цилиндрической части, равным 1,05 мм, выполненными в верхней части в форме призмы, имеющей в сечении квадрат, заточенными под углом от 40 до 65°.

В процессе перфорирования, пробойники совершали возвратно-поступательные движения. После пробивания отверстий пробойники поднимались, фольгу еще протягивали на шаг и продолжали перфорирование.

Одновременно осуществлялась смотка перфорированной фольги на Другую катушку.

Для проведения механического соединения полученную фольгу разматывали и накладывали со стороны зубцов на листы расширенного графита с двух его сторон, после чего осуществляли прокатку в валках.

Для получения прессованного соединения, фольгу и графитовый лист разрезали на мерные отрезки одинаковой величины и запрессовывали в штампе.

Полученный таким образом уплотнительный материал поступал на вырубной штамп, где из него получали прокладки для соединения выхлопного коллектора с головкой блока цилиндра в легковых автомобилях. Прокладка представляла собой плоскую деталь сложной формы с отверстиями для трубы и крепежа. Боковые края прокладки, также как и края всех отверстий, были покрыты фольгой. Визуальный осмотр показал, что покрытие не имело несплошных участков.

Стендовые испытания прокладок показали, что полученные прокладки не деформируются в процессе испытаний и обладают повышенной прочностью. Последующий за испытаниями демонтаж прокладок показал, что прокладки легко разбираются и при необходимости наружная фольга легко может быть заменена на новую. В то же время, графитовый слой не подвергся никаким изменениям и мог бы быть использован в новой прокладке.

Таким образом, изобретение позволяет получить прокладочный материал с механически скрепленными слоями, обладающий прочным соединением и высокими эксплуатационными характеристиками, способный обеспечить хорошее уплотнение.

Необходимо отметить, что данное изобретение не исчерпывается объемом притязаний, изложенным в формуле. Специалисту в данной области ясно, что над полученным армированным листом или прокладками можно осуществлять дополнительные манипуляции для еще большего улучшения эксплуатационных характеристик. На материал или прокладку могут быть нанесены дополнительные покрытия, например, из политетрафторатэтилена (тефлона) для обеспечения стабильного и длительного снижения трения. Отверстия в прокладке могут быть дополнительно армированы накладками, выполненными из прочного металла и т.д.

1. Способ производства многослойного прокладочного материала, включающий изготовление, по меньшей мере, одного слоя из металлической перфорированной фольги с односторонним расположением зубцов перфорации, ориентированных перпендикулярно поверхности металлической фольги, наложение упомянутого металлической фольги на слой из терморасширенного графита и их последующее механическое соединение при приложении давления посредством внедрения зубцов в слой терморасширенного графита, отличающийся тем, что перфорированную фольгу изготовляют путем ее пробивки пуансонами с углом заточки от 40 до 65°, при этом площадь перфорированных отверстий составляет не менее 2,0% от всей площади фольги.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что площадь перфорированных отверстий составляет 3-10% от всей площади фольги.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что изготавливают два слоя перфорированной металлической фольги, при этом наложение фольги осуществляют с каждой стороны слоя из терморасширенного графита.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют рулонную металлическую фольгу толщиной 0,05-0,5 мм.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что толщина слоя терморасширенного графита составляет от 1 до 5 мм.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что металлическую фольгу выполняют из стали, преимущественно из нержавеющей.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что металлическую фольгу выполняют из цветного металла или сплава на его основе.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что механическое соединение осуществляют путем прокатки в валках.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что механическое соединение осуществляют путем прессования.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что после механического соединения проводят формирование прокладок.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что прокладку формируют путем ее вырубки из многослойного прокладочного материала.