橡胶密封件常见的失效原因主要有4种:设计错误、选材错误、密封件质量问题和使用不当。
1.设计错误
设计错误通常是由于设计人员对产品认识不足造成的。比如对密封件承受的压力估计不足、对密封面上接触应力分布的认识有误、安放密封件的沟槽设计不合理。
有限元分析(FEA)常常被用来辅助密封件的设计和失效分析。曾有一个密封件,该密封件以塑料为主体,局部包上橡胶。客户在检测零件的过程中发现,塑料部分在测试时容易破裂,从而得出结论是:塑料件在二次成型时(即将橡胶包覆在塑料件上)被损坏了。后经过分析发现,塑料件都是在一个地方破裂的。通过有限元分析,我们发现,塑料件的破损部位实际上是密封件受到最大应力的地方,此处应力已经远远超过塑料所能承受的。
如果在设计的时候客户就用有限元方法分析过该产品,不但可以避免类似的错误,还可以节省其时间和金钱。当然,想要成功的分析预测橡胶密封件的性能,不但要有合适的有限元分析软件,还要有丰富的材料经验、建模经验和长期的数据积累。
2.选材错误
常用的橡胶密封材料有三元乙丙橡胶(EPDM)、丁腈橡胶(NBR)、硅橡胶(VMQ)、氟橡胶(FKM或者FPM)和氯丁橡胶(CR)等。这些橡胶的特性各不相同,应用也不同。选择材料要从多方面考虑,比如使用温度、材料是否耐受介质、材料的硬度、压缩永久变形和耐磨性等各种因素,选材错误常常是因为设计人员对各种材料的性能不熟悉。 经验丰富的橡胶密封件供应商能一开始就指出选材的问题。
3.密封件质量
密封件的生产质量与最终产品的可靠性密切相关。常见的问题有:原材料质量不稳定、橡胶混炼时投错原料、原料或者混炼胶储存不当(交叉污染)、胶料混炼不均匀、硫化条件(温度、时间、压力等)不妥、密封件产品保存不当、模具使用不当等。这些问题往往涉及到生产过程中的质量控制。定货方在选择密封件生产厂时,应该经过多次考察、调研并进行产品测试。在供货的过程中,还可要求密封件的生产企业提供真实、准确的检验报告。
4.密封件使用不当
一个好密封件,如果使用不当,也会造成整个产品失效,比如润滑油使用错误。用错了润滑油,材料本身不耐矿物油类的润滑油。客户涂上这种润滑油,会造成产品体积溶胀。后来让客户改用硅油就没有问题了。另外一类常见的问题为安装错误。比如在0圈装配过程中产生了扭曲;由于安装不当而造成密封件受压不均匀;密封件的润滑不够等失误。如果这些失误是由密封件的生产厂家造成的,那么这属于生产质量所控制的范围之内。如果由定货方或者第三方造成,那么就属于使用不当了。当今科技日新月异,市场上出现了很多新的密封件材料和工程设计,以满足各种苛刻的使用要求。同时,大多数密封件的制造商也采用了科学的质量管理体系,遗憾的是,这些努力都不能杜绝密封件失效。因而,失效分析就显得更为重要了。