O形环不良品的原因分析及对策

黄海宜 黄伟芳

[摘要] 从降低成本及缩短交货期角度，O形环由进口改为国产。在切换的过渡阶段，出现少量O形环无法安装，需对不良品进行分析，并做出预防对策。在介绍O形环的使用概况后，通过数据对比分析和O形环规格校验的方法来分析原因。

[关键词] O形环；无法安装；原因分析；预防对策

在离心式冷水机组中，O形环作为各部件联接的密封件被广泛使用，而进口品的成本比国产品贵30%~100%，货期60天，远多于国产品的15天。O形环作为标准件，具体通用性和替代性。在不影响使用性能的情况下，从降成本及缩短货期角度，O形环由进口改为国产。在切换的过渡阶段，出现少量O形环无法安装，需对不良品进行分析，并做出预防对策。本文将介绍O形环的使用概况，通过数据对比分析和O形环规格校验的方法来分析原因。

1.使用概况

本次不良品共有3款，为日本品牌在国内生产的制品。在此之前，这3款制品一直从日本进口，且从未出现不能安装的现象。对于此次出现不能安装的问题，令人费解，因为国产O形环的尺寸参数和进口品一致，已按流程通过了初物认定、装机试验、可靠性评价，按理说可以直接替换。O形环的材料为HNBR，硬度为A80/S±5，材料番号为H8-9010，规格参数执行标准为JIS B2401-2012 ，外观质量等级为N级。O形环的加工方法分两类：一类是模具一次成型，主要是针对通用标准品；另一类是带状连接成型，主要是针对大尺寸非标品。本次不良制品为带状连接成型品。

2.数据对比分析

国产品与进口品实测数据对比，见表1。

表1数据对比

编号 产品规格值 硬度 截面直径 O形环内径 表面状态

① 国产品 5.33±0.12

380.37±2.03 78 5.35 381.07 不削棱边，光滑无异常

进口品 77 5.29 378.41 削棱边，光滑无异常

② 国产品 5.33+0.12

405.26±2.03 77 5.29 405.95 不削棱边，光滑无异常

进口品 77 5.27 403.47 削棱边，光滑无异常

③ 国产品 5.33+0.12

570.00±2.54 79 5.33 571.14 不削棱边，光滑无异常

进口品 78 5.28 567.63 削棱边，光滑无异常

由表1可知：1） 硬度、截面直径、O形环内径方面： 进口品和国产品均在规格值范围内，但国产品的内径集中在上偏差，进产品的内径集中在下偏差。2） 表面状态：国产品有棱边，棱边值小于0.1mm，符合JIS B2401 标准要求，且图纸上没有提出削棱边要求。两者光滑无异常，外观质量符合N级要求[1]。

由此确认了国产制品附合图纸要求，排除了制品不按要求生产引起不良的可能。

3.0形环规格校验

3.1 确认O形环的安装方式

编号①，②，③的制品均为圆筒面安装（静密封）,如图1所示。圆筒采用基孔制，公差等级为H7，配合孔的偏差较小，可忽略不计，即O形槽外径基本尺寸d9等于内孔基本尺寸d4。

3.2 确认O形环对应的系列号

系列号分P系列（运动用）、G系列（固定用）、F系列（一般工业用）、S系列（航空用）[2]。此次3款制品均属于一般工业用的F系列。根据JIS B2401-2 ：2012 沟槽形状及尺寸的附录A和附录JB，结合实际应用情况，圆筒面静密封用的O形环设计规则为：O形环截面压缩率C为15~20%, 内径拉伸率0.5~2%。O形环不同的截面直径d2可适用的截面压缩率范围如图2所示。

3.3校验O形环的内径

通过已知基本参数，计算O形环的最小拉伸率和最大拉伸率、最小截面压缩率及最大截面压缩率。计算过程中，O形环的截面直径偏差和O形槽深偏差数值较小，忽略不计。编号①、②、③制品对应的槽外径基本尺寸d9分别为390mm、415mm、580mm， 偏差h均为-（0.2～0.3）mm，槽深t均为4.2mm；O形环规格参照表1。

1) O形环最大拉伸率Smax%出现在O形槽底最大直径d3max且O形环最小内径d1min时，可表示为

Smax%=(d3max-d1min)/ d1min % (1)

式中 d3max=d9-2*t+h max(2)

h max为O形槽外径偏差上限, 即-0.2mm。

2)O形环最小拉伸率Smin% 出现在O形槽底最小直径d3min且O形环最大内径d1max时,可表示為

Smin%=(d3min-d1max)/ d1max % (3)

d3min= d9-2*t+h min (4)

h min为O形槽外径偏差下限, 即-0.3mm。

3)O形环拉伸后截面直径为d*2 ，截面减少率为R，当拉伸率S%在0~3%，R可表示为[2]

R=0.01+1.06*S-0.1*S*S (5)

则最小截面压缩率Cmin可表示为 Cmin=[(d*min-tmax)/d*min]*100 (6)

式中d*min= d2-d2*Rmax/100 (7)

最大截面压缩率Cmax可表示为 Cmax=[(d*max-tmin)/d*max]*100(8)

式中 d*max= d2-d2*Rmin/100(9)

将已知参数代入式(1)～式(9)，可得出：编号①、②、③制品对应的O形环最小拉伸率Smin%分别为-0.45%、-0.43%、-0.31%；O形环最大拉伸率Smax%分别为0.97%、0.98%、0.78%；最小截面压缩率Cmin分别为17.61%、17.60%、17.74；最大截面压缩率Cmax均为19.32%。

3.4 对策

本次不良品产生的原因是预拉伸率过小，当制品处于上偏差时，O形环内径大于槽底直径，导致无法安装。O形环按最小拉伸率0.5 %重新设计，通过式（1）~（9）计算，则结果为：编号①、②、③制品对应的内径计算值 d2分别为376.75mm、401.47mm、565.41mm；此时最大拉伸率Smax%分别为1.95%、1.94%、161%；最小截面压缩率Cmin分别为16.98%、16.98%、17.18%；最大截面压缩率Cmax均为18.91%；各项指标均符合要求。为避免再次出现此类问题，应对全系列的O形环进行校验，根据结果变更技术图纸，通知供应商按最新参数生产及管控。

4.结语

对于圆筒面安装的O形环，预拉伸率不应太小，至少要满足O形环在最大上偏差时的预拉伸率不小于0，以避免制品处在上偏差时无法安装。根据制品的尺寸、密封性能，预拉伸率设定为0.5~2%，而不采用标准推荐的2~3%。

5.参考文献

[1] JIS B2401-3-2012外观质量等级[S]

[2] JIS B2401-2-2012沟漕形状及尺寸[S]

[3] JIS B2401-1-2012O形环[S]