[发明专利]用于切割复合材料的方法和装置及复合材料制的密封装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料制的密封装置、适用于这种密封装置的复合材料以及用上述复合材料制成密封装置的方法和设备。

背景技术

在许多应用中使用诸如密封圈和密封带等的密封装置以在配合面之间提供气密密封和液密密封。在诸如盖和开口的配合面之间的密封等的应用中，配合面中的至少一个通常设置有定位槽、肩部或平坦区域以用于接收弹性密封材料环或弹性密封材料圈或弹性密封材料带形式的密封装置。在单个定位槽或肩部的特定情况下，密封装置的尺寸被设定成：使得在配合面接触之前该密封装置可以延伸超过定位槽的边，并且在两个配合面准确定位且接触之后该密封装置与两个配合面接触并施加抵靠该两个配合面的密封力。由于弹性密封装置只能改变形状而在体积上通常不能发生大量改变，所以密封装置的尺寸与该密封装置将要使用到的定位槽的尺寸必须配合仔细，显而易见，密封装置的体积必须比该密封装置将要使用到的定位槽的容积小。在对向配合面中的每一个均设置一个槽的两个定位槽的情况下，密封装置的总高度通常比两个定位槽的组合深度大。目前的密封装置通常由弹性材料制成，以起弹性且最好柔软(即，它们由具有低杨氏模量的材料制成)的密封件(seal)的作用。因为密封装置的刚性比较像煮熟的意面而使得该密封装置容易下垂变形，所以难以使高弹性的较大密封装置和槽的配合自动化。这意味着，该密封装置和槽通常需要手动配合。

在处理或运输部件时，可以容易地将弹性密封装置(特别是当该装置的周长小于约30cm时)配合且保持在仅具有凹形弯曲的槽(例如环形槽)中，但是在包括凸形弯曲的形状更为复杂的槽中，由于该密封装置具有弹性使其可能采用不期望的方向(例如该密封装置容易与弯曲的内半径接触而可能不是位于槽的中间)和/或不均匀伸展(因此，例如，在弯曲区域中变得不理想的薄)或者甚至从槽中脱落，所以难以将密封装置准确定位且保持在槽中。为了克服这些问题，如图1a)和图1b)所示，密封装置1可以设置有等间隔的横向突出部3，该横向突出部3可以捕获形成于部件11的配合面9中的槽7的壁5，由此可以在适当的位置保持该装置。这种突出部增加了密封装置的成本，由于这种突出部对密封装置的刚性增加不大，因而不能解决如何将弹性密封装置容易地且可靠地配合到槽中的问题。

为了克服上述问题，已知提供如下的垫片式密封件，该密封件由例如金属或复合材料的薄刚性片材形式的基板制成，该密封件在一个或多个面上设置有例如橡胶的弹性材料。通常在两背向面上设置弹性材料。从EP690252中可知将这种垫片用作内燃机的气缸盖密封件的示例。根据该专利，垫片可以通过从复合材料片中切割期望的形状来形成，该复合材料片包括在两弹性体层之间定位的增强电镀金属片。在两转动刀片之间发生切割。当使用该方法切割金属片时产生的问题是，受到刀片转速的限制，这是一个缓慢的过程，这意味着最终垫片的成本很高。

GB1272523涉及用于生产包括金属原材层(stock layer)的刚性垫片或密封圈的方法，该金属原材层具有一个或两个垫片原材层。金属原材层通常是金属平板，该金属平板具有由该板的厚度分开的平行的两个主表面。垫片原材层材料包括橡胶片，该橡胶片具有由该橡胶的厚度分开的两个主表面。该专利描述了用于制造垫片的两个基本方法。第一个方法是，通过使金属板和橡胶片的主表面接触而使金属和垫片材料接合在一起，并且模切作为整体的金属和垫片材料。在模切中，待被裁切的部件载置在冲头和模具之间。通过冲头和模具的边缘经过彼此实现部件的期望的形状。通常，模具的开口比冲头大以允许冲头顺利进入模具中。第二个方法是，分别模切金属和垫片材料，然后将它们接合在一起。第一个方法的问题是，不可能精确地控制最终垫片的宽度或直径。这是因为模切会由于对材料进行的切割而导致表面破损并且容易使复合材料弯曲(bow)或翘曲(warp)，即，垫片的主表面不再是平直的平行面。这可以从图2至图4中看出，图2-4示出现有技术中已知的简单模切。图2a)示意性示出了冲头21和模具23，冲头21和模具23用于切过复合材料25的片(即母体原料22)以形成部分24。复合材料25由为刚性片材的基板27制成，该基板27在两主面分别包覆有弹性材料的上片29和下片31。冲头21具有切割边缘33，该切割边缘33可以如箭头所示地上下移动。模具23具有切割边缘35，该切割边缘35从冲头切割边缘33跟随的路径移位了距离d。该距离d是切割间隙。通过将冲头21移动到如虚线所示的位置来实现复合材料25的切割。在该位置，冲头切割边缘33与模具切割边缘35间隔距离d并与模具切割边缘35平行地穿过复合材料25，由此将部分24与母体原料22分开。