SU1388601A1 - Способ изготовлени поверхностей трени металлических деталей нефтепромыслового оборудовани ,работающих в паре с эластомером - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к машиностроению , .преимущественно нефт ному, к способу изготовлени  поверхностей трени  деталей резинометаллической опоры турбобура. Цель изобретени  - повьшение долговечности оборудовани  и воспроизведение смазочных каналов в процессе изнашивани . На поверхности деталей создают спирально расположенные зоны с различной твердостью глубиной не менее расчетной величины допустимого линейного износа. Зоны вьшолн ют с отношением ширины упрочненной области к рассто нию между границами соседних упрочненных областей по определенной зависимости . Затем прирабатывают поверхность в абразивосодержащей среде . На поверхности трени  формируютс  смазочные каналы и выступающие участки профил , создающие распределение контактных давлений в системе металл-эластомер. Спиральна  ориентаци  зон различной твердости преп тствует шаржированию абразива в эластомер, способствует равномерному распределению смазки по контакту и вытеснению абразива из контакта в направлении раскручивани  спирали. 2 ил. о (Л о:) оо х Oi

Description

Изобретение относитс  к машиностроению , преимущественно нефт ному , и может быть использовано в качестве способа изготовлени  поверхностей трени  деталей резинометал- лической опоры турбобура.

Целью изобретени   вл етс  повышение долговечности оборудовани  за счет удалени  абразива из рабочей зоны и воспроизведени  смазоч- ных каналов в процессе изнашивани .

На фиг. 1 схематически показана структура поверхностного сло , состо ща  из спирально расположенных областей с различной твердостью в сечении, перпендикул рном напралению спирали; на фиг. 2 - профиль поверхности после завершени  приработки в .паре с эластомером в гидроабразивной среде.

Дл  осуществлени  способа сначала определ ют номинальное давление Р N/S, исход  из нормальной нагрузки N, действующей на конкретный узел и площади поверхности эластичной детали S, трущейс  по сопр женной металлической.

Затем задаютс  значением сопротивлени  раздиру G материала, из которого изготовлен зластичный элемент пары трени , и выбирают способ локального упрочнени , например наплавку , пайку, непыление, электроннолучевое или лазерное упрочнение, установку твердых вставок и т.д. Делают пробное упрочнение и известными методами, в частности по металлографическим шлифам, изготовленным в сечении, перпендикул рном направлению спирали, в соответствии с фиг.1 наход т значени  твер достей зон 1 и 2. При этом зтрочнение зоны вьтолн - ют не менее расчетной величины допустимого линейного износа ч сп и с отношением ширины упрочненной зоны Ь к рассто нию между границами соседних упрочненных зон Ь в пределах

(1)

ID - твердость материала между границами соседних упрочненных зон;

К - коэффициент, значени  которого принадлежат множеству, наход щемус  на пересечении областей допустимых значений коэффициентом К, и К,:

(2)

15

(3)

0,05 К, 0,2.

Отношение значений твердостей зон 1,2 ну HO должно удовлетвор ть неравенству И,,

- 2 10 . (4) о

Полученные данные подставл ют в выражение (2) и наход т множество значений. К. Если К, Kj, то дл  реализации способа необходимо увеличить номинальное рабочее давление либо использовать в узле эластомер с

более низким значением G. Если ,,

то необходимо уменьшить соотношение изменением технологии упрочнени , снизить давление Р, либо подобрать эластомер с высоким значением Gt

При пересечении множества значений К и К создаютс  услови , при которых сочетание параметров G, Р, К.) и HO позвол ет реализовать способ. С этой це;1ью дл  К выбираютс  значени , одновременно принадлежащие област м изменени  К и Kj. Эти значени  подставл ютс  в выражение (1) и рассчитьгоаетс  множество значений by/b. Способ реализуетс  дл  всего множества by/b при фиксированных параметрах С, Р, Н и Нд. Ширину b у выбирают исход  из технико-экономических возможностей метода упрочнени . Минималбна  ширика Ьц должна быть более диаметра абразивной частицы, т.е.

(5)

- сопротивление раздиру эластомера j

- номинальное давление; - твердость материала упрочненных зон;

На упрочненной детали (фиг.1) провер ют соответствие расчетным данным отношени  (на глубине, равной величине припуска под финишную механическую обработку h ) и /Ь JI (на глубине допустимого линейного износа Ьдо). Если твер- .дость зон 1 и 2 измен етс  по глубине , то производ тс  самосто тельные расчеты допускаемых значений ЬУ/ЬО на различном удалении от поверхности до глубины h д,п и осуществл етс  соответственно корректировка технологических режимов.

Затем деталь прирабатывают в абразивной среде в паре с эластомером до получени  требуемых каналов. Обработка поверхности по рассчитанным параметрам позвол ет обеспечить высокую износостойкость сопр жени  .

При вьшолнении всех указанных условий на поверхности трени  формируютс  смазочные каналы и выступающие участки профил , которые создают некоторое распределение контактных давлений в системе металл-эластомер, На выступах создаютс  давлени , обес печивающие плотный контакт с резиной и способствующие выводу абразива с выступа профил  в каналы. В каналах после приработки давлени  снижаютс  до величин, обеспечивающих свободное перекатывание абразива и удаление его из контакта. При этом выдерживаетс  такое соотношение давлений , при котором давлени  на выступах не превышают некоторого критического , вызывающего механический раз- дир резины, а в каналах создаютс  давлени , преп тствующие интенсивному попаданию в них абразива из рабочей среды.

Спиральна  ориентаци  зон различной твердости препА-ствует шаржированию абразива в э-ластомер, способствует равномерному распределению смазки по контакту и вытеснению абразива из контакта в направлении раскручивани  спирали. Глубина зон различной твердости должна быть не менее величины допустимого линейного износа детали, что обеспечивает реализацию способа в течение, всего периода эксплуатации узла трени .

Пример. Производилс  расчет параметров Ьу/Ъ дл  изготовлени  поверхности трени  металлического диска осевой опоры турбобура. В качестве метода локального упрочнени  бьша выбрана лазерна  обработка. Использовалс  COi-лазер мощностью

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1,1 кВт, луч диаметром 0,05 м фокусировалс  на поверхности диска, а ось луча была перпендикул рна поверхности диска. Скорость сканировани  луча составл ла 0,9 м/мин. Материал диска сталь 40Х в нормализованном состо нии микротвердостью Н 2100 МПа. Произвели пробное упрочнение диска. Обнаружили, что лазерна  обработка обеспечивает высокое качество поверхности и не вызывает короблени  дисков, что позволило отказатьс  от финишной механической обработки, поэтому прин ли bf,p 0. Изготовили металлографический шлиф в сечении, перпендикул рном направлению сканировани  лазерного луча. Травление поверхности шлифа 3%-ным раствором HNOj в этиловом спирте позволило вы вить, что упрочненна  зона имеет сегментную форму, а глубина упрочнени  составл ет 2,3 мм. Вымерили, на измерительном микроско . МП КС

пе ширину зоны и получили b 2,2 мм, на глубине допустимого линейного износа (дл  диска осевой опоры турбобура h доп - 2 мм) - мм. Измерени  микротвердости на приборе ПМТ-3 показали, что значени  твердости распределены равномерно по упрочненной области и составл ют в среднем Н 8080 МПа. Исход  из того, что нагрузка на опору, турбобура 3TCU11-195 составл ет 8330 Н, а .площадь резиновых по- душей подп тника - S 5,1-10 м, определили величину номинального рабочего давлени  Р 1,6 МПа. В качестве материала резиновых подушек подп тника использовалась нитриль- на  резина ИРП-1226, дл  которой G 6,5 МПа. Тогда К., из соотношени  (2) вьфазитс  0,07 ,22, учитыва , что 0,05 Kj 0,2 из множества К, и К коэффициенту К прИ надлежит 0,07 К 0,2, тогда из (1) получим дл  ВУЬо 0,1-7,6. Исход  из того, что диаметр абразивных частиц в буровом растворе составл ет 0,1-0,2 мм, и,-учитыва  конструктивные соображени , выбираем величину ,/иин f. % 0 0,3 мм, тогда на глубине допустимого линейного износа (Ьдо 2 мм) имеем 0,85 мм, соот55 ветственно получим b

мех КС

, ««н 1

/Ъ

«ин

V о -

1,8,т.е. результаты расчетов укладываютс  в диапазоне 0,1-7.6.

5. 1388601

Торцовые (рабочие) поверхности диска обрабатьтали при скорости сканировани  луча 0,9 м/мин и величине поперечной подачи диска 2 ,,5 мм/об. После обработки деталь не шлифовалась.

Испытани  показали, что по срав- ненрю с контрольными дисками повышена износостойкость в 1,5-2 раза.

5

гд

10

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ изготовлени  поверхностей трени  металлическ1)1Х деталей нефтепромыслового оборудовани , работаю- щих в паре с эластомером, заключающийс  в том, что на рабочей поверхности детали создают спирально расположенные зоны с различной твердостью и формируют смазочные каналы, о т - личающийс  тем, что, с целью повьш1ени  долговечности воспроизведени  смазочных каналов в процессе изнашивани , упрочненные зоны выполн ют глубиной не менее расчетной величины допустимого линейного игз о- са и с отношением ширины упрочненной зоны к рассто нию между границами соседних упрочненных зон в пределах

   гггОЖ

   °У K-G - Р К Н

   P---.K.G

   где Ь,, - ширина упрочненной зоны;

   Ьд - рассто ние между границами соседних упрочненньк зон;

   G - сопротивление раздиру элас- .томера;,

   Р - номинальное давление;

   Н,, - твердость материала упрочненных ЗОН}

   Нд - твердость материала между границами соседних упрочненных зон;

   К - коэффициент, численные значени  которого принадлежат множеству, наход щему- с  на пересечении областей дoпycти   Ix значений коэффициентов К , и Kji ,

   V f г н; iS,1G

   0,05 i К ,2,

   а затем прирабатывают поверхность детали в абразивосодержащей среде до получени  смазочных каналов.

   фиг.

   t/ftfu t/U9ffffcoS/9«f3u ffMe vacmt/v fу остамер

   Af

   tffua.Z