Способ изготовления поверхностей трения металлических деталей нефтепромыслового оборудования,работающих в паре с эластомером

Способ изготовления поверхностей трения металлических деталей нефтепромыслового оборудования,работающих в паре с эластомером

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к машиностроению , .преимущественно нефтяному, к способу изготовления поверхностей трения деталей резинометаллической опоры турбобура. Цель изобретения - повьшение долговечности оборудования и воспроизведение смазочных каналов в процессе изнашивания. На поверхности деталей создают спирально расположенные зоны с различной твердостью глубиной не менее расчетной величины допустимого линейного износа. Зоны вьшолняют с отношением ширины упрочненной области к расстоянию между границами соседних упрочненных областей по определенной зависимости . Затем прирабатывают поверхность в абразивосодержащей среде . На поверхности трения формируются смазочные каналы и выступающие участки профиля, создающие распределение контактных давлений в системе металл-эластомер. Спиральная ориентация зон различной твердости препятствует шаржированию абразива в эластомер, способствует равномерному распределению смазки по контакту и вытеснению абразива из контакта в направлении раскручивания спирали. 2 ил. о (Л о:) оо х Oi

„„SU„„1388601

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (59 4 16 С 33/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4084669/ 23-27 (22) 11.04. 86 (46) 15.04.88. Бюл. И - 14 (71) Московский институт нефти и газа им. И.M. Губкина и Институт проблем механики АН СССР (72) В.Н. Виноградов, Н.M. Михин, Л.Н. Обищенко, Д.А. Дергобузов, Б.М. Гантимиров, Г.И. Козлов, А.Д. Сокуренко, В.A. Никитин, Б.Я. Сачек, А.P. Логинов и Н.А, Ще- потьев (53) 621.822.5(088.8) (56) Шнейдер Ю.Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом. Л.: Машиностроение, 1982, с..12-23. (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ НЕФТЕПРОМЫСЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ, РАБОТА10ЩИХ В ПАРЕ С ЭЛАСТОМЕРОМ . (57) Изобретение относится к машиностроению, преимущественно нефтяному, к способу изготовления поверхностей трения деталей реэинометаллической опоры турбобура. Цель изобретения— повышение долговечности оборудования и воспроизведение смазочных каналов в процессе изнашивания. На поверхности деталей создают спирально расположенные эоны с различной твердостью глубиной не менее расчетной величины допустимого линейного износа. Зоны выполняют с отношением ширины упрочненной области к расстоянию между границами соседних упрочненных областей по определенной зависимости. Затем прирабатывают поверхность в абразивосодержащей среде. На поверхности трения формируются смазочные каналы и выступающие участки профиля, создающие распределение контактных давлений в системе металл-эластомер. Спиральная ориентация зон различной твердости препятствует шаржированию абразива в эластомер, способствует равномерному распределению смазки по контакту и вытеснению абразива из контакта в направлении раскручивания спирали. 2 ил.

1388601

Но — ° к,с

Р Н, Р

09G Ну 11G (2) Ь

К G — P

Ь Н

1 о

3 .

P - — К-G

Н (1) 50 (5) Ь07Й 6

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно нефтяному, и может быть использовано в качестве способа изготовления поверх5 ностей трения деталей резинометаллической опоры турбобура.

Целью изобретения является повышение долговечности оборудования эа счет удаления абразива из рабочей зоны и воспроизведения смазоч-ных каналов в процессе изнашивания.

На фиг.- 1 схематически показана (структура поверхностного слоя, состоящая из спирально расположенных областей с различной твердостью в сечении, перпендикулярном напралению спирали; на фиг. 2 — профиль поверхности после завершения приработки в .паре с эластомером в гидроабразивной среде.

Для осуществления способа сначала определяют номинальное давление

P = N/S исходя из нормальной нагрузки N, действующей на конкретный 2д узел и площади поверхности эластичной детали S трущейся.по сопряжен.ной металлической.

Затем задаются значением сопротивления раздиру G материала, из которого изготовлен эластичный элемент пары трения, и выбирают способ локального упрочнения, например наплавку, пайку, н©ныпение, электроннолучевое или лазерное упрочнение, установку твердых вставок и т.д. Делают пробное упрочнение и известными методами, в частности по металлографическим шлифам,.изготовленным в сечении, перпендикулярном направлению спирали, в соответствии с фиг. 1

40 находят значения твердостей зон 1 и

2. При этом упрочнение зоны выполняют не менее расчетной величины допустимого линейного износа q on и с отношением ширины упрочненной зоны

Ъ к расстоянию между границами соседних упрочненных зон Ьо в пределах где G — сопротивление раздиру эластомера

P — номинальное давление;

Н „ — твердость материала упрочненных зон; — твердость материала между границами соседних упрочненных зон; — коэффициент, значения кото.рого принадлежат множеству, находящемуся на пересечении областей допустимых значений коэффициентом К, и

Kg!

0,05 K г 0,2. (3) Отношение значений твердостей зон

1, 2 H>/Н, должно удовлетворять неравенству

Н„

2 с — <10 °

Н (4) Полученные данные подставляют в выражение (2) и находят множество значений. К „. Если К, (К, то для реализации способа необходимо увеличить номинальное рабочее давление либо использовать в узле эластомер с более низким значением С. Если К, т К, то необходимо уменьшить соотношение

Н „/Ho изменением технологии упрочнения, снизить давление Р> либо подобрать эластомер с высоким значением С

При пересечении множества значений К „ и К создаются условия, при которых сочетание параметров G

P Н и Н позволяет реализовать способ. С этой целью для К выбираются значения, одновременно принадлежащие областям изменения К„ и К..

Эти значения подставляются в выражение. (1) и рассчитывается множество значений Ъ /Ь . Способ реализуется для всего множества Ъу/Ъ при фиксированных параметрах С, Р, Н„ и

Н . Ширину b у выбирают исходя из тех" нико-экономических возможностей метода упрочнения. Минимальная ширина Ь должна быть более диаметра абразивной частицы, т.е.

На упрочненной детали (фиг.1) проверяют соответствие расчетным дан ным отношения Ъ рЬ (на глубине, мак ми Н равной величине припуска под финиш1388601

50 ную механическую обработку Ь „ ) и

Ъ „ /Ъ м (на глубине допустймого линейного износа hä,„). Если твер.дость зон 1 и 2 изменяется по глу5 бине, то производятся самостоятельные расчеты допускаемых значений

Ъ у/Ьо на различном удалении от поверхности до глубины hд,„ и осуществляется соответственно корректиров- 10 ка технологических режимов.

Затем деталь прирабатывают в абразивной среде в паре с эластомером до получения требуемых каналов. Обработка поверхности по рассчитанным параметрам Ь,/Ьо позволяет обеспечить высокую износостойкость сопряжения.

При выполнении всех указанных усI ловий на поверхности трения формируются смазочные каналы и выступающие участки профиля, которые создают некоторое распределение контактных давлений в системе металл-эластомер.

На выступах создаются давления, обес- 25 печивающие плотный контакт с резиной и способствующие выводу абразива с выступа профиля в каналы. В каналах после приработки давления

t. снижаются до величин, обеспечивающих свободное перекатывание абразива и удаление его из контакта. При этом выдерживается такое соотношение давлений, при котором давления на выступах не превышают некоторого критического, вызывающего механический раздир резины, а в каналах создаются давления, препятствующие интенсивному попаданию в них абразива из рабочей среды.

Спиральная ориентация зон различной твердости препятствует шаржированию абразива в эластомер, способствует равномерному распределению смазки по контакту и вытеснению абразива из контакта в направлении рас45 кручивания спирали. Глубина зон различной твердости должна быть не менее величины допустимого линейного износа детали, что обеспечивает реализацию способа в течение всего периода эксплуатации узла трения.

Пример. Производился расчет параметров Ь /Ь, для изготовления поверхности трения металлического диска осевой опоры турбобура. В ка- 55 честве метода локального упрочнения была выбрана лазерная обработка. Использовался СО -лазер мощностью

1,1 кВт, луч диаметром 0 05 м фокусировался на поверхности диска, а ось луча была перпендикулярна поверхности диска. Скорость сканирования луча составляла 0,9 м/мин. Материал диска сталь 40Х в нормализованном состоянии микротвердостью Н =

= 2100 MIa. Произвели пробное упрочнение диска. Обнаружили, что лазерная обработка обеспечивает высокое качество поверхности и не вызывает коробления дисков, что позволило отказаться от финишной механической обработки, поэтому приняли h = О.

Изготовили металлографический шлиф в сечении, перпендикулярном направлению сканирования лазерного луча.

Травление поверхности шлифа 37-ным раствором HNO в этиловом спирте позволило выявить, что упрочненная зона имеет сегментную форму, а глубина упрочнения составляет 2,3 мм.

Вымерили,на измерительном микроскоммкс пе ширину зоны и получили Ь

2,2 мм, на глубине допустимого линейного износа (для диска осевой опоры турбобура h д „ = 2 мм)

Ь "" = 1,5 мм. Измерения микротвердости на приборе IIMT-3 показали, что значения твердости распределены равномерно по упрочненной области и составляют в среднем Н = 8080 MIIa. . Исходя из того, что нагрузка на опору, турбобура ЗТСШ1-195 составляет 8330 Н, а,площадь резиновых подушей подпятника — S = 5,1 10 4 м, определили величину номинального рабочего давления Р = 1,6 МПа. В качестве материала резиновых подушек подпятника использовалась нитрильная резина ИРП-1226, для которой

G = 6,5 МПа. Тогда К, из соотношения (2) выразится О, 07 < К „< О, 22, учитывая, что 0 05 К < 0,2 из множества К, и К коэффициенту К при надлежит 0,07 (К (0 2, тогда из (1) получим для В gb о = 0,1-7,6. Исходя из того, что диаметр абразивных частиц в буровом растворе составляет

0,1-0,2 мм, и, учитывая конструктивные соображения, выбираем величину мин

Ь, = 0,3 мм, тогда на глубине допустимого линейного износа (hä,„ = ветственно получим b „ " /Ь ","" = 7,3, а Ь „"" /Ь "" = 1,8,т.е. результаты расчетов укладываются в диапазоне

О, 1-7,6.

1388601

by 0 где ܄—

P

Н

Н е

0,9G

Торцовые (рабочие) поверхности диска обрабатывали при скорости сканирования луча 0,9 м/мин и величине поперечной подачи диска 2,5 мм/об.

После обработки деталь не шлифовалась.

Испытания показали, что по сравнению с контрольными дисками повышена износостойкость в 1,5-2 раза.

Формула изобретения

Способ изготовления поверхностей трения металлических деталей нефтепромыслового оборудования, работающих в паре с эластомером, заключающийся в том, что на рабочей поверх- ности детали создают спирально расположенные зоны с различной твердостью и формируют смазочные каналы, о т — 20 л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения долговечности воспроизведения смазочных каналов в процессе изнашивания, упрочненные зоны выполняют глубиной не менее расчетной 25 ,величины допустимого линейного износа и с отношением ширины упрочненной зоны к расстоянию между границами соседних упрочненных зон в пределах

KG-P

Н„

P- — KG н. ширина упрочненной эоны; расстояние между границами соседних упрочненных зон; сопротивление раздиру элас.томера;. номинальное давление; твердость материала упрочненных зон ф твердость материала между границами соседних упрочненных зон; коэффициент, численные значения которого принадлежат множеству, находящему- ся на пересечении областей допустимых значений коэффициентов К, и Кд!

Н „ 1,10

0,05 4 K@40 2, а затем прирабатывают поверхность детали в абразивосодержащей среде до получения смазочных каналов. фиа

l 388601

Составитель Т. Хромова

Текред Л.Сердюкова . Корректор Л. Патай

Редактор М. Келемеш

Тираж 757 Подписно е

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 1563/37

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4