Доводка уплотнительных поверхностей при восстановлении задвижек

С.Н.Гайсин

Доводка упдотнительных поверхностей при восстановлении задвижек

В межремонтный период, в результате эксплуатации задвижек, вследствие сложного контактного взаимодействия её уплотнительных поверхностей (УП), происходит процесс изнашивания, разрушения поверхностных слоев и нарушения внутренней герметичности -герметичности в затворе. Поэтому возникает необходимость в проведении капитального ремонта УП с целью восстановления герметичности затвора.

Исследования проводили на опытно-промышленной установке (рис. 1) свободным абразивным зерном жестким инструментом - чашеобразным притиром, с частотой вращения 27 об/мин. Твердость притира составляла HB 240, на его поверхность наносилась абразив-но-доводочная смесь (АДС) с последующим шаржированием притира. В качестве абразивной составляющей АДС был использован карбид-бора (КБ), имеющий размеры зерен основной фракции 8 и 10 мкм. Исходя из этого, имели два номера АДС, т.е. АДС1 и АДС2, различие между которыми заключалось лишь в размерах зерен абразива для АДС 1-8 мкм, АДС2-10 мкм. В качестве связки применено масло индустриальное ИДО (ГОСТ 20798-80). Абразивно-доводочная смесь была приготовлена механическим смешиванием абразива и масла в соотношении 1:3.

В качестве опытной детали использовали диск клинового двухдискового затвора (рис. 2) задвижки чугунной клиновой с невыдвижным шпинделем, на Ру 1,0 МПа, Ду 80, предназначенной для воды и пара с температурой до 120 °С, и латунными уплотнительными кольцами (рис. 3).

Контроль съёма металла, измерение геометрических параметров УП осуществляли на координатно-измерительной машине модели ТСХ-8000 методом автоматического сканирования. Перед проведением экспериментов на опытной детали подготовили базовые поверхности, предварительно обработав УП диска. Провели контрольное измерение УП в 16-ти равномерно расположенных точках, через 22° 30 , численные отклонения (мм) от номинального размера показаны на рис. 4. Из рисунка видно, что исходная поверхность имеет сложную топографию, которую можно характеризовать как «бугор-яма», «яма-бугор».

Численные значения отклонений от номинала (мкм) показаны по оси ординат (рис. 5). Измеренную макрогеометрию УП «развернули» относительно номинальной горизонтальной плоскости с целью получения наглядной графической информации по макрогеометрии.

2

Рис. 1. Общий вид опытно-промышленной, притирочно-АовоАочной установки: 1 - станина; 2 - чашеобразный диск-притир; 3 - электропривод

\ Упгт от нитетьна я поверхность диска

Рис. 2. Диск клинового двухдискового затвора

Рис. 3. Задвижка клиновая литая Ду 80 мм, Ру 1.0 МПа

Кинематика движения детали по жесткому притиру производилась вручную «навстречу» вращения притира по траектории малого изменяющегося радиуса, своего рода вытянутой спирали, тем самым создавая в траектории движения элементы реверса (рис. 6). Указанная кинематика идет от практики, так как одновременно улучшает взаимосвязанные параметры макро- и микрогеометрии.

Вначале была экспериментально установлена зависимость производительности обработки от удельного давления притира с целью определения оптимальных режимов резания.

Исследования были начаты с использованием АДС2. Время обработки для каждого эксперимента определили продолжительностью в 4 минуты. Силовое воздействие на абразивную частицу смеси создавали наложением на опытную деталь эталонных грузов 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 кг. Аналогичные эксперименты провели и для АДС1. По формуле (1) определили удельное давление (УД) для каждого опыта:

Q = F/S, кг/см2,

где F - усилие на деталь, кг; S - площадь, на которую распределяется усилие, см2.

Рис. 4. Значение отклонений исходной уплотнительной поверхности

s 9 ......

12 13

Развертка уплотнительной поверхности

Рис. 5. Развертка замера исходной уплотнительной поверхности

Направление в.С'аы.ения притиро

Рис. 6. Схема движения детали по притиру: 1 - жесткий притир; 2 - деталь

Рис. 7. Замер плоскостности детали после первого проведенного опыта (АДС2), давление 0.06 кг/см2

У

6

о.ол с,ез с, о?

Удельное давление притира, кг/см2

Рис. 8. Зависимость производительности обработки от удельного давления на абразивное зерно смеси

После каждого проведенного опыта как для АДС1, так и для АДС2, производилось измерение геометрических параметров уплотнительной поверхности (съём металла), по указанным выше 16-ти точкам. Соответственно, численные показатели этих точек были уже другими, т.е. имели более высокое численное значение. Разница численных значений проведенного опыта и предыдущего показывала, как изменилась форма и показатель сьема металла (т.е. его среднее значение) по УП.

Результаты опыта (рис. 8) показали следующее. Для АДС1 (кривая 1) нет монотонной закономерности и взаимосвязи между удельным давлением и интенсивностью сьёма припуска. Кривая АДС2 на промежутке удельного давления 0,06-0,07 кг/см2 имеет подобную закономерность с кривой 1, и далее с увеличением удельного давления интенсивность съёма припуска возрастает.

Следует отметить, что полученные результаты изменения интенсивности съёма припуска от удельного давления объясняются состоянием макрогеометрии рабочей поверхности притира. В технологических процессах ремонта задвижек должна быть предусмотрена правка притира с целью улучшения его макрогеометрии. Периодичность правки будет зависеть от конкретных условий работы притира: интенсивности, марки обрабатываемого материала, технологического материала и т.д.

На рис. 9 графически показаны изменения плоскостности уплотнительной поверхности. На рис. 9, а видим изменение макрогеометрии при использовании АДС2, а на рис. 9, б - изменение макрогеометрии - АДС1. Кривые на графиках по вертикали вниз соответствуют изменению удельного давления от 0,06 до 0,09 кг/см2, т.е. первая от номинальной горизонтальной плоскости развертка соответствует 0,06 кг/см2, далее вниз, вторая развертка соответствует 0,07 кг/см2 и т.д.

Как указывалось раннее, последовательность экспериментов осуществлялась вначале с использованием АДС2, да\ее с - АДС1. На графиках по оси ординат видим показатели съёма металла относительно базового замера УП, что позволяет определить суммарный съём металла.

Анализируя изменение УП по графикам, следует отметить, что некоторые развертки плоскостности в некоторых точках пересекаются между собой. В частности, видно, как пересекаются плоскости, обработанные с давлением 0,06 и 0,07 кг/см2 (АДС2). Подобное пересечение плоскостей наблюдаем и для АДС1 (0,07 и 0,08 кг/см2).

В первом приближении указанное пересечение плоскостей можно объяснить следующим образом. Процесс формирования макро- и микрогеометрии идет непрерывно в течение 4-х минут. Обработка УП осуществляется реверсом с одновременным «накручиванием» спирали (см. рис. 6). В этом случае происходит процесс совместного притирания двух сопрягаемых по-

Ж 4 $ #

Продолжительность обработки I, мик

Рис. 10. Зависимость шероховатости поверхности от времени обработки при постоянном давлении 2,0 кг

Развертка уплотнительной поверхности, с указанием отклонений в 16-ти точках

Развертка уплотнительной поверхности, с указанием отклонений в 16-ти точках

Рис. 9. Изменение плоскостности уплотнительной поверхности в зависимости от удельного давления при использовании:

а - АДС2; б - АДС1

1 з

а)

Развертка уплотнительной поверхности (16 точек) в зависимости от продолжительности времени обработки мин

Рис. 11. Изменение плоскостности уплотнительной поверхности в зависимости от продолжительности времени обработки

с использованием: а - АДС2; б - АДС1

верхностей. По истечении времени обработки получаем соответствующие плоскостность и шероховатость.

Известно, что на формирование макро- и микро-геометрии оказывают влияние много факторов. Остановимся на управляемых:

- режимы абразивной доводочно-притирочной обработки;

- материал и свойства инструмента;

- вид, качество основного технологического материала.

Необходимо отметить, на плоскостность влияет, в первую очередь, инструмент - притир. Поверхность опытной детали частично копирует макрогеометрию притира, так как твердость инструмента - НВ 240, а диска - НВ< 170.

При второй серии опытов проводили эксперименты, связанные с продолжительностью обработки по времени и с показателем качества по параметрам шероховатости (рис. 10). На данном этапе диск обрабатывался без дополнительной силовой нагрузки, усилие на АДС создавалось только собственной массой (2,0 кг) детали. Контроль шероховатости поверхности осуществлялся профилометром «Биг1гоп|к» (Англия) по среднему показателю 4-х параллельных измерений. В этом случае эксперимент показал следующие зависимости, связанные с параметрами макро- и микрогеометрии. На графике видно, что для АДС1 (кривая 1, рис. 10) оптимальной продолжительностью времени обработки, влияющей на шероховатость поверхности, является 4 минуты. Для АДС2 продолжительность времени обработ-

13 14 15

Развертка уплотнительной поверхности (16 точек) в зависимости от продолжительности времени обработки 1, мин

ки улучшает показатели шероховатости, в данном случае наблюдается уменьшение параметра Ра с 3,4 до 2,65 мкм.

На рис. 11, а и рис. 11, б показаны результаты второго этапа экспериментов связанных с продолжительностью обработки по времени и без дополнительного силового воздействия на АДС.

Расположенные развертки плоскостей на графиках (АДС2 - рис. 11, а, АДС1 - рис. 11, б) по вертикали вниз соответствуют времени обработки 2; 4; 6 и 8 минут. При обработке УП АДС2 наблюдается некоторая хаотичность формообразования, пересечение плоскостей, образованных и связанных временными параметрами обработки 2, 4 и 6 минут. Несколько «отдельно» держится плоскость, обработанная в течение 8-ми минут. Более понятно «поведение» УП обработанной АДС1, виден четкий переход развернутых плоскостей, каждая из которых связана со своим временем обработки, видно, с какой интенсивностью происходил съем металла и формирование плоскостности УП.

Выводы:

1. Зависимость интенсивности съёма металла от давления имеет немонотонный характер, что вызвано изменением рабочей поверхности притира вследствие его засаливания и нарушением макрогеометрии. С увеличением давления от 0,06 до 0,09 кг/см2 съём металла несколько увеличивается.

2. Шероховатость и макрогеометрия зависят от зернистости абразива: с увеличением зерна увеличивается шероховатость обработанной поверхности.

Библиографический список

1. Гуревич Д. Ф., Шпаков О. Н, Справочник конструктора трубопроводной арматуры, - Л,: Машиностроение. Ле-нингр. отд-ние, 1987. - 518 с.

2. Калашников В.А. Оборудование и технологии ремонта трубопроводной арматуры. - М.: Машиностроение, 2001. -232 с.

3. Масловский В. В. Справочник по доводочным работам. - X.: Прапор, 1985. - 121 с.

С.Н.Дрожжин, В.А.Захаров

Эдектрогидроимоудьоная упрочняющая обработка

Одним из наиболее экономичных и эффективных методов повышения несущей способности деталей машин упрочняющей обработкой является поверхностное пластическое деформирование.

Пластическое деформирование поверхностных слоев осуществляется с помощью различных методов, которые можно условно разделить на статические и динамические, характеризуемые ударным действием на деталь рабочих тел или инструмента. К динамическим методам деформирования поверхностных слоев, применительно к сварным швам, относятся дробеударная обработка, чеканка, ударное воздействие инструмента, установленного в вибраторах.

Дробеударные методы обработки (дробеструйные и дробеметные) основаны на воздействии потока дроби на обрабатываемую поверхность. Кинетическая энергия потока дроби преобразуется в поверхностную пластическую деформацию, сопровождаемую наклепом. Обработка дробью сварных швов обеспечивает снижение остаточных напряжений на поверхности сварного шва, повышение сопротивления усталости сварных соединений.

Применение ударных методов, таких как чеканка, позволяет повысить остаточные напряжения сжатия в поверхностном слое и глубину наклепа. Применение в чеканочных приспособлениях бойков со сферическими наконечниками обеспечивает большую энергию удара (до 40 Дж), что позволяет эффективно использовать

чеканку для упрочнения крупногабаритных деталей, а также таких элементов деталей машин, как галтели, сварные швы.

Для упрочнения сварного шва в зоне термического влияния используется и ультразвуковая ударная обработка (УУО). Технология основана на обработке поверхности сварного шва и зоны термического влияния бойками, колеблющимися с ультразвуковой частотой. В результате в приповерхностном слое происходит измельчение зерна и перераспределение опасных остаточных напряжений с растягивающих на сжимающие. При этом срок службы сварного соединения увеличивается в 3-4 раза по сравнению с необработанным. Находит применение и метод ультразвукового деформационного упрочнения (УЗДУ), осуществляемый посредством шариков, приводимых в движение колеблющимися с ультразвуковой частотой стенками рабочей камеры специального ультразвукового устройства. При УЗДУ возможно как местное, так и объёмное упрочнение. Установлено, что УЗДУ повышает долговечность деталей в несколько раз за счёт более позднего образования начальной макротрещины. Этому способствует равномерное распределение дислокаций в упрочнённом слое, при котором отсутствуют пики внутренних напряжений, являющиеся потенциальными местами зарождения трещин усталости.

В связи с тенденцией применения в конструкциях новых высокопрочных трудно обрабатываемых материа-