УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМОФИКСАЦИИ ПОРШЕВЫХ КОЛЕЦ В ПАКЕТЕ Российский патент 1997 года по МПК C21D9/40 C21D9/06 

Изобретение относится к термической обработке, в частности к термофиксации поршневых колец, и может быть использовано для получения равномерного распределения радиального давления и упругости при изготовлении разрезанных круглых поршневых и уплотнительных колец с параллельными торцовыми поверхностями.

Известна оправка для термофиксации поршневых колец, которая имеет разводящую вставку для задания размера замка колец и средство осевого сжатия пакета поршневых колец в виде установленных на стержне одной фиксированной (нижней) и одной подвижной (верхней ) пластин, снабженных пазами, в которые помещены концы разводящей вставки, при этом осевое сжатие пакета колец осуществляется путем нагружения его весом верхней пластины [1]
К недостаткам этой оправки следует отнести невозможность получения с помощью разводящей вставки равномерной эпюры радиальных давлений. Кольца, термофиксированные на такой оправке, зачастую имеют просветы в контрольном калибре. Практически нагружение весом верхней пластины не обеспечивает требования чертежа по короблению торцевых поверхностей.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому объекту является фигурная оправка в виде звездочки [2] контур которой соответствует форме кольца в свободном состоянии по внутреннему его диаметру при заданной эпюре радиального давления. Размеры выступов у оправки и их количество рассчитываются для конкретных условий, а осевое сжатие набранного на оправку пакета поршневых колец осуществляется двумя фланцами, связанными посредством цилиндрического стержня, снабженного резьбой, и гайки.

Однако условием получения качественных поршневых колец является установка круглой заготовки с разрезанным замком на фигурную оправку с формой кольца в свободном состоянии с полным контактом всех опорных точек, что практически трудно выполнимо. Это приводит к появлению брака по прилегаемости поршневых колец и искажению расчетной эпюры радиальных давлений. Изготовить данную фигурную оправку с достаточной степенью точности довольно сложно, поэтому такой вид оправки не нашел практического применения.

Технической задачей изобретения является создание устройства с оправкой цилиндрической формы, позволяющей получать поршневые кольца при их термофиксации с равномерным распределением радиального давления.

Для решения этой задачи используется устройство для термофиксации поршневых колец, содержащее оправку цилиндрической формы, диаметр которой определен зависимостью
d = (πD+S•k)/π-2t,
где d диаметр цилиндрической части оправки, мм;
D номинальный диаметр поршневых колец, мм;
S размер замка поршневых колец в свободном состоянии, мм;
k коэффициент усадки материала колец (k 1,15.1,25);
t радиальная толщина поршневых колец, мм.

Оправка со стороны, противоположной расположению замков поршневых колец, снабжена продольным вырезом, имеющим в поперечном сечении форму сегмента, радиальный размер которого равен 1/3 диаметра цилиндрической оправки d.

Практикой установлено, что продольный вырез на цилиндрической оправке, радиальный размер которого в поперечном сечении равен 1/3 от ее диаметра, позволяет получать равномерную эпюру радиальных давлений поршневых колец. Увеличение размера выреза более 1/3 диаметра цилиндрической оправки ведет к уменьшению давления у концов колец, а уменьшение размера выреза к увеличению давления концов колец. Так, например, при термофиксации уплотнительных колец диаметром 44 мм для глубинных насосов с использованием оправок цилиндрической формы без продольного выреза и с продольным вырезом, имеющим в поперечном сечении форму сегмента, радиальный размер которого составил 1/3 от диаметра цилиндрической части оправки, получили овальность этих колец соответственно равной +1,6 и 0 мм.

Предложенное решение отличается от прототипа тем, что при установке колец на цилиндрическую оправку с продольным вырезом, имеющим в поперечном сечении форму сегмента, величина которого в радиальном направлении равна 1/3 диаметра оправки, а вырез расположен против замков колец, возникают определенные условия нагружения, которые обеспечивают получение требуемой формы колец в свободном состоянии и равномерную эпюру распределения давления.

На фиг. 1 представлено устройство для термофиксации колец в сборе, на фиг. 2 сечение А-А, на фиг. 3 приращения радиус-векторов формы в свободном состоянии уплотнительных колец диаметром 44 мм, термофиксированных на оправке цилиндрической формы.

Устройство содержит цилиндрическую оправку 1 с неподвижным фланцем 2 и цилиндрическим стержнем 3, снабженным резьбой для осуществления осевой стяжки пакета поршневых колец 4 гайкой 5, и подвижным фланцем 6 (фиг.1). Цилиндрическая оправка 1 со стороны, противоположной расположению замков колец 7, имеет продольный вырез 8 (фиг.2), имеющий в поперечном сечении форму сегмента, радиальный размер которого равен 1/3 диаметра оправки d, а диаметр цилиндрической части оправки определен зависимостью
d = (πD+S•k)/π-2t,
где d диаметр цилиндрической части оправки, мм;
D номинальный диаметр поршневых колец, мм;
S размер замка поршневых колец в свободном состоянии, мм;
k коэффициент усадки материала колец (k 1,15.1,25);
t радиальная толщина поршневых колец, мм.

Перед термофиксацией пакет поршневых колец 4 надевают на цилиндрическую оправку 1 таким образом, чтобы замки колец (фиг.2) находились против выреза 8 цилиндрической оправки. После этого пакет поршневых колец 4 сжимают в осевом направлении для предотвращения коробления по торцам гайкой 5 через подвижный фланец 6. Набранный таким образом пакет колец подвергается термообработке, в результате чего кольца приобретают требуемую форму и упругость. Режим термообработки колец должен обеспечить снятие внутренних напряжений в материале и зафиксировать полученную форму колец в свободном состоянии на оправке.

Пример использования зависимости для определения диаметра цилиндрической части оправки d при термофиксации уплотнительных колец диаметром 44 мм. Исходные данные для расчета: D 44 мм; S 7 мм; t 2 мм; k 1,2.

d (3,14 • 44 + 7 • 1,2)/3,14 2 • 2 42,7 мм.

Радиальный размер сегмента равен 42,7 3 14,2 мм.

Таким образом, данное устройство позволяет осуществлять термофиксацию разрезанных круглых поршневых и уплотнительных колец с параллельными торцовыми поверхностями.

К настоящему времени изготовлен опытный образец предлагаемого устройства, и с помощью его проведена термофиксация партии уплотнительных колец диаметром 44 мм для глубинных насосов. Результаты измерения колец показали, что они имеют эпюру радиальных давлений, близкую к равномерной, и полностью прилегают к контрольному калибру. Замерена фактическая форма этих колец в свободном состоянии (фиг. 3), где кривая 1 описывает форму уплотнительных колец в свободном состоянии, прошедших термофиксацию с помощью устройства, содержащего цилиндрическую оправку без продольного выреза, кривая 2 форма колец, термофиксированных на цилиндрической оправке диаметром 42,7 мм с продольным вырезом, имеющим в поперечном сечении форму сегмента, радиальный размер которого равен 1/3 диаметра оправки (14,2 мм), кривая 3 соответствует теоретической форме уплотнительных колец диаметром 44 мм в свободном состоянии с равномерной эпюрой давления. Как видно из фиг. 3, наиболее близко к теоретической форме (кривая 3) проходит фактическая форма колец в свободном состоянии, термофиксированных на цилиндрической оправке с продольным вырезом (кривая 2). Коробление торцовых поверхностей не превышает допустимых значений. Уплотнительные кольца успешно проходят эксплуатационные испытания при работе глубинных насосов на нефтяных скважинах Саратовской области.

Изобретение относится к термической обработке и может быть использовано для термофиксации поршневых П и уплотнительных колец К с параллельными торцевыми поверхностями. ПК, подлежащие термообработке для получения равномерного распределения радиального давления, набирают в пакет на оправку О, выполненную в виде цилиндра, имеющего со стороны, противоположной расположению замков ПК, продольный вырез, имеющий в поперечном сечении форму сегмента. Диаметр цилиндрической части О определен следующей зависимостью: d = (πD+S•k)/π-2t , где d - диаметр цилиндрической части О, мм; D -номинальный диаметр ПК, мм; S - размер замка ПК в свободном состоянии, мм; k -коэффициент усадки материала ПК (k = 1,15...1,25); t - радиальная толщина ПК, мм; стрела сегмента равна одной третьей диаметра цилиндрической части О. 3 ил.

Устройство для термофиксации поршневых колец в пакете, содержащее оправку, средство осевого сжатия пакета поршневых колец в виде двух фланцев, связанных посредством цилиндрического стержня с резьбой и гайкой, отличающееся тем, что оправка выполнена в виде цилиндра с расположенным на противоположной стороне от замков поршневых колец продольным вырезом, имеющим в поперечном сечении форму сегмента, при этом диаметр цилиндрической части оправки определен зависимостью
d = (πD+S•k)/π-2t,
где d диаметр цилиндрической части оправки, мм;
D номинальный диаметр поршневых колец, мм;
S размер замка поршневых колец в свободном состоянии, мм;
k коэффициент усадки материала колец (k 1,15 1,25);
t радиальная толщина поршневых колец, мм,
а стрела сегмента равна 1/3 диаметра цилиндрической части оправки.