Способ изготовления металлических уплотнителей с упругими усами Советский патент 1987 года по МПК F16J15/00 

Изобретение относится к уплотни- тельной технике, а более конкретно к способам изготовления металлических упругих уплотнителей для герметизации разъемных соединений магистралей, работающих в широком диапазоне давлений и температур, в том числе при однов5 еменном воздействии пульсацион- ных, вибрационных нагрузок, знакопеременных температур и при наличии раскрытия стыков.

Целью изобретения явлется повышение надежности работы уплотнителей при раскрытиях стыка и повторном использовании при переборках соединений за счет уменьшегния и стабилизации отклонений уплотнительных поверхностей усов от заданной формы и улучшения их микрорельефа после изготовления ,

Основньш операции способа изготовления уплотнит глей приведены в та-бл, 1 .

для стабилизации охватывающего размера по уплотнительным поверхностям усов в каждой детали партии; для выявления дефектов материала и оценки, качества изготовления уплотнителей

отклонению

10

по наличию трещин в усах и усилия обжатия от заданного усилия (наличие разнотолщинности усов, подрезки и местных утонений приводит к значительному падению усилия обжатия для выравнивания остаточных термических напряжений по длине усов за счет их перераспределения в процессе на- 15 гружения.

Выполнение схватьшающего размера по уплотнительным поверхностям усов и осевого размера гнезда, жесткого приспособления больше требуемых для обжатия в штатном гнезде на велич шу усадки усов в процессе нагружения в приспособлении обуслов- лено влиянием допусков на определяй- щие размеры усов при изготовлении. Характеристика точности выполнения 25 также разбросом механических свойств

20

основных размеров и статистика по дефектам уплотнителя после его изготовления по предложенному способу приведена в табл. 2,

Обжатие упругих усов уплотнителей (после их окончательной мехобработки) в специальном приспособлении с жест- КИМ недеформируемым гнездом, выполненным с наперед заданным микрорельефом уплотнительных поверхностей, при этом охватывающий размер уплотнителя по усам после мехобработки и соответствующий размер гнезда приспособления выполняют больше требуемых штатных размеров уплотнителя и гнезда; размер уплотнителя выполняют большим на величину усадки усов при нагружении в жестком гнезде приспо- собления. Под наперед заданным микрорельефом уплотнительных поверхностей гнезда приспособления понимается обеспечение повышенных требований к шероховатости и состоянию этих поверхно- стей (например, в два раза меньшая, чем в штатном гнезде, высота микронеровностей, отсутствие рисок, царапин, забоин и :кольцевых следов от . мехобработки, более высокая, по сравнению со штат;аым, точность выполнения определяющ):-1х размеров гнезда).

Данная технологическая операция предназначена доя снижения получаемой в результате мехобработки волнистости уплотнительных поверхностей усов;

для стабилизации охватывающего размера по уплотнительным поверхностям усов в каждой детали партии; для выявления дефектов материала и оценки, качества изготовления уплотнителей

отклонению

по наличию трещин в усах и усилия обжатия от заданного усилия (наличие разнотолщинности усов, подрезки и местных утонений приводит к значительному падению усилия обжатия для выравнивания остаточных термических напряжений по длине усов за счет их перераспределения в процессе на- гружения.

0

5

0

ИСХОДНОГО материала и термических напряжений заготовок на напряженное состояние упругих усов.

Величина усадки усов, упомянутые размеры прокладки и гнезда приспосо-, бления выбираются на основании опытной статистики, так как расчетное их определение весьма за Груднительно.

Ограничивающим фактором при выбо-. ре указанных параметров является абсолютная величина остаточной деформации при обжатии усов, которая в крайнем сочетании всех дефектов (раз нотолш инность и асимметрия усов, местные утонения и подрезка, крайние пределы допусков на изготовление, неравномерность материала механических свойств материала заготовок и термических- напряжений) не должна превышать согласно экспериментальным данным 30% от величины обжатия в гнезде приспособления. Исходя из штатных размеров для предлагаемого способа - гнездо 5,, охватывающий размер по уплотнительным поверхностям усов с учетом покрытия М60Ср42

6, мм, экспериментально определены следующие размеры: охватывающий размер по усам после изготовления уплотнителя (до нанесения покрытия)

5

0

6,45.

OiOS

мм;

осевой размер гнезда

« , ,+0,025

приспособления. 6,16 мм, при зтом уплотнитель считается кондиционнь1м.

3 . 1 если охватывающий размер по усам после обжатия в приспособлении находится в пределах 6,32-6,38 мм.

Возможен контроль уплотнителя после мехобработки и обжатия в гнезде жесткого приспособления. Данный контроль направлен на оценку качества изготовления уплотнителя.

Оценка производится по величине осевого усилия потребного для обжа тия усов в жестком гнезде приспособления , охватывающему размеру по усам после обжатия и наличию механических повреждений (трещины, сколы) после обжатия.

Уплотнители, не обеспечивающие заданные требования, подлежат отбраковке.

Возможно повторное обжатие усов уплотнителя после нанесения предварительного слоя покрытия в гнезде жесткого приспособления с одновременным гидронагружением внутренней полости усов при наперед заданном давлении и времени выдержки с целью окон чательного выравнивания волнистости уппотннтельных поверхностей усов, в том числе из-за разнотолщинности покрытия по периметру уплотнительных усов; выравнивания и стабилизации напряженного состояния усов; снижения пластической деформации усов при обжатии в штатном гнезде; оценки работоспособности и герметичности уплонителя под действующим давлением.

Снижение до минимума волнистости уплотнительных усов достигается за счет частичного обмятия и калибровки поверхностей усов под действием осе-

i-

вого усилия от их обжатия в приспосо-40 нитель демонтируют, производят конблении и от давления при гидронагру- жении внутренней полости усов. Гидро- нагружение усов давлением не только выравнивает напряженное состояние

троль размера по усам, д производят цветной контр отсутствие микротрещин. операций на уплотнитель

усов, но и обеспечивает его стабили- 45 ребряное покрытие Ср42.

зацию в партии деталей. Кроме того, гидронагружение давлением несколько большим рабочего давления приводит к заневоливанию усов, что в конечном разультате обеспечивает-работу усов в размерах штатного гнезда в упругой .зоне.

В то же время введение контроля герметичности уплотнителя в процессе нагружения позволяет судить о работоспособности конкретно каждого уплотнителя и производить их отбраковку.

57644

3

Величина давления при гидронагру- жении и время выдержки уплотнителя под этим давлением выбираются на основании расчета прочности, в котором

с за критерий приняты напряженное состояние усов и время релаксации на- пряжений с последующим их экспериментальным подтверждением.

Для предлагаемого способа (рабоfO чее давление уплотнителя 700 кгс/см , температура среды минус ) давление гидронагружения с учетом температуры выбрано 735 кгс/см, а время выдег жки уплотнителя под данным

20

25

лением два часа. Указанное время вьщержки оптимально как по технологичности, так и по достигаемому эффекту, так как согласно опытной статистики основная доля (85%) пластической деформации усов при указанном давлении реализуется в первые 2 ч выдержки под нагрузкой, а оставшаяся часть - в течение ч.

Перед проведением данной операции на кондиционный уплотнитель после его обжатия в жестком увеличенном по размерам гнезде приспособления наносят медное покрытие М70. Затем уплотнитель вновь обжимают в жестком гнезде приспособления, при этом осевой размер гнезда устанавливается равным размеру штатного гнезда (из приспособления удаляются регулировочные шайбы). После выдержки (в течение 35 20 мин) внутреннюю полость усов гид- ронагружают давлением 735 кгс/см и выдерживают в течение двух часов; в процессе выдержки контролируют герметичность уплотнителя. Затем уплоттроль размера по усам, дефектуют и производят цветной контроль усов на отсутствие микротрещин. После этих операций на уплотнитель наносят се-

0

5

Положительный эффект от введения указанных технологических операций в предлагаемом способе изготовления уплотнителей заключается в том, что усы уплотнителя в штатном гнезде ра- ботают практически в упругой области (остаточная деформация усов составляет 5% от величины их обжатия, в то время как в уплотнителе по прототипу она достигает 45%), что позволяет многократно использовать уплотнители при переборках (уплотнители по прототипу - одноразового использования);

повышена надежность уплотнителей за счет отбраковки некондиционных уплот wfceneK в процессе изготовления; .- повышено качество уплотнительных поверхностей усов за счет устранения дефектов покрытия (поры, рыхлостность набросы) и организации профиля контактирующей поверхности за счет под- мятия медного покрытия (серебряное покрытие повторяет исх.одный профиль поверхности); производится предварительная оценка работоспособности уплотнителя по его гер метичности при уровнях рабочего давления.

Кроме того, использование уплотнителей, изготовленных по предлагаемому способу, значительно повышает надежность и герметичность соединения.

Формула изобретения

t Способ изготовления металлических уплотнителей с упругими усами для разъемных соединений магистралей, включающий механическую обработку заготовок и нанесение герметизирующего покрытия, отличающийся тем, что, с целью повышения надежноусов от заданной формы и улучше микрорельефа, упругие усы уплот ля после механической обработки жимают в посадочном месте жестк недеформируемого приспособления полненного с наперед заданным м рельефом уплотнительных поверхн затем на уплотнитель наносят пр 10 рительный слой покрытия и усы о мают вновь, при этом внутреннюю лость между усами уплотнителя г нагружают и выдерживают при нап заданном давлении и времени выд после чего наносят окончательнь слой покрытия, причем охватываю размер по уплотнительным поверх усов при механической обработке размер гнезда приспособления вь няют. больше на величину усадки при нагружении уплотнителя в же приспособлении.

15

20

2. Способ по п. 1, отли 25 ю щ и и с я тем, что контроль ства изготовления уплотнителей изводят по величине усилия обжа степени герметичности усов упло теля при его нагружении в посад

сти работы уплотнителей при раскрыти- зо жесткого приспособления, ях стыков и повторного их использования при переборках соединений за счет уменьшения к стабилизации отклонений уплотнительных поверхностей

3. Способ по п. 1, отли ющийся тем, что усы нагр давлением на 5-10% больше рабоч в течение не менее одного часа

Операция

Изготовление поковки

Термическая обработка поковки

Черновая механическая работка заготовки

об- Станок токарный, резцы, оправки

Чистовая механическая обработка заготовки с учетом влияния на ее размеры по- следующего обжатия усов

Обжатие упругих усов.уплотнителя в жестком гнезде

Цветной контроль уплотни- теля

усов от заданной формы и улучшения их микрорельефа, упругие усы уплотнителя после механической обработки обжимают в посадочном месте жесткого недеформируемого приспособления, выполненного с наперед заданным микрорельефом уплотнительных поверхностей, затем на уплотнитель наносят предва- рительный слой покрытия и усы обжимают вновь, при этом внутреннюю полость между усами уплотнителя гидро- нагружают и выдерживают при наперед заданном давлении и времени выдержки, после чего наносят окончательньш слой покрытия, причем охватывающий размер по уплотнительным поверхностям усов при механической обработке и размер гнезда приспособления вьшол- няют. больше на величину усадки усов при нагружении уплотнителя в жестком приспособлении.

2. Способ по п. 1, отлича- ю щ и и с я тем, что контроль качества изготовления уплотнителей производят по величине усилия обжатия и степени герметичности усов уплотнителя при его нагружении в посадочном

жесткого приспособления,

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что усы нагружают давлением на 5-10% больше рабочего в течение не менее одного часа.

Таблица 1

Оборудование и инструмент 2

Механический пресс Печь термическая

То же

Приспособление с гидронагружа- телем и жестким недефррмируемым гнездом

Гальваническая ванна, электролит

Меднение уплотнителя

Полировка уплотнительных поверхностей

Повторное обжатие упругих усов и гидронагруженне в жестком гнезде при давлениях на 5-10% большим рабочего с вьщержкой до двух часов

Цветной контроль уплотнителя.

Серебрение уплотнителя

Контроль и дефектация уплот- Мерительный инструмент

нителя

Параметр

Допустимые отклонения, мм

0,05 (допуск ,/« 0,015 мм односторонний)

0,03

До 0,01 мм

Волнистость 0,02 мм на дли- До 0,01 мм по тельных поверхностей не 20 мм всему периметру усов

Состояние уплотни- . . тельных поверхностей: после меднения и Поры, несплошно- Четкий равномер- Отсутствие пор и

обжатия усов

после серебрения

сти, волосовины ный след контакта рыхлостности по- не допускаются, с обжатием меди , крытия разнотолщинность

покрытия - не Состояние покрытия Отсутствие дефектов более 0,01 мм хорошеепокрытия

Приспособление для закрепления детали

Станок токарный, приспособление для полировки

Приспособление с гидронагружа- телем и жестким недеформируемым гнездом

Гальваническая ванна, электролит приспособление для закрепления детали

Таблица

Статистика дефектов после изготовления

До 0,01 мм

Состояние герметич- Негерметичность Из 50 шт. испытан- По результатам разг нести в штатном гнезг; не допускается ных устройств два резки двух негерме- де при цеховых испы-имели отклонения тичных з лотнитетанияхпо герметичности лей обнаружена

.разнотолщинность

усов до 0,22 мм что явилось причи- нйй негерметичности; дйнные уплотнители отбракованы

Изобретение относится к уплот- нительной технике, а более конкретно к способам изготовления метал1тческих уплотнителей для герметизации крупногабаритных разъемных соединений гистралей, предназначенных для работы в широком диапазоне давлений и температур. Изобретение позволяет повысить надежность и долговечность работы уплотнителей, в том числе позволяет повторное их использование при переработках соединений. Упругие усы уплотнителя после их механической обработки обжимают в гнезде жесткого не- деформируемого приспособления, затем наносят предварительный слой покрытия и усы обжимают вновь, при этом , во внутреннюю полость усов подают давление и выдерживают определенное время. Затем наносят окончательный слой покрытия. .Качество изготовления каждого отдельного уплотнителя в партии оценивается по усилию обжатия усов и их герметичности. 2 з.п. ф-лы, 2 табл. i (Л со ел 05 4 ;