Устройство для термофиксации поршевых колец в пакете

 

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 = (D+Sk)/-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.

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 = (D+Sk)/-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 = (D+Sk)/-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.

Формула изобретения

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 = (D+Sk)/-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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3