Способ изготовления кольца трения торцового уплотнения

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОЛЬЦА ТРЕНРИ ТОРЦОВОГО УПЛОТНЕНИЯ, состоящего из кольцевого вкладыша и металлической обоймы, заключающийся в нагревании металлической обоймы, установке в нее вкладьша и последующем охлаждении, отличающийся .тем, что, с целью упрощения изготовления кольца трения за счет снюкения требований к точности изготовления и повьшения надежности соединения, кольцевой вкладыщ.:выполняют из сили цированнога графита и перед установкой в нагретую металлическую обойму его обрабатывают щелочным раствором.

СОЮЗ COBETGHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(58 Р 16 «"1 15

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Протраблекный

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по дЕлАм изОБРетений и ОткРытий,(21) 3542172/25-08 (22) 21.01.83 (46) 07.12.84. Бюл. Ф 45 (72) Е.В. Шатаев и В.И. Соколов (71) Дзержинский филиал Ленинградского научно-исследовательского и конструкторского института химического маШиностроения (53) 62-762(088.8) (56) 1. Патент США Ф 3765689, кл. 277-26, апублик. 1973.

2. Голубев Г.А. и др. Контактные уплотнения вращающихся валов. М., "Машиностроение", 1976, с. 235.

„SU„„1128037 А (54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОЛЬЦА ТРЕНИЯ ТОРЦОВОГО УПЛОТНЕНИЯ, состоящего нз кольцевого вкладыша и металлической обоймы, заключающийся в нагревании металлической обоймы, установке в нее вкладыша и последующем охлаждении, отличающийся ,тем, что, с целью упрощения изготовления кольца трения за счет снижения требований к точности, изготовления и повышения надежности соединения, кольцевой вкладыш.:выполняют из сили цированнога графита и перед установкой в нагретую металлическую обойму его обрабатывают щелочным раствором.

1 128037

Изобретение относится к уплотни тельной технике и может быть использовано для герметичного соединения уплотнительных колец торцовых уплотнений с металлическими обоймами.

Известен способ крепления углеграфитового вкладыша с металлической обоймой, заключающийся в нагревании металлической обоймы, установке в нее, вкладыша и последующем охлаждении Р13.

Известен также способ крепления углеграфитового вкладыша с металлической обоймой заключающийся в нагре- 15 нанни металлической обоймы, установке в нее вкладыша и последующим ох-, лаждении. Перед установкой вкладьдпа в нагретую металлическую обойму на поверхность вкладыша, сопрягаемую с обоймой, наносят клей или смолу (фенолформальдегидную, эпоксидную и др.).

Далее при остывании металлическая обойма плотно обжимает вкладыш f23.

Недостатками известных способов являются: высокие трудозатраты из"за необходимости изготовления деталей кольца трения с высокой точностью, при болыпих натягах из-за высоких напряжений наблюдается растрескива30 ние колец, а при малых - разгерметизация нрессовых соединений при их разогревании, высокая жесткость деталей коЛец трения ограничивает пределы применения колец по температурам с учетом различных коэффициентов линейного расширения, так как упругость сохраняется в малом диапазоне натягов.

Целью изобретения является упрощение изготовления кольца трения за счет снижения требовании к точности

40 изготовления и повышение надежности соединения.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления кольца трения торцового уплотнения, 4 состоящего из кольцевого вкладыша и металлической обоймы, заключающе - муся в нагревании металлической обой-. мы, установке в нее вкладыша и после- дующем охлаждении, кольцевой вкладыш >О выполняют из силицированного графита и перед установкой в нагретую металлическую.обойму его обрабатывают щелочным раствором.

При погружении силицированного графита в щелочь кремний, находящийся в его составе, вступает в реакцию со щелочью, например NaOH или КОН.

Si+2KOH+H O+:Ê 810з + 2Н ф нли

8х+2йаОН+Н 0. На 8дО +2НФ где К SiO> и Na Si6 — растворимое стекло, растворенное в воде.

Таким образом, в поверхностном слое образуется сетка пустот от прореагировавшего кремния. Поверхностный слой силицированного графита, подверженный обработке щелочью, изменяет свои физико-механические свойства (твердость, контактную податливость). это дает возможность "назначить" посадку соединения силицированный графит — металлическая обойма с наиболее широким полем допуска, т.е. снизить требования к точности изготовления труднообрабатываемого силицированного графита при повышении надежности соединения.

Способ осуществляют следующим об-. разом.

После шлифования вкладыша из силицированного графита его погружают в раствор щелочи и дают выдержку во времени. При этом процесс может проводиться при концентрациях щелочи 340Х, при температуре, верхний предел которой не выше точки кипения.

Предпочтительнее принимать концентрацию раствора щелочи в пределах 315Х так как концентрация выше 15Х нецелесообразна из-за ухудшения условий техники безопасности и неоправданного перерасхода щелочи, а при концентрации ниже ЗХ скорость выщелачивания очень низкая и применение этого раствора неэффективно.

Первоначально процесс происходит активно. При этом скорость реакции и время обработки зависят от температуры, а также от концентрации щелочнбго раствора. С течением времени процесс обработки замедляется. При более высокой температуре .глубина обработанного слоя увеличивается.

Таким образом, изменяя температуру и концентрацию щелочного раствора, можно подобрать необходимую глубину и время обработки.

Затем в нагретую металлическую обойму устанавливают вкладыш. При остывании металлическая обойма плотно зажимает деталь — вкладыш из силнцированного графита. Если в отдельных кольцах трения соединение оказалось негерметцчным, то кольца подлежат пропитке пропиточным составом, нагнетаемым избыточным давлением газа (воз1128037

3 духа, азота) и термостатированию, старению и доводке рабочей поверхности стыка известными методами.

На фиг. 1 показан вкладыш из карбидокремниевого материала, обработанный щелочью,(n — протравленный слой, d"- величина поля допуска, даваемая на его механическую обработку; л „- максимальный натяг,ю < минимальный натяг, 3-3 — нейтральная 10 ось) на фиг. 2 - металлическая обойма (о — величина поля допуска на механическую обработку) ; на фиг. 3—

В запрессованный вкладыш 1 в металлическую обойму 2, обработанный слой кото- 15 рого существенно сдеформировался в силу высокой податливости.

При обработке щелочью из карбидокремниевого материала образуется толщина протравленного поверхностного 20 слоя глубиной 400-800 мкм. При этом физико-механические свойства слоя (твердость и контактная податливость) ,изменяется примерно в 1,5-2 раза..Следовательно, наличие слоя с высокими 25 показателями по. контактной податливости позволяет снизить требования к точности изготовления эа счет появившейся возможности изготовления . деталей из карбидокремниевых материалов с наиболее широким полем допуска натяга, регламентирующего класс точности на изготовление.

Предлагаемый способ позволяет изготовить соединение герметичным без

35 образования радиальных трещин по менее "жесткому" классу точности, .например по третьему или даже четвертому.

Пример 1. Опыт осуществляют предлагаемым способом. Кольца трения 40 выполняют из силицированного графита

СГ-П (с пределом прочности 6ь=

= 4200 кг/см, модулем упругости E=

1,27 ° 10 кг/см, коэффициентом линейного расширения cC= 4,2 10 1/град и коэффициентом Пуассона »= О, 1) и металлической обоймы из титана ВТ1-О (с б т/100 C=2700 кг/см,Е=1-10 кг/см с = 8,8 ° 10 1/град, =0,2) . При этом диаметр соединения вкладыша с металлической обоймой равен 90 мм. Для .обслуживания работоспособности соединения при 140 С необходимо иметь натяг

dog Dos î 1кс кг-к 9,0 8 8.-10 (140-20)-9,0 4,2 10 (130-20).=53,4 мкм.

Выбираем посадку 990A(+0 035)

П я1э(+ (+0,090) 4

Запрессовка вкладыша в металлическую обойму проводится следующим образом.

Вкладыш полностью погружают в сосуд, заполненный щелочью 15Х-ной концентрации и выдерживают при 80 С в течение 3 ч. После промывки определя- ют твердость и контактную податливость протравленного слоя на соответствующем приборе. Диаметр отпечатка при вдавливании шарика 4 2,5 мм под нагрузкой 187,5 кг составляет 1,1 мм, глубина погружения индеитора 0,1275 мм; контактная податливость 0,68 мкм/кгс, твердость 187 ед.

Затем вкладыш устанавливают в нагретую до 300 С металлическую обойму.

После охлаждения обойма плотно обжимает вкладьпп. Спустя сутки радиальных трещин на рабочей поверхности обнаружено не было. Таким образом, контактная податливость изменяется в сравнении с вкладышем,, не обработанным в щелочи, в 1,95 раза (пример 2) .

Пример 2. Опыты осуществляют по известному методу.

Кольца трения выполняют из силицированного графита СГ-П и.металлической обоймы с теми же характеристиками, что и в примере 1.

Запрессовка вкладышей в металлическую обойму проводится по посадке

890 А(+О 035)

--- -а

1з (+0»160) (+0,090) с допуском натяга 105 мкм беэ обработки поверхности щелочью. При этом диаметр отпечатка составляет 0,8 мм, глубина погружения О;065 мм контактная податливость 0,35 мкм/кгс, твердость 363 ед. После запрессовки обнаружены радиальные трещины.

Таким образом, у вкладыша, обработанного раствором щелочи поверхностная твердость и контактная податливость изменились в 1,95 раза в сравнении с вкладышем, не обработанным в щелочи. Это позволяет изготовить соединение герметичным без образования радиальных трещин по менее "жесткому" классу точности.

Следовательно, наличие слоя с высокими показателями по контактной податливости позволяет снизить требования к точности изготовления за счет появившейся возможности изго1128037

Составитель Т. Колясинская

Техред Л. Коцюбняк Корректор С. Черни

Редактор Н. Пушненкова

Заказ 9007/26 Тираж 912 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113033-, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 ч»

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 товления деталей из карбидокремниевых материалов с наиболее широким полем допуска натяга, регламентирующего класс точности на изготовле-, ние, при обеспечении требуемой гер- метизации соединения.