Сюй Сяодун, Хуан Чжиго, Chengde Petroleum College, Чэндэ
Аннотация: С помощью технического анализа состояния эксплуатации и причин отказов корпуса Шарнирное колено изучаются внутренние факторы, лежащие в основе короткого срока службы этого продукта. Не влияя на эксплуатационные характеристики изделия, конструкция и процесс обработки улучшаются, а также определяется важный маршрут для увеличения срока службы.
1. Введение
Шарнирное колено является важным аксессуаром, используемым на цементных грузовиках для нефтяных месторождений, гидроразрывных грузовиках, различных Манифольдах высокого давления, трубопроводах и другом оборудовании высокого давления. Он может использоваться для транспортировки нефти, воды, гидроразрывной жидкости и смешанных жидкостей. Поскольку максимальное рабочее давление высокое, заготовка должна обладать хорошими механическими свойствами. Шарнирные колена в настоящее время используются на нефтяных месторождениях импортные и отечественные типы. Импортные Шарнирные колена имеют долгий срок службы, но стоят дорого. Большинство бытовых Шарнирные колена изготавливаются из кованых деталей, закаливают и закалывают, а затем обработывают финишной обработкой. Их стоимость ниже, но срок службы короче. В настоящее время многие отечественные производители увеличивают толщину стенок для увеличения срока службы. Однако увеличение толщины стенки не только увеличивает стоимость материала, но и делает обращение неудобным из-за увеличения веса. Поэтому для продления Шарнирное колено срока службы необходимо принять эффективные технологические меры для улучшения комплексных механических свойств заготовки.
2. Структура заготовки и причины разрушения
Корпус Шарнирное колено изготовлен из 35CrMo. Её структура показана на рисунке 1.
Рисунок 1. Структура заготовки
Из конструкции кузова Шарнирное колено видно, что корпус имеет дугудную конструкцию для снижения воздействия жидкости под высоким давлением. Два конца тела соединены с двумя локтями с помощью стальных шариков. Стальные шары одновременно ограничивают осевое движение между деталями и обеспечивают относительное вращение. Уплотняющее плечо используется для установки U-образного уплотнительного кольца, а метод герметизации между корпусом и локтевой подшипкой — это герметизация на конце. Во время работы вращение локтевой подводной лодки позволяет корректировать относительное положение между трубопроводами для соответствия требованиям поля. Текущий процесс формования корпуса включает ковку, нормализацию, сверление, горячую гибку, закалку и закалку, а также механическую обработку. Поскольку процесс термической обработки включает в себя закалку и темперирование, комплексные механические свойства хорошие, твёрдость HRC 38-42, а обрабатываемость приемлема. Повреждение организма обычно происходит двумя способами. Один из них — износ на внутренней дуге R165. Технический анализ на местах показывает, что при транспортировке смешанной жидкости частицы в смеси протирают внутреннюю стенку заготовки под высоким давлением. Из-за низкой твёрдости внутренней стенки и низкой износостойкости, внутренняя дуга R165 становится слабым местом. Вторая причина — внутренняя твёрдость канавки гоночной дорожки низкая, и её точность не соответствует требованиям обслуживания, что приводит к серьёзному износу канавки и делает вращение кузова негибким или даже заедающим.
3. Процессные меры
Учитывая вышеуказанную ситуацию, улучшение существующего процесса, повышение твёрдости и износостойкости внутренних поверхностей, а также повышение точности обработки являются важными путями для увеличения срока службы заготовки.
3.1 Улучшение процесса формования
Оригинальный дизайн процесса в целом разумен как по выбору материала, так и по маршруту процесса. Однако она не может удовлетворить требования к высокой износостойкости заготовки, что является основной причиной относительно короткого срока службы. Если термическая обработка будет заменена на общую закалку, износостойкость значительно улучшится, но комплексные механические свойства, особенно ударостойкость, уменьшатся. Режим отказа заготовки изменится, и срок службы всё равно не улучшится. Высокочастотное индукционное упрочнение — это метод термической обработки для увеличения твёрдости поверхности. Если внутренняя поверхность тела будет индукционно закалена после общего закалки и темперирования, можно сохранить комплексные механические свойства, а твёрдость внутренней поверхности значительно увеличиться. Поэтому первоначальный процесс совершенствуется следующим образом: ковка, нормализация, сверление, горячее сгибание, общее закалывание и закалка, точка, высокочастотное индукционное упрочнение внутренней поверхности и шлифовку канавки гоночной дорожки.
Улучшенный процесс сохраняет оригинальную особенность процесса, а именно комплексные механические свойства заготовки, при этом добавляет высокочастотное индукционное упрочнение внутренней поверхности. После индукционного упрочнения твёрдость на внутренней поверхности достигает HRC 50-55. Затвердевший слой имеет глубину около 3 мм, а твёрдость и износостойкость значительно улучшились. Однако повышенная твёрдость дорожки затрудняет повороты, поэтому канавка после индукционного упрочнения завершается шлифовкой. Это не только соответствует требованиям по эксплуатации и характеристикам заготовки, но и снижает шероховатость поверхности канавки по сравнению с исходным значением Ra и значительно повышает точность заготовки.
Из-за особой структуры заготовки выбор позиционирования датума при шлифовке имеет решающее значение. Если ось и конечная поверхность внешнего круга phi 110 используются в качестве позиционирующих датумов, зажим во время обработки становится неудобным, и накопленная ошибка увеличивается, поскольку позиционные данные и данные обработки не совпадают. Поэтому при проектировании шлифовальной машины и при учте удобства зажима, на конечной стороне кузова предусмотрен процесс определения локализации плеча. Ось этого процесса, определяющая плечо, и ось канавки гоночной дорожки спроектированы как одинаковый данный данный процесс, как показано на рисунке 2. Размер отростка, определяющего плечо, не влияет на соединение между телом и локтевой подсобкой и не влияет на силу тела. Использование внешней концевой поверхности и оси процесса, локализация плеча в качестве позиционирующих датумов может удовлетворить требования шлифовки канавки гоночной дорожки.
Рисунок 2. Диаграмма проектирования процессов
3.2 Выбор шлифовального материала
После высокочастотного индукционного упрочнения твёрдость и износостойкость канавки Шарнирное колено кузова значительно улучшаются. Однако если материал шлифовального круга неправильно выбран во время шлифовки, могут возникнуть ожоги и трещины, поэтому выбор материала для шлифовки крайне важен.
Кубический нитрид бора (CBN) — один из самых жестких материалов для резки. По сравнению с алмазом, CBN обладает следующими преимуществами.
Во-первых, он обладает отличной красной твёрдостью и при высокой температуре (1200°C) сохраняет хорошую твёрдость. Во-вторых, алмаз склонен к графитизации при контакте со сталью, тогда как CBN обладает механической прочностью вдвое выше алмаза. Что ещё важнее, кристаллы CBN обладают исключительно хорошими режущими краями и выделяют меньше тепла во время работы, что помогает уменьшить поверхностный ожог и трещины в канавке гоночной дорожки. Чтобы обеспечить шлифовальному кругу длительный срок службы, параметры резки должны быть разумно подбраны. Обычная скорость резки шлифовального круга CBN составляет 40 м/с, скорость подачи — 500-1200 мм/мин, а глубина резки может быть выбрана в зависимости от ситуации. В целом, определяющими параметры шлифовки, в основном являются деформация при термической обработке и точность конечной обработки.
4. Краткое содержание
В заключение, основными факторами, определяющими срок службы кузова Шарнирное колено являются материал кузова и механические свойства после термической обработки. Закалка и закалка могут соответствовать комплексным требованиям к механическим свойствам, таким как удароустойчивость, а высокочастотное индукционное закалывание внутренней поверхности — к высоким требованиям по твёрдости и высокой износостойкости. Основным фактором, определяющим точность заготовки, является общая жесткость системы, состоящей из шлифовального круга, заготовки и крепления станка-инструмента. Выполнение этих требований значительно увеличивает срок службы заготовки.
