CC BY
7
ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ПЕРЕРАБОТКИ НА ТОЧНОСТЬ И УСАДКУ РЕЗЬБОВЫХ ПЛАСТМАССОВЫХ ДЕТАЛЕЙ НЕФТЕПРОМЫСЛОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Керимов Д.А.1, Гасанова Н.А.2 ®
12
Доктор технических наук, профессор; доктор философии по технике, ассистент.
Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности г. Баку, Азербайджанская Республика
Аннотация
Изготовление резьбы пластмассовых деталей сравнительно сложно, чем на металлах. Это связано с физико-механическими процессами, происходящими в процессе изготовления конкретных резьбовых деталей из пластмасс методом прессования и литья под давлением. Также механика формирования пластмассовых резьб на деталях нефтепромыслового оборудования по своим специфическим свойствам отличаются от резьб полученных методом механической обработки на металлах. Так как резьбовые поверхности на пластмассовых деталях формируются в пресс-формах в зависимости от материалов и режимов: температуры, давления и времени изготовления. Эти режимные и управляемые параметры играют определенную роль при обеспечивании физико-механических свойств деталей в процессе изготовления. В связи с этим в данной статье рассматриваются влияния технологических параметров изготовления на качество резьбовых деталей нефтепромыслового оборудованиях.
Ключевые слова: резьбовые пластмассовые детали, точность, усадка, давление прессования.
INFLUENCE OF THE MODES OF PROCESSING ON ACCURACY AND SHRINKAGE OF THREAD PLASTIC DETAILS OF OIL-FIELD EQUIPMENT
Kerimov D.A., Gasanova N.A.
Summary
Production of a thread of plastic details is rather difficult, than on metals. It is connected with the physical-mechanical processes coming in the course of production of concrete thread details from plastic by method ofpressing and casting under pressure. Also mechanics offormation of plastic threads on details of the oil-field equipment on the specific properties differ from the threads received by a machining method on metals. As thread surfaces on plastic details are formed in compression molds depending on materials and the modes: temperatures, pressure and time of production. These regime parameters and guided parameters play a part at a guaranty of physical-mechanical properties of details in the course of production. In this regard, it in this article influences of technological parameters of production on quality of thread details oil-field equipment are considered.
Keywords: thread plastic details, accuracy, shrinkage, pressing pressure.
Для установления достижимой границы качества резьбы на деталях нефтепромыслового оборудования, т.е. точности и прочности изготовления пластмассовой резьбы необходимо определить степень влияния каждого технологического параметра (Р, t, t) на колебание усадки, размеров резьбы и прочности элементов резьбы [1].
Известно, что на процесс протекания усадки в пластмассовой резьбе из технологических параметров наиболее сильно влияет удельное давление прессования (Р). В
® Керимов Д.А., Гасанова Н.А., 2017 г.
связи с этим исследовано влияние удельного давления прессования на усадку элементов резьбы на деталях с размерами от М10 до М30 мм с шагом S=1,5 мм, М36^М180 мм с шагом S=3 мм, М36^М180 мм с шагом S=4 мм, М72^М220 мм с шагом S=6 мм (где охвачены элементы резьб предусмотренных в ГОСТе 16093-70). Эти детали были изготовлены из фенопласта марки 03-010-02. Давление прессования варьировалось от 25 до 50 МПа с шагом 50 МПа, а другие технологические параметры (температура прессования и время выдержки) поддерживались постоянными (Т = 160±5°С и Т =0,8 мин/мм).
Для того, чтобы исключить влияние других технологических параметров на исследуемый процесс, толщины стенки образцов (типа втулок с наружными резьбами) и производственных деталей приняты постоянными между 8^18 мм. Соответственно шагу резьбы для каждого размера при каждом значении удельного давления прессования было изготовлено по 10 образцов.
Результаты их измерений (среднее арифметическое), в зависимости от давлений прессований, для отдельных размеров даны на рис.1, 2.
Как следует из указанных кривых, для исследованных размеров усадки элементов резьбы с увеличением удельного давления прессования сперва уменьшается (как у гладких деталей), а затем, после достижения минимума, увеличивается до определенного значения давления [1].
На рис.1 приведены кривые зависимости между усадкой наружного диаметра вышеуказанных резьб и удельным давлением прессования. Из него видно, что минимальное значение усадки всех исследуемых размеров получается при режиме прессования Р=40^45 МПа. Это полностью совпадает с результатами, полученными на гладких пластмассовых деталях [1]. На наш взгляд, это связано с тем, что при указанных давлениях создаются благоприятные условия для нормального протекания усадки элементов резьбы и деформации деталей, так как в начале формования усадки и формования элементов резьбы заканчивается полное отверждение и отсутствует упругая деформация после полного остывания.
На рис.2 указаны кривые зависимости усадки средних диаметров резьбы от давления прессования. Здесь, как и для наружных диаметров цилиндрических деталей наилучшим режимом переработки является Р=35^45 МПа, где усадка средних диаметров имеет минимальное значение. Результаты экспериментальных исследований усадки шага резьб некоторых размеров в зависимости от удельного давления прессования даны на рис.2. Из него видно, что усадка шага резьб у всех размеров больше, чем усадка наружных и средних диаметров.
1,200 1,100
1,000
0,900 0,800
0,700 0,600
0,500
0,400
0,300 0,200
Рис. 1. Зависимость усадки наружных диаметров резьб от давления прессования
Это объясняется тем, что в направлении движения Пуансона после снятия давления прессования прессуемый материал (профили резьбы) подвергается в форме по направлению снятия упругих деформаций, что в результате приводит к увеличению усадки шага резьбы.
Анализируя результаты, полученные на деталях номинальным диаметром от М10х1,5 до М220х6, можно заключить, что для изучения процесса протекания усадки элементов резьбы, в зависимости от удельного давления условная область оптимума давления прессования может быть принята в границах от 35 до 45 МПа. Здесь в указанных значениях давления всех кривых (рис.1, 2) наблюдается уменьшение величины усадки во всех исследованных размерах.
1 \\ М14 0x6 (
\\ * IV >ч у кг \ * 100x4 У' н 5'
% к / ч * // 41
\ < -71/ 1 1 1 М172> 3
/ М2 0x1,5
25 30 35 40 45 50 55
ааеР%
1,000 0,900
0,800 0,700 0,600 0,500
щ м 130x4 * У У у" У / V.. / й-
к ' ч| ) / 1 ■ 1 Г / / Л С .,5
1 \ \ 1 1 1 1 / 1 _г /I г'/чМ гаохб
\ ГЧ«-. [ \ \ \ \ \ г-Н *--1 1 1 /
\ Ч1 И К 100x3
25 30 35 10 ¿¡5 50 55 р. МПа
Рис.2. Зависимость усадки средних диаметров резьб от давления прессования
Для того, чтобы определить вид функции усадки элементов резьбы от режимов переработки в гиперпространстве \Qi = (Р,t,т)\, нами на основе экспериментальных данных выведены корреляционные зависимости между усадкой отдельных элементов резьбы и давлением прессования для всех изученных размеров \2, 3\. При выведении корреляционных уравнений применен метод Чебышева. Эти зависимости хорошо описываются корреляционными уравнениями второго порядка, и они даны на сводной таблице 1.
Таблица 1
Размеры Вид функции Корреляционные зависимости усадки элементов резьбы от удельного давления прессования
X = Л(Р) = 2,651 - 0,011Р + 0,199 • 10-4 • Р2
о т &2 = /2( Р) = 2,296 - 0,0088Р + 0,312 • 10-4 • Р2
+ а, = /3( р) = 2,484 - 0,01Р + 0,1245 • 10-4 • Р2
X о = Л(Р) = 3,595 - 0,0135Р + 0,173 • 10-4 • Р2
§ + т <3 х X о чо оо 3 Е = А(Р) &2 = /2( Р) = /з( Р) = 3,783 - 0,0162Р + 0,211 • 10-4 • Р2 = 3,723 - 0,04Р + 0,205 • 10-4 • Р2 = 3,484 - 0,0115Р + 0,185 • 10-4 • Р2
д, = и?) д, = 4,472 - 0,0172Р + 0,224 • 10-4 • Р2
X о 00 § + X 6 т Е ^ = А(Р) 0,2 = Л( ?) = /э( Р) д,= /4 (?) = 3,410 - 0,0120Р + 0,1627 • 10-4 • Р2 = 3,279 - 0,0128Р + 0,1691 • 10-4 • Р2 д^ = 3,484 - 0,0137Р + 0,1763 • 10-4 • Р2 д^ = 3,705 - 0,0119Р + 0,1435 • 10-4 • Р2
Ю X о с^ с^ Е + X 2 а, = аР 0,2 = /2( Р) 0*3 = /э( Р) д,= /4 (?) д^ = 3,741 - 0,0153Р + 0,347 • 10-4 • Р2 д^ = 2,881 - 0,01Р + 0,382 • 10-4 • Р2 д^ = 2,672 - 0,0091Р + 0,199 • 10-4 • Р2 д, = 3,343 - 0,0097Р + 0,239 • 10-4 • Р2
Анализ полученных уравнений дает возможность при изучении влияния комплекса технологических параметров на процесс протекания усадки элементов резьбы, выбрать нелинейную математическую модель и при этом использован полный факторный план эксперимента. Такой эксперимент позволяет практически в определенной степени установить границы точности изготовления резьбовых деталей из пластмасс.
Для этого из всех рассмотренных режимов переработки выбраны такие (Р-40^45 МПа), где достигается минимальная усадка по всем элементам резьбы [4]. При этом режиме найдены рассеивание размеров собственно среднего диаметра резьбы /2), погрешность шага, возникающая вследствие усадки и колебания последней по длине свинчивания /),
( Л
погрешность половины угла профиля резьбы /а . Суммируя эти величины, находим
V 2 У
суммарную погрешность среднего диаметра резьбы, которая, как известно, служит критерием оценки точности резьбы
Е ¿2 = /а2 + Л + /а
2
Суммарная погрешность среднего диаметра, а также рассеивания размеров наружного диаметра рассчитана для всех номинальных диаметров и шагов резьбы дается в таблице 2. По этим величинам определяем соответствующие поля допусков для этих резьб по ГОСТам 16093-70 и 11709-71.
Анализируя полученные данные, видим, что величина суммарной погрешности среднего диаметра и рассеивание размеров наружного диаметра для резьб М10х1,5^М24х1,5 соответствуют полям допусков 4Ь по ГОСТу 16093-70 и 6Ь, по ГОСТу 11709-11, а для резьб М30х1,5 - 6Ь4Ь и 6Ь (табл.2). Соответствие полученных данных для рассмотренных резьб подробно иллюстрируется на рис.1, 2.
Для резьб М36х3^М180х3 эти величины полностью укладываются между полями допусков 6Ь4Ь, 7Ь4Ь, 8Ь4Ь, 8Ь6Ь по ГОСТу 16093-70 и 6Ь, 7Ь6Ь, 8Ь6Ь по ГОСТу 11709-71 (рис.1, 2). На рис.1 изображено соответствие вышеуказанных величин для резьб М36х4-М180х4 полям допусков 6Ь4Ь, 8Ь4Ь по ГОСТу 16093-70 и 6Ь, 8Ь6Ь по ГОСТу 1170971. Для резьб М72х6^М220х6 величины суммарной погрешности среднего диаметра и рассеивания размеров наружного диаметра соответствуют полям допусков 7Ь4Ь, 8Ь4Ь ГОСТа 16093-70 и 7Ь4Ь, 8Ь4Ь ГОСТа 11709-11 (рис.2).
Рассмотрение этих данных показывает, что точность наружного диаметра резьбы пластмассовых деталей получается выше, чем точность среднего диаметра (табл.2).
Полученные экспериментальные результаты в определенной степени дают возможность расширить область применения резьбы на деталях из термореактивных пластмасс, а также подтверждают предположение в более точном их изготовлении по сравнению, чем из других пластмассовых материалов.
Анализируя результаты, полученные при исследованиях, можно сказать, что поля допусков ГОСТа 11709-71, регламентированные для пластмассовых резьб, подтверждаются нашими экспериментами. Это свидетельствует о том, что для резьбы из термореактивных пластмасс нет необходимости в составлении новых рядов допусков, отличающихся от рядов допуска для металлических резьб.
Литература
1. Керимов Д.А. Научные основы и практические методы оптимизации показателей качества пластмассовых деталей нефтепромыслового оборудования. Диссертация докт.техн.наук., Баку, АзИНЕФТЕХИМ им. М.Азизбекова, 1985, 156 с.
2. Керимов Д.А., Курбанова С.К. Основы конструирования пластмассовых деталей и пресс-форм. Баку: Изд-во «Елм», 1997, 504 с.
3. Карсанов И.Н., Мустафаев А.Д. Влияние времени выдержки при прессовании на усадку и точность деталей из некоторых пресс-материалов. «Пластические массы», №12, 1987
4. Гасанова Н.А. Поведение пластмасс, работающих в нефтепромысловых оборудованиях. «Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук» Журнал научных публикаций №08 (август) Часть I, Москва 2016, с. 59-64
