Post on 20-Oct-2015
Universitatea PETROL GAZE din PLOIESTI Facultatea de Inginerie Mecanic i Electric
Gheorghe DRGHICI
Vlad ULMANU Gheorghe ZECHERU
FABRICAREA UTILAJULUI PETROLIER SI PETROCHIMIC
(Suport de curs)
PLOIESTI 2006
Lucrarea reprezint suportul de curs pentru disciplina FABRICAREA UTILAJULUI PETROLIER SI PETROCHIMIC de la specializarea Inginerie Economic n Domeniul Mecanic - nvmnt de zi i nvmnt la distan.
CUPRINS 1. FABRICAREA PIESELOR DE TIP ARBORE............................................. 5
1.2. Prelucrarea mecanic a pieselor de tip arbore.......................................................... 7 1.2.1. Operaii pregtitoare .............................................................................................................. 7 1.2.2. Operaii de degroare i finisare .......................................................................................... 8 1.2.3. Prelucrri finale ....................................................................................................................16
1.3. Scheme tehnologice tip de prelucrare a arborilor................................................... 17 1.3.1. Arbori netezi. .......................................................................................................................17 1.3.2. Arbori n trepte .....................................................................................................................18
2. FABRICAREA PIESELOR TIP ALEZAJ................................................... 23
2.1. Forme constructive, materiale i condiii tehnice.................................................. 23 2.2. Prelucrarea mecanic a pieselor tip alezaj ............................................................. 27
2.2.1. Operaii pregtitoare ............................................................................................................27 2.2.2. Operaii de degroare i finisare aplicate alezajelor..........................................................27 2.2.3. Prelucrri finale aplicate alezajelor.....................................................................................34
2.3. Scheme tehnologice tipice de prelucrare a pieselor tip alezaj................................ 36 3. FABRICAREA ROILOR DINATE ........................................................ 37
3.1. Forme constructive, condiii tehnice i tehnologicitatea construciei .................... 37 3.1.1. Elemente geometrice i clasificare .....................................................................................37 3.1.2. Precizia roilor dinate..........................................................................................................40 3.1.3. Materiale i semifabricate....................................................................................................42
3.2. Procese tehnologice tipice de prelucrare a roilor dinate cilindrice ..................... 42 3.2.1. Prelucrri de degroare i de finisare .................................................................................42 3.2.2. Prelucrri finale ale danturilor cilindrice........................................................................... 48
3.3. Tehnologia prelucrrii roilor dinate conice ......................................................... 53 3.4. Scheme tehnologice tipice de fabricare a roilor dinate ....................................... 56
4. FABRICAREA MBINRILOR CU UMR PENTRU GARNITURA DE FORAJ .......................................................... 59
4.1. Forme constructive i condiii tehnice .................................................................. 59 4.2. Tehnologia prelucrrii filetelor ............................................................................ 62 4.3. Controlul mbinrilor cu umr .............................................................................. 64
5. FABRICAREA PRJINILOR DE FORAJ ................................................ 67
5.1. Criterii de alegere a materialelor ........................................................................... 67 5.2. Fabricarea prjinilor de foraj din oel .................................................................... 68
5.2.1. Forme constructive i condiii tehnice ..............................................................................68 5.2.2. Caracteristici mecanice, materiale i tratamente termice.................................................71 5.2.3. Procesul tehnologic de fabricaie .......................................................................................73
5.3. Prjini de foraj din aliaje de aluminiu ................................................................... 82 5.3.1. Forme constructive i tipodimensiuni ...............................................................................82 5.3.2. Aliaje de aluminiu pentru prjini de foraj .........................................................................84 5.3.3. Tehnologia de fabricaie ...................................................................................................86
5.4. Ci de cretere a durabilitii prjinilor de foraj ................................................... 87 5.4.1. ncrcarea racordurilor speciale cu materiale dure .........................................................88 5.4.2. Acoperirea interioar anticorosiv a prjinilor de foraj ...................................................90
6. FABRICAREA SAPELOR CU TREI CONURI ......................................... 93 6.1. Generaliti ............................................................................................................93 6.2. Forme constructive, dimensiuni i condiii tehnice ...............................................94
6.2.1. Forme constructive ............................................................................................................. 94 6.2.2. Dimensiuni ........................................................................................................................... 99 6.2.3. Condiii tehnice .................................................................................................................. 99
6.3. Materiale i caracteristici mecanice ....................................................................100 6.3.1. Criterii de alegere a oelurilor pentru sape ......................................................................100 6.3.2. Oeluri pentru conuri i oeluri pentru flci ..................................................................101 6.3.3. Oeluri pentru bile, role i buce .....................................................................................102
6.4. Semifabricate pentru conuri i flci .................................................................... 103 6.5. Tehnologia tratamentelor termice.........................................................................104
6.5.1. Tehnologia tratamentului termic de carbonitrurare .......................................................104 6.5.2. Tehnologia tratamentului termic de borurare .................................................................106
6.6. Tehnologia ncrcrii cu aliaje durei cu aliaje antifriciune ...............................107 6.6.1. ncrcarea cu carburi de wolfram ....................................................................................107 6.6.2. ncrcarea cu Stellit ...........................................................................................................109 6.6.3. Armarea sapelor cu tifturi din carburi metalice ............................................................110 6.6.4. ncrcarea lagrelor cu aliaj antifriciune ......................................................................111
6.7. Tehnologia prelucrrii mecanice .........................................................................111 6.7.1. Probleme tehnologice .......................................................................................................111 6.7.2. Procesul tehnologic de fabricare a flcii .........................................................................115 6.7.3. Procesul tehnologic de prelucrare a conului .................................................................118
6.8. Tehnologia de asamblare i filetare a sapei .........................................................118 7. FABRICAREA UTILAJULUI PETROCHIMIC SI DE RAFINRII .... 121
7.1. Clasificarea utilajului petrochimic i de rafinrii .................................................121 7.2. Particularitile fabricaiei UPRi structura proceselor tehnologice ....................122 7.3. Interschimbabilitatea n construcia UPR ............................................................124 7.4. Semifabricate i adaosuri de prelucrare ..............................................................126 7.5. Operaii pregtitoare ............................................................................................127
7.5.1. Deconservarea i curarea semifabricatelor ..................................................................127 7.5.2. ndreptarea semifabricatelor ............................................................................................128 7.5.3. Trasarea semifabricatelor .................................................................................................130 7.5.4. Tierea (decuparea) semifabricatelor ..............................................................................131 7.5.5. Prelucrarea marginilor n vederea sudrii .......................................................................135
7.6. Operaii de ndoire a tablelor, profilelor i evilor ..............................................135 7.6.1. ndoirea (curbarea) tablelor...............................................................................................136 7.6.2. ndoirea evilor ..................................................................................................................139
7.7. Operaii de presare pentru realizarea elementelor de utilaj petrochimic i de rafinrii ....................................................................................143 7.8. Montajul nainte de sudare la realizarea UPR ......................................................145
7.8.1. Tehnologia montajului nainte de sudare .......................................................................145 7.8.2. Dispozitive utilizate la operaiile de montaj-sudare ......................................................147 7.8.3. Documentaia tehnologic ...............................................................................................150
BIBLIOGRAFIE .............................................................................................. 151
Capitolul 1
FABRICAREA PIESELOR DE TIP ARBORE
1.1. Forme constructive, materiale i condiii tehnice
In clasa pieselor tip arbore sunt incluse piesele la care suprafeele
principale sunt cilindrice exterioare, iar lungimea este mult mai mare dect
dimensiunea maxim transversal. Suprafeele laterale ale arborilor pot fi i
suprafee conice sau suprafee profilate (caneluri, danturi evolventice, etc.) i pot
conine alezaje cu axa perpendicular pe axa arborelui sau canale de pan. Pe
suprafeele frontale ale arborilor pot exista guri coaxiale sau necoaxiale cu axa
arborelui. Exist i construcii la care piesele de tip arbore au alezaje (cilindrice
sau profilate) coaxiale cu suprafeele exterioare (arbori tubulari).
In funcie de particularitile formei constructive piesele de tip arbore se
pot grupa n : arbori drepi (netezi, cu trepte ntr-un sens, cu trepte n ambele
sensuri), arbori cotii i arbori cu came, aa cum este ilustrat n tabelul 1.1.
Dup raportul dl (l este lungimea total iar d este diametrul celei mai
lungi trepte) arborii pot fi:
1 arbori rigizi la care 12...8dl ;
2 arbori nerigizi la care 12>dl ;
Aceast clasificare prezint importan pentru alegerea schemelor de
bazare i fixare n timpul prelucrrii, deoarece arborii rigizi se pot prelucra fr
reazeme suplimentare intermediare (prindere numai n universal pentru 3dl sau
n universal i vrf pentru 123
dl pot fi: roi (sau discuri) de tip A, cu Dup valoarea raportului i
roi (sau discuri) de tip B cu 1dl .
dDRaportul caracterizeaz rigiditatea piesei ntr-un plan perpendicular pe
ax, i n funcie de valoarea acestuia se alege metoda de bazare i fixare la
prelucrare: pentru 4dlPiesele de tip arbori tubulari au alezaje lungi , coaxiale cu
suprafeele exterioare; prelucrarea acestor alezaje lungi (adnci) ridic probleme
tehnologice deosebite, mai ales dac au i condiii de precizie ridicat.
Materialele utilizate pentru piesele din clasa alezaj sunt extrem de diverse,
n funcie de forma constructiv, dimensiuni i condiiile de exploatare; practic se
folosesc toate categoriile de materiale: oeluri, fonte, aliaje neferoase, mase
plastice, materiale compozite etc. In cazul pieselor folosite ca lagre de alunecare
exist construcii (v. fig. 2.1d) la care se utilizeaz dou categorii de materiale;
unul care asigur rezistena mecanic i constituie suportul pe care se depune un
strat dintr-un material care asigur comportarea bun la frecare (aliaje
antifriciune).
Semifabricatele utilizate depind de material, forma i dimensiunile piesei,
tipul produciei: pentru buce metalice cu d 20 mm se
utilizeaz semifabricate cu alezaj (evi laminate sau semifabricate turnate de
precizie); pentru buce din mase plastice se folosesc semifabricate presate; pentru
roi de transmisie sau discuri se utilizeaz semifabricate turnate, forjate sau
matriate.
La stabilirea condiiilor tehnice privind precizia pieselor din clasa alezaj se
are n vedere faptul c prelucrarea la interior decurge n condiii dificile deoarece
suprafaa alezajului este mai greu accesibil, rigiditatea sistemului tehnologic este
mai redus datorit limitrii dimensiunilor sculelor i dispozitivelor la
dimensiunea alezajului, iar rcirea corespunztoare a sculei, ghidarea corect a
acesteia i evacuarea achiilor este greu de realizat. Toate aspectele menionate
impun prescrierea unor tolerane mai mari la suprafeele interioare dect la cele
exterioare de aceeai dimensiune nominal.
La piesele de tip buc pentru suprafeele care formeaz ajustaj se prescriu
precizii corespunztoare claselor 710 ISO (chiar clasa 6 ISO n cazuri speciale)
i rugoziti Ra = 1,66,3 m iar pentru suprafeele care nu formeaz ajustaj precizii corespunztoare claselor 1214 ISO i rugozitate Ra = 6,312,5 m. Se prescriu de asemenea abateri limit la perpendicularitatea suprafeelor frontale pe
axa alezajului (max. 0,2mm / 100mm raz) i abateri la concentricitatea
suprafeelor interioare i exterioare (2050m).
25
Gheorghe Drghici
Asigurarea concentricitii ntre suprafeele interioare i suprafeele
exterioare se realizeaz prin aplicarea uneia din urmtoarele metode de prelucrare:
- prelucrarea suprafeei interioare i exterioare din aceeai aezare
(poziie); este aplicabil n cazul n care rmne o suprafa a
semifabricatului care nu se prelucreaz, sau cnd piesele se execut din
eav sau bar pe strunguri revolver semiautomate sau automate
(ultima faz este retezarea);
- prelucrarea din dou aezri: la prima aezare se prelucreaz suprafaa
interioar i o suprafa frontal, iar la a doua aezare cu bazarea i
fixarea pe suprafaa interioar se prelucreaz suprafaa exterioar i
cealalt suprafa frontal (fig. 2.3a); este metoda folosit curent
deoarece pentru bazare i fixare la a doua aezare se utilizeaz dorn
extensibil sau cu urub, fixare caracterizat prin rigiditate mare i
posibilitate de verificare uoar cu ajutorul comparatorului;
- prelucrarea din dou aezri: la prima aezare se prelucreaz suprafaa
exterioar cu bazarea i fixarea pe suprafaa interioar neprelucrat, iar
n aezarea a doua se prelucreaz suprafaa interioar i cealalt
suprafa frontal cu bazarea i verificarea pe suprafaa exterioar
prelucrat anterior (fig. 2.3b); se aplic la prelucrarea pieselor de
dimensiuni mari, cu 1dl (buce, roi sau discuri).
Fig. 2.3. Prelucrarea pieselor de tip alezaj n dou aezri :
a cu bazarea final pe suprafaa interioar; b cu bazarea final pe o suprafa exterioar
26
Fabricarea pieselor tip alezaj
2.2. Prelucrarea mecanic a pieselor tip alezaj
2.2.1. Operaii pregtitoare
Operaiile pregtitoare au ca i n cazul pieselor de tip arbore rolul de a
realiza bazele tehnologice pentru operaiile urmtoare i de a uura operaiile de
degroare; se aplic aceleai operaii ca la arbori, cu excepia centruirii. In cazul n
care se intenioneaz folosirea bazrii ntre vrfuri pentru prelucrarea suprafeelor
exterioare se pregtesc dornuri sau dopuri speciale prevzute cu guri de centrare.
2.2.2. Operaii de degroare i finisare aplicate alezajelor
Operaiile de degroare i finisare se difereniaz dup forma i
dimensiunile piesei , tipul semifabricatului, tipul sculelor i mainilor utilizate.
Prelucrrile prin burghiere, lrgire i alezare sunt prelucrri la care
sculele sunt dimensionale i standardizate; se utilizeaz n special n cazul
alezajelor de dimensiuni mici (uzual, d < 50, dmax = 80) executate n piese cu sau
fr simetrie de rotaie. In tabelul 2.1. sunt prezentate succesiunea prelucrrilor i
dimensiunile sculelor corespunztoare acestor operaii.
Deoarece burghierea necesit fore axiale mari, la prelucrarea grilor cu
d > 30 mm se execut o pregurire cu un burghiu cu diametrul egal cu 0,60,7
din diametrul final.
Tabelul 2.1. Succesiunea prelucrrilor i dimensiunile sculelor la prelucrarea alezajelor
Dimensiunile sculelor pentru diametrul final al alezajului, n mm Succesiunea fazelor
(operaiilor) 6 8 10 12 14 16 18 20 25 30 35 40 50
Pregurire 20 20 25 25 Burghiere 5,8 7 8,8 10,8 12,8 14,25 16,25 17,5 22,5 27,5 32 37 46 Lrgire - 7,8 9,8 11,82 13,75 15,75 17,75 19,7 24,7 29,7 34,6 39,6 49,6 Alezare * 6 8 10 12 14 16 18 20 25 30 35 40 50
* Pentru prelucrarea unui alezaj cu tolerana T la diametru, se va utiliza un alezor cu
tolerana 0,35T i cu diametrul maxim dmax = Dmax 0,15T (Dmax este diametrul maxim al
alezajului).
Lrgirea (adncirea) se execut dup burghiere n scopul corectrii
poziiei alezajului i al creterii precizie dimensionale (lrgitorul este ghidat de
maina-unealt i are 3 sau 4 muchii achietoare cu care se nltur un adaos de
prelucrare de aproximativ 0,1d).
27
Gheorghe Drghici
Alezarea se execut dup lrgire n scopul creterii preciziei dimensionale
i reducerii rugozitii suprafeei; nu se pot corecta abateri de poziie ale alezajelor
deoarece scula este ghidat de suprafaa prelucrat (legtura cu maina-unealt
este nerigid). Alezoarele au unghiuri de atac mici (115o), un numr mare de
muchii achietoare i se pot prelua adaosuri de 0,01d. Prin alezare se pot obine
precizii 79 ISO, n funcie de precizia alezorului i starea sa de uzare.
Mainile-unelte utilizate pentru prelucrarea alezajelor cu scule
dimensionale n succesiunea artat pot fi grupate n dou categorii, dup
elementul care execut micarea principal de achiere:
- maini la care micarea principal este realizat de scul: maini de
gurit (verticale, radiale, n coordonate, cu comand numeric), maini
de alezat i frezat orizontale, maini-unelte agregat; se folosesc pentru
piese fr simetrie de rotaie sau alezaje excentrice;
- maini la care micarea principal o execut piesa: strunguri normale,
strunguri revolver, strunguri cu comand numeric; se folosesc pentru
alezaje concentrice cu suprafee exterioare de revoluie.
Utilizarea succesiunii: burghiere, lrgire i alezare pentru prelucrarea
alezajelor este limitat de mai muli factori cum ar fi:
- se pot prelucra n condiii economice doar alezaje cu dimensiuni
standardizate; costurile cresc foarte mult dac se utilizeaz scule
executate special;
- nu poate fi asigurat precizie ridicat la poziia alezajului;
- prelucrarea alezajelor nfundate, conice sau n trepte este dificil;
- nu se pot prelucra materiale cu duritatea mai mare de 35 HRC;
- sunt necesare mai multe faze de prelucrare, iar calitatea suprafeelor
prelucrate este inferioar celei obinut prin alte metode.
Prelucrarea prin strunjire a suprafeelor interioare. Strunjirea se aplic
pentru prelucrarea de degroare i finisare a alezajelor obinute prin turnare,
forjare sau burghiere. Prelucrarea se realizeaz:
- pe strunguri (normale, revolver sau carusel) , caz n care piesa execut
micarea principal de achiere iar scula micrile de avans
(longitudinal i transversal;
- pe maini de alezat i frezat orizontale i pe maini de gurit n
coordonate, caz n care scula execut micarea principal de achiere i
28
Fabricarea pieselor tip alezaj
eventual micarea de avans longitudinal, iar piesa execut micrile de
avans longitudinal i transversal.
In figura 2.4 sunt prezentate cteva cazuri de prelucrare a alezajelor prin
strunjire, iar n figura 2.5 sunt prezentate cteva forme ale prii active a
cuitelor pentru interior.
Precizia economic la prelucrarea prin strunjire corespunde claselor
910 ISO, dar se pot obine i alezaje pn la clasa 7 ISO dac se adopt
msuri tehnologice speciale.
Fig. 2.4. Metode de prelucrare prin strunjire a alezajelor:
a prelucrarea alezajelor cu d < 70 mm i l < 150 mm(cuit fixat n suport); b prelucrarea alezajelor cu d > 70 mm i l > 150 mm (cuit fixat n bara port-cuit); c prelucrarea alezajelor cu l/d > 5 (cuit fixat n bara port-cuit cu reazem suplimentar; d prelucrarea simultan cu mai multe
cuite (strunguri revolver)
Fig. 2. 5. Cuite pentru strunjire interioar:
a cuit drept pentru interior; b cuit pentru col interior; c cuit pentru canelat
Strunjirea pe strunguri normale se aplic n cazul pieselor de dimensiuni
medii, cu sau fr simetrie de rotaie; piesele cu simetrie de rotaie se fixeaz n
universal, iar cele fr simetrie de rotaie sau cu alezaje excentrice se fixeaz n
platoul cu patru bacuri.
Strunjirea pe strunguri revolver se aplic n cazul produciei de serie a
pieselor de dimensiuni relativ mici, cu numr mare de suprafee interioare i
29
Gheorghe Drghici
exterioare ; semifabricatul se fixeaz n universal sau buc elastic, sculele ce
execut doar micri de avans longitudinal se fixeaz pe capul revolver n bare
portcuit sau mandrine speciale, iar sculele care execut avans transversal se
fixeaz pe crucioare.
Prelucrarea pe strunguri carusel se aplic la piese cu dimensiuni mari
cum sunt diferite tipuri de carcase, corpuri de revoluie sau piese cu forme
asimetrice.
Piesele cu simetrie de rotaie se orienteaz pe platoul strungului carusel n
urmtoarele moduri:
- orientare dup o suprafa exterioar i o suprafa frontal;
- orientarea dup o suprafa interioar i o suprafa frontal;
Fixarea acestor piese se face cu ajutorul bacurilor cu strngere simultan.
Piesele fr simetrie de rotaie se orienteaz dup o suprafa frontal i se
fixeaz pe platoul strungului carusel cu bride i uruburi.
Prelucrarea pe maini de alezat i frezat se aplic n cazul pieselor de
dimensiuni mari, fr simetrie de rotaie i la prelucrarea alezajelor la piesele din
clasa corpuri de maini. Strunjirea interioar se poate realiza cu ajutorul barelor
port-cuit fixate n arborele principal n consol (fig. 2.6a), ghidat la un capt
(fig. 2.6b), sau la ambele capete n cazul alezajelor lungi (fig. 2.6 c); n cazul
ghidrii la ambele capete legtura cu arborele principal este elastic pentru
eliminarea influenei necoaxialitii arborelui cu bara-portcuit asupra preciziei
prelucrrii.
Fig. 2.6. Prelucrri pe maina de alezat i frezat:
a- alezaje scurte; b alezaje lungi; c alezaje coaxiale
30
Fabricarea pieselor tip alezaj
Prelucrarea alezajelor adnci. In categoria alezajelor adnci sunt incluse
acelea la care raportul l/d > 812. Dificultile legate de prelucrarea acestor
alezaje sunt legate de evacuarea achiilor, rcirea sculei, evitarea abaterilor de la
direcia alezajului. Pentru valori l/d 15 se folosesc maini i scule speciale pentru
prelucrarea alezajelor adnci.
Prelucrarea din plin se realizeaz cu burghie speciale, fixate pe tije port
scul gurite, ceea ce permite introducerea emulsiei de rcire cu presiune mare
pn la zona de lucru a muchiilor active, astfel c se asigur rcirea
corespunztoare, antrenarea i evacuarea achiilor; schemele de lucru sunt
prezentate n figura 2.7. In cazul guririi adnci, meninerea direciei
corespunztoare a alezajului se realizeaz prin rotirea simultan n sensuri opuse a
sculei i a piesei (dac aceasta are simetrie de rotaie), astfel c se poate obine
viteza de achiere optim chiar la viteze de rotaie mai mici.
Fig. 2.7. Burghierea alezajelor adnci
a cu evacuarea achiilor prin interiorul tijei port-scul; b cu evacuarea achiilor prin exteriorul tijei port-scul
31
Gheorghe Drghici
Dup burghiere se pot realiza operaii de lrgire cu scule asemntoare cu
capetele de gurit sau scule speciale care se ghideaz dup alezaj (fig. 2. 8).
Evacuarea achiilor se realizeaz aplicnd una din metodele prezentate n figura 2.9.
Fig. 2.8. Scul combinat pentru prelucrarea alezajelor adnci dup gurire
Fig. 2.9. Lrgirea alezajelor adnci a nchiderea spaiului interior cu capac si evacuare achii prin tij; b idem, cu intrarea fluidului
prin capac; c cu evacuarea achiilor prin alezajul neprelucrat ; d cu evacuarea achiilor prin alezajul prelucrat (prelucrare prin tragerea sculei)
Prelucrarea prin broare a alezajelor. Se aplic ca prelucrare de finisare
a alezajelor cilindrice sau profilate cu diametre pn la 80 mm. Suprafaa
prelucrat se obine printr-o singur tragere a broei prin interiorul alezajului
prelucrat; prelucrarea este posibil datorit construciei broei care are dinii n
trepte ce realizeaz avansul pe dinte de 0,020,15 mm, i forme corespunztoare
suprafeei ce se prelucreaz (canale de pan caneluri, suprafa cilindric). Dac
suprafaa are forme complicate i nlturarea adaosului total ar necesita broe
foarte lungi (peste 1000 mm), se proiecteaz realizarea operaiei n dou treceri
cu broe realizate special n acest scop.
32
Fabricarea pieselor tip alezaj
Schema achierii este prezentat n figura 2.10 unde se observ c pentru
evitarea solicitrii la ncovoiere a broei datorit neperpendicularitii suprafeei
frontale de reazem pe axa piesei, se utilizeaz un reazem sferic. Prin broare se
obin precizii corespunztoare clasei 7 ISO i rugoziti Ra = 1,60,4 m.
Fig. 2.10. Prelucrarea alezajelor prin broare
Principalul avantaj al brorii l constituie productivitatea ridicat deoarece
timpii auxiliari sunt mici, prin eliminarea reglajelor speciale. Procedeul este
economic n cazul produciei de serie mare i de mas deoarece broa este o scul
scump realizat din oeluri speciale de scule, poate realiza fr reascuire
5002000 de piese i poate fi reascuit de 10..15 ori. In mod normal broele
sunt acionate prin tragere, dar exist i broe acionate prin mpingere, caz n care
trebuie s aib lungimea mai mic pentru evitarea pierderii stabilitii.
Prelucrarea prin rectificare a alezajelor. Este o operaie de prelucrare
prin care se corecteaz att precizia dimensional ct i poziia reciproc a
suprafeelor. La rectificarea suprafeelor interioare apar probleme tehnologice
legate de faptul c dimensiunea discului de rectificat este limitat la 0,60,9 din
diametrul alezajului, ceea ce necesit turaii mari pentru obinerea vitezei de
achiere optime, iar rigiditatea sczut a axului disuclui influeneaz negativ
precizia prelucrrii. De asemenea, uzarea discului se produce mai rapid ceea ce
impune secvene de corectare mai dese.
33
Gheorghe Drghici
Se folosesc dou scheme cinematice:
- la piesele mici se rotesc att piesa ct i discul de rectificat (fig. 2.11a),
iar avansul este realizat de discul de rectificat;
- la piesele mari, fr simetrie discul execut toate micrile(fig. 2.11b):
rotaie n jurul axei proprii (micarea principal de achiere), rotaie n jurul axei
alezajului (micare planetar) i micrile de avans.
Rectificarea suprafeelor interioare asigur precizia diametrului n clasele
67 ISO i rugozitatea Ra = 1,60,8 m. Datorit particularitilor menionate rectificarea suprafeelor interioare
este mai puin utilizat dect rectificarea arborilor
Fig. 2.11. Rectificarea alezajelor:
a cu micare de rotaie a piesei; b cu micare planetar a discului de rectificat
2.2.3. Prelucrri finale aplicate alezajelor
Pentru mbuntirea calitii suprafeei alezajele se prelucreaz final prin
strunjire de netezire, honuire, lepuire sau deformare plastic la rece.
Strunjirea interioar de netezire asigur precizii n clasele 6..7 ISO i
rugoziti Ra = 0,80,4 m . Prelucrarea se realizeaz pe strunguri ce pot asigura viteze de rotaie mari
(strunguri rapide) sau pe maini de alezat i frezat, folosind ca scule cuite cu
partea activ din carburi metalice sau diamant. Adaosurile de prelucrare sunt
foarte mici astfel c regimul de achiere se caracterizeaz prin adncimi de
achiere mici, (t = 0,050,2 mm), avans s = 0,010,1 mm/rot, i viteza de
achiere foarte mare (v = 200250 m/min la oeluri i fonte i v = 3001500
m/min la aliaje neferoase.
34
Fabricarea pieselor tip alezaj
Vitezele foarte mari de achiere impun ca scula ce se rotete s fie foarte
bine echilibrat pentru evitarea apariiei vibraiilor.
Honuirea se realizeaz dup metoda cunoscut (v. fig. 2.12), folosind
capete de honuit pe care sunt fixate bare abrazive (abrazivi fini obinuii sau
pulbere de diamant). Micarea de achiere este compus dintr-o micare de rotaie
vr = 10100 m/min i o micare de translaie vt = 520 m/min), raportul lor fiind
astfel ales nct unghiul de nclinare a urmelor s fie 15o30o. Scula este ghidat
de suprafa datorit legturii nerigide a honului cu maina, iar prelucrarea se
realizeaz ntr-un mediu lichid. Corectarea abaterilor de form (conicitate se
realizeaz prin efectuarea unor micri suplimentare de rotaie (fr translaie) la
captul alezajului dinspre ieirea sculei.
Fig. 2.12. Honuirea alezajelor
Se deosebete de rectificare i prin faptul c presiunea specific este de
610 ori mai mic, viteza de achiere este 50120 ori mai mic, iar abrazivul
este mult mai fin.
Adaosul de prelucrare depinde de materialul piesei (0,010,06 mm la
oeluri, 0,020,20 mm la fonte), de dimensiunile suprafeei i de rugozitatea
obinut la prelucrarea anterioar (rectificare).
Lepuirea suprafeelor interioare se realizeaz cu ajutorul granulelor
abrazive foarte fine amestecate ntr-un lichid sau ntr-o past i interpuse ntre
suprafaa de prelucrat i scula de lepuit (de obicei un dorn din font sau material
plastic) Prin lepuire se obin rugoziti Ra = 0,10,01 m (luciu oglind), dar nu se pot corecta abateri de form i poziie ale alezajelor.
35
Gheorghe Drghici
2.3. Scheme tehnologice tipice de prelucrare a pieselor tip alezaj
Procesele tehnologice de fabricare a pieselor de tip alezaj sunt difereniate
datorit diversitii mari a formelor constructive, dimensiunilor i materialelor
utilizate.
Piesele de tip buc de dimensiuni reduse se execut din bare laminate sau
evi pe strunguri revolver, semiautomat sau automat dintr-o aezare. Dup aceast
operaie se mai prelucreaz faa frontal rezult dup retezare, gurile i canalele
de ungere (dac este cazul).
Cmile pentru pompe i motoare termice se execut din semifabricate
turnate, deformate plastic la cald prin forjare sau eav.
Succesiunea prelucrrilor :
- strunjire de degroare i finisare folosind una din schemele prezentate
n figura 2. 3 pentru asigurarea coaxialitii;
- tratament termic de durificare a suprafeei interioare (dac este cazul);
- rectificare;
- honuire;
- lepuire.
Piesele de tip roat (roi de transmisie) se prelucreaz n funcie de
dimensiuni i tipul semifabricatului. O succesiune general este:
- strunjire de degroare n succesiunea: suprafee exterioare, frontale i
apoi alezajul;
- control nedistructiv remediere eventuale defecte i tratament termic
(dac este cazul);
- strunjire de finisare n aceeai succesiune ca la degroare;
- rectificare ;
- echilibrare static sau dinamic (dac este cazul)
- control final.
La roile de dimensiuni mari, reducerea greutii (i implicit a costului) se
asigur prin folosirea unor semifabricate combinate realizate din butuc forjat sau
turnat, spie din profile laminate i bandajul (coroana) din inel forjat; aceste
elemente se prelucreaz independent prin degroare se asambleaz prin sudare,
dup care se continu prelucrarea roii n succesiunea artat mai nainte.
36
Capitolul 3
FABRICAREA ROILOR DINATE
3.1. Forme constructive, condiii tehnice i tehnologicitatea construciei
3.1.1. Elemente geometrice i clasificare
Roile dinate sunt elementele de baz ale angrenajelor. Angrenajele sunt
mecanisme formate din cte dou roi dinate mobile n jurul a dou axe cu poziii
relative invariabile, una antrennd-o pe cealalt prin aciunea dinilor aflai
continuu i succesiv n contact. Continuitatea contactului dintre dini se asigur
prin realizarea unor perechi de flancuri de dini conjugate cu contact liniar sau
punctiform. Contactul dintre dini trebuie transpus n permanen de pe o pereche
de dini pe alta, ceea ce se obine prin realizarea danturii astfel nct n
permanen sunt n contact mai mult de doi dini, adic se realizeaz un anumit
grad de acoperire.
Din punct de vedere geometric, roile dinate sunt definite prin numrul de
dini z, modulul, profilul de referin al dinilor, unghiul de nclinare, deplasarea
de profil, diametrul de divizare i limea danturii.
Modulul este definit prin relaia m = p/ (gama modulelor standardizate
este m= 0,05...100 mm), n care p este pasul de divizare distana dintre dou
flancuri omoloage succesive, msurat pe arcul unei suprafee date. Cunoscnd
modulul i numrul de dini rezult diametrul de divizare: d = mz . Pentru
exemplificare, n tabelul 3.1 se prezint principalele elemente geometrice ale
roilor cilindrice exterioare cu dini drepi i relaiile de calcul n corelaie cu
terminologia standardizat.
Gheorghe Drghici
Tabelul 3.1. Elementele geometrice ale roilor cilindrice exterioare cu dini drepi Elementul geometric Schia explicativ Relaia de calcul
Numrul de dini z Unghiul profilului de referin 0
0 = 20o (standardizat) Coeficientul nlimii capului de referin fo
f0 = 1 (standardizat); hc = mf0
Coeficientul jocului de referin w0
w0 = 0,25 (standardizat)
nlimea dintelui de referin ho
ho = m(2f0 + w0); ho = 2,25m
Raza de racordare la piciorul dintelui 0f
Profil de referin standardizat
of = 0,38m
Modulul m m = p/ Deplasarea de profil + mrete d micoreaz d Coeficientul deplasrii de profil x
x = /m
Diametrul de divizare d d = mz Diametrul de cap de de = d + 2m( f0+) Diametrul de picior df df = d 2m(f0+w0-) Inimea capului de divizare hc hc = 0,5(de d) nlimea piciorului de divizare hf
hf = 0,5(d df) nlimea dintelui h
h =hc + hf h = m(2f0 + w0)
Arcul de divizare al dintelui sn sn = m(0,5+2tg0) Semiunghiul de divizare = sn/d Coarda de divizare a dintelui gd gd = dsin nlimea la coarda de divizare kd
kd = 0,5(de dcos)
Lungimea peste n dini Ln
Ln = mcos0[(n-0,5) +zinv0] + 2msin 0unde n = z0/180 + 0,5+(2/)tg0, rotunjit la valoare
ntreag; inv0 funcia evolvent (inv0= tg 0- 0)
38
Fabricarea roilor dinate
Roile dinate reprezint o clas separat de piese datorit problemelor
tehnologice specifice pe care le ridic realizarea dinilor. Clasificarea roilor
dinate este dificil datorit diversitii foarte mari. Pn la operaia de danturare
ele se pot ncadra n piesele din clasa alezaj sau din clasa arbore, fiind valabile
tipizrile folosite pentru aceste clase. Principalele forme constructive de roi
dinate sunt prezentate n tabelul 3.2. Tabelul 3.2. Clasificarea roilor dinate
Criteriul de clasificare Categorii Subcategorii
cilindrice (caz particular cremaliere)
conice (caz particular roi plane)pseudoconice
roi dinate circulare
melci i roi melcate eliptice spirale
Dup forma geometric a suprafeelor de divizare
roi dinate necirculare (pentru angrenaje cu raport de transmitere variabil)
parabolice dantur evolventic
dantur cicloidal
dantur cu profil n arc de cerc
Dup forma profilului dinilor
dantur octoidalcu dantur dreapt cu dantur nclinat cu dantur n V (dublu nclinat)
Dup direcia dinilor
cu dantur curb (arc de cerc, spirala etc.) cu corpul dintr-o bucatcu corpul din butuc i coroan roi de tip alezaj din mai multe sectoare
roi de tip arbore roi monobloc(cu o singur zon danturat)
Dup forma corpului roii
roi multiple baladoare(cu mai multe trepte danturate)
Clasificarea roilor dinate poate fi continuat i dup criterii de alt natur
cum ar fi:
procedee de danturare (achiere, deformare plastic, turnare,
electroeroziune etc.)
materiale i tratamente termice (oeluri de mbuntire sau pentru
tratamente termochimice, fonte cenuii sau fonte nodulare, aliaje neferoase,
materiale nemetalice) dimensiunile i precizia danturii.
Forma constructiv a prii danturate este caracterizat att de tipul
profilului ct i de anumite modificri impuse de condiiile de exploatare. De
39
Gheorghe Drghici
exemplu n cazul roilor dinate de la cutiile de vitez, care cupleaz i decupleaz
des, se realizeaz rotunjiri ale feelor frontale (raionarea danturii). La roile care
lucreaz la viteze mari, pentru reducerea zgomotului se teesc vrfurile dinilor
sau se realizeaz cu profil special (butoi).
3.1.2. Precizia roilor dinate
Solicitrile complexe ale danturii impun asigurarea preciziei n funcionare
i posibilitatea de interschimbabilitate. Angrenajul fiind un ansamblu complex,
precizia lui este influenat att de precizia elementelor care determin poziia
relativ a roilor n ansamblul respectiv (carcas, arbori, lagre).
Erorile i abaterile care caracterizeaz precizia roilor dinate, denumite i
indici de precizie, sunt grupate n trei criterii de precizie:
criteriul de precizie cinematic (abaterea cumulat la pas, btaia radial a danturii etc.);
criteriul contactului dintre dini (abaterea la direcia dinilor, abaterea de la paralelism a axelor);
criteriul funcionrii line n angrenaj (abaterea profilului, abaterea ciclic a roii dinate).
Din punct de vedere al acestor criterii de precizie, angrenajele i roile
dinate sunt mprite dup standardele n vigoare n 12 clase de precizie, pe baza
principiului ca aceeai clas s asigure la toate tipurile de angrenaje (cilindrice,
conice sau melcate) aceiai calitate funcional, adic aceiai comportare a
angrenajului n exploatare. In practic sunt rare cazurile n care s fie necesar
realizarea unor angrenaje la fel de precise dup toate cele trei criterii. Deoarece
precizia condiioneaz i tehnologia de fabricaie, este necesar analiza atent a
condiiilor de funcionare i prescrierea corect a claselor de precizie pentru
fiecare criteriu.
Relativ independent de clasele de precizie, n standardele de tolerane
pentru angrenaje (STAS 6273 pentru roi cilindrice, STAS 6460 pentru roi
conice) se stabilesc i indici de precizie care determin caracterul ajustajului
dintre flancuri. Sunt stabilite patru tipuri de ajustaje:
JA joc minim mrit;
JC joc minim normal;
40
Fabricarea roilor dinate
JD joc minim redus;
JE joc minim nul.
Cel mai utilizat este ajustajul JC la care valorile limit ale indicilor sunt
astfel stabilite ca n cazul unei diferene de temperatur mai mici de 25o C ntre
angrenaj i carcas, s nu se produc blocarea angrenajului.
n desenele de execuie ale roilor dinate se prescrie numai clasa de
precizie i caracterul ajustajului dintre flancuri, metoda de verificare a preciziei
stabilind-o executantul.
Precizia se stabilete pe baza condiiilor din exploatare i a vitezei
periferice a roii dinate, cteva recomandri n acest sens, i corelarea cu
metodele de danturare fiind prezentate n tabelul 3.3. Tabelul 3.3. Corelarea preciziei danturii cu metodele de prelucrare
Viteza periferic, m/s Clasa de precizie Metoda de prelucrare
Peste 40 3 Danturare pe maini foarte precise, cu erori extrem de mici, everuire, rectificare, rodare foarte ngrijit
40...20 4-5 Danturare pe maini foarte precise, cu eroare ciclic mic, everuire, rectificare, rodaj ngrijit 20...10 6-7 Danturare prin generare pe maini precise, everuire (rectificare), rodare 10...2 8 Danturare prin generare sau copiere, eventual
rectificare sau rodaj
< 2 9 Danturare prin orice metod
Condiiile tehnice ale roilor dinate prevd i alte prescripii care asigur
durabilitatea n exploatare i un randament maxim al angrenajului:
precizia alezajului i a diametrului arborelui pe care se monteaz
clasa 78 ISO
precizia diametrului exterior al danturii 7...10 ISO
abaterile la perpendicularitatea feelor frontale fa de axa alezajului
0,10,15 m/mm
excentricitatea diametrului de divizare fa de axa alezajului 30...50 m.
Rugozitatea flancurilor este n strns legtur cu metoda de
danturare, fiecare metod fiind caracterizat de un anumit domeniu al rugozitilor
pe care le poate asigura. Impunerea unei rugoziti n neconcordant cu clasa de
precizie, scumpete inutil fabricaia.
41
Gheorghe Drghici
Legtura dintre clasele de precizie i rugozitate este prezentat n tabelul 3.4.
Tabelul 3.4. Corelarea preciziei cu rugozitatea flancurilor
Clasa de precizie
3 4 5,6 7 8 9
Rugozitatea, Ra, m
0,2 0,32 0,5 0,4...0,63 0,8...1,25 1,25...2,5 2,5...6,3
3.1.3. Materiale i semifabricate
Roile dinate se execut dintr-o gam foarte divers de materiale: oeluri
carbon, oeluri mediu i nalt aliate, fonte cenuii, fonte maleabile, fonte
modificate, aliaje neferoase, materiale nemetalice (n special materiale plastice).
Semifabricatele se aleg n funcie de dimensiunile i configuraia roii:
pentru D < 50 mm, se folosesc bare laminate, sau trase i semifabricate extrudate;
pentru D > 50 mm, se folosesc semifabricate forjate, matriate sau turnate. La roile tip alezaj, semifabricatul este realizat cu alezaj dac Dalezaj > 30 mm.
Roile dinate cu diametre mari se realizeaz adesea din dou pri:
coroana dinat i butucul roii. Coroana se execut din oeluri ce pot fi tratate
termic sau aliaje neferoase, iar butucul se obine prin turnare sau prin sudare.
Asamblarea coroanei cu butucul se face prin fretare sau fixare cu uruburi.
3.2. Procese tehnologice tipice de prelucrare a roilor dinate cilindrice
3.2.1. Prelucrri de degroare i de finisare
Prelucrarea dinilor roilor dinate reprezint 50...70% din timpul
total de main necesar obinerii piesei i de aceea alegerea corect a metodei de
danturare conduce att la obinerea preciziei impuse ct i la reducerea costului
fabricaiei. Dup principiul care st la baza obinerii profilului, danturarea se poate
face prin copiere, sau prin generarea profilului.
Danturarea prin copiere. Se realizeaz pe maini universale de frezat
echipate cu cap divizor, folosind freze disc modul (fig. 3.1a) sau freze deget (fig.
42
Fabricarea roilor dinate
3.1.b) al cror profil reproduce profilul golului dintre dini. Frezarea danturii se
execut succesiv dinte cu dinte; dup realizarea a dou flancuri pe toat lungimea
(micarea de avans sl) freza este readus n poziia iniial, dispozitivul de divizare
rotete semifabricatul cu valoarea pasului unghiular i se prelucreaz golul
urmtor. Productivitatea este sczut deoarece timpii auxiliari sunt mari, iar n
cazul frezelor deget-modul i timpul de baz este mare. Metoda se recomand
numai n cazul produciei individuale sau de unicat a roilor cu numr mic de dini
i/sau modul mare (m>24) , la care alt metod de danturare nu se poate aplica.
Fig. 3.1. Schema danturrii prin copiere:
a cu freza disc modul; b cu freza deget modul
Deoarece la acelai modul dimensiunile profilului depind i de numrul de
dini, rezult c o frez nu poate fi utilizat dect pentru numrul de dini pentru
care a fost proiectat, ceea ce n practic ar nsemna un numr foarte mare de
freze. Pentru ca metoda s devin aplicabil se folosete aceeai scul pentru
numere de dini cuprinse ntr-un interval limitat.
Pentru prelucrarea roilor cu numere de dini cuprinse n intervalul
12135 dini, pentru fiecare modul se realizeaz seturi de freze:
- set de8 freze pentru roi cu m = 0,8...8 i precizie normal;
- set de 15 freze pentru roti cu m > 8 i precizie normal;
- set de 26 freze pentru roi precise de orice modul.
Prin copiere se pot obine danturi cu precizia 911 ISO i rugozitatea
flancurilor Ra = 16,312,5 mm.
Danturarea prin generarea profilului cu freza melc modul. Se face pe
maini unelte speciale, folosind freza - melc, cu muchii drepte i dini detalonai
(detalonare prelucrarea dup o curb a spatelui dinilor pentru a menine profilul
dup reascuire). Prelucrarea cu freza-melc modul se bazeaz pe proprietatea de a
43
Gheorghe Drghici
avea ca nfurtoare a danturii, atunci cnd se rostogolete pe plan, o cremalier
cu flancuri rectilinii (fig. 3.2). Profilul dinilor frezei reproduce ntr-un plan
normal pe elice profilul cremalierei de referin corespunztoare modului roii
dinate, modificat n funcie de cerinele concrete ale roii.
Pentru module relativ mici, (m< 10...12), frezele se execut n construcie
monobloc din oel rapid de scule. La module mai mari, frezele se realizeaz cu
dinii amovibili din carburi metalice.
Fig. 3.2. Schema danturrii prin rulare (rostogolire) cu freza melc modul
a cu freza disc modul; b cu freza deget modul
Pentru tierea dinilor drepi, freza se nclin cu un unghi egal cu unghiul
elicei frezei, iar pentru dini nclinai se nclin freza cu un unghi egal cu suma
algebric a unghiului elicei i a unghiului danturii, aa cum rezult din tabelul 3.5,
n care se exemplific pentru cazul frezelor cu elicea nclinat spre dreapta
(frezele uzuale).
Pentru reproducerea procesului de angrenare dintre freza-melc (cremaliera
de referin) i roata ce se prelucreaz trebuie ndeplinit condiia cinematic:
p
fp z
knn = , (3.1)
unde np este rotaia piesei, pe care trebuie s se obin numrul zp de dini, nf este
rotaia frezei iar k numrul de nceputuri al frezei.
Turaia nf a frezei se determin din condiia realizrii vitezei economice de
achiere, n funcie de materialul prii achietoare i materialul de prelucrat.
44
Fabricarea roilor dinate
Tabel 3.5. nclinarea frezei melc cu elicea pe dreapta pentru prelucrarea danturilor
Tipul roii Poziia de lucru a frezei cu unghiul al elicei spre dreapta
Cu dini drepi
Cu dini nclinai spre dreapta cu unghiul
Cu dini nclinai spre stnga cu unghiul
Prelucrarea cu freza melc modul este metoda uzual de prelucrare a roilor
dinate cilindrice exterioare cu modul m < 24 i zp > 21 datorit productivitii
ridicate determinat de continuitatea procesului de achiere i preciziei mai bune
dect la danturarea prin copiere datorit generrii profilului.
Din punct de vedere al prelurii achiei se pot aplica cele dou metode
cunoscute:
- frezarea n sensul avansului (fig. 3.3.a) unde seciunea achiei crete
treptat pe msur ce dintele frezei intr n contact cu materialul, ceea ce
poate conduce la apariia vibraiilor i nrutirea calitii suprafeei pe
msur ce crete uzura pe suprafaa de aezare a dintelui frezei;
- frezarea n sens contra avansului (fig. 3.3. b), unde seciunea achiei
este maxim la intrarea dintelui frezei n contact cu materialul i apoi
scade treptat, ceea ce reduce vibraiile; metoda este mai greu de aplicat
datorit dificultilor ntmpinate la reglarea frezei la nivelul inferior al
semifabricatului.
45
Gheorghe Drghici
Fig. 3.3. Scheme de frezare la danturarea prin rulare cu freza melc modul
a n sensul avansului; b n sens contrar avansului
Frezele melc cu mai multe nceputuri avnd o precizie mai sczut se
recomand pentru operaii de degroare n cazul danturilor care se taie n mai
multe treceri deoarece asigur o productivitate mai mare, aa cum rezult din
relaia pentru determinarea timpului de baz prezentat n schema de calcul din
figura 3.4.
knszL
nsL
fl
p
plb
== , min (vezi i relaia (3.1); L = l + l1 + l2( )hDhl f = 2,11 ,mm lungimea de intrare a frezei; l2 = 24 mm lungimea de ieire a frezei
Fig. 3.4. Schema de calcul a timpului de baz la danturarea cu frez melc modul
Prelucrarea roilor dinate cilindrice prin mortezare se realizeaz pe
maini speciale de mortezat, profilul obinndu-se prin generare. Scula are forma
unei roi dinate, cu modulul egal cu cel al roii care se prelucreaz. Partea activ
este faa frontal a dinilor sculei, iar pentru pstrarea profilului dup reascuire
dinii sunt detalonai. Scula i piesa sunt orientate aa cum este prezentat n figura
3.5 i execut ciclul de lucru compus din urmtoarele micri:
- micarea principal de achiere (ciclul 1-2-3-4) - micarea pe vertical
46
Fabricarea roilor dinate
a sculei care execut un numr ncd de curse duble /min astfel nct s se asigure
viteza optim de achiere; micrile 1 i 3 sunt necesare pentru a evita frecarea
sculei cu suprafaa prelucrat la cursa n gol;
- micarea de rulare (generare a profilului) compus din rotaia piesei cu
np (avansul circular sc n mm/curs dubl) i rotaia sculei cu ns, astfel nct s se
respecte raportul de angrenare np/ns =zs/zp;
- ptrunderea radial a sculei pe nlimea dintelui (avansul radial sr n
mm/curs dubl) se realizeaz la nceputul prelucrrii pn se atinge adncimea
corespunztoare nlimii dintelui (sau adncimea adoptat pentru o trecere n
cazul roilor cu modul mare), dup care prelucrarea continu fr avans radial
pn cnd semifabricatul execut o rotaie complet.
Prin mortezare se pot executa roi dinate cu dini drepi i nclinai. Pentru
danturile nclinate, este necesar ca scula roat de mortezat s aib aceeai
nclinaie cu a roii de prelucrat. n acest caz, att scula ct i roata mai execut
cte o micare suplimentar de rotaie pentru generarea traiectoriei nclinate a
dintelui (fig. 3.5 b).
Fig. 3.5. Schema danturrii prin mortezare:
a danturarea roilor cu dini drepi; b danturarea roilor cu dini nclinai
Sunt cazuri n care configuraia pieselor nu permite dect danturarea prin
mortezare, aa cum se observ n figura 3.6. Pentru danturile n V utilizate n
utilajul petrolier (sistemul de antrenare a pompelor pentru fluidul de foraj) se
folosesc maini speciale cunoscute sub numele de maini Sykes, care funcioneaz
dup schema cinematic prezentat n figura 3.6 c. Micrile alternante de rotaie
ale sculelor care au aceeai nclinaie a dinilor cu cea a roilor de prelucrat se
obin prin montarea lor pe un dorn, prevzut cu un canal elicoidal corespunztor
acestei nclinaii. i n acest caz roata de prelucrat execut o micare suplimentar
de nscriere pe elice, iar dantura va avea nclinaia canalului dornului i respectiv
a dinilor sculelor.
47
Gheorghe Drghici
Fig. 3.6. Cazuri tipice de utilizare a danturrii prin mortezare:
a danturi interioare drepte sau nclinate; b roi baladoare; c roi cu dantura n V; d sectoare dinate
Precizia profilului la mortezarea roilor dinate este mai mare dect la
frezare deoarece fiecare poriune a profilului se prelucreaz printr-un numr mai
mare de treceri. Precizia pasului este ns mai mic deoarece abaterile la pasul
sculei de mortezat se copiaz pe pies.
Metoda este productiv pentru danturi cu modulul m < 2,5 deoarece la
module mai mari sunt necesare mai multe treceri dect la frezarea cu frez melc,
astfel c dac exist posibilitatea alegerii ntre cele dou metode se va prefera
frezarea cu freza melc.
3.2.2. Prelucrri finale ale danturilor cilindrice
Prelucrarea roilor netratate termic. n cazul roilor dinate la care nu se
aplic tratamente termice finale de durificarea a danturii prelucrarea final este
everuirea, executat cu o scul special. everul este o roat dinat sau o
cremalier cu dini nclinai cu unghiul = 10...15o .Pe flancurile dinilor se taie la
distante de 0,75 mm canale transversale, adnci de 0,6...1 mm i late de 0,25 mm
(fig 3.7 a). Aceste canale constituie muchii achietoare. n timpul prelucrrii
severul angreneaz cu roata dinat (fig. 3.7 b) i datorit nclinrilor dinilor
48
Fabricarea roilor dinate
sculei se realizeaz o deplasare relativ a muchiilor de achiere n lungul dinilor
(va n figura 3.7 c). Achiile care se formeaz sunt foarte fine, avnd grosimi de
5...10 m, obinndu-se precizii foarte ridicate ale profilului.
Fig. 3.7. prelucrarea prin everuire a roilor dinate:
a elementele active ale dintelui everului; ; b schema de prelucrare; c vitezele relative scul-roata de prelucrat
Prin everuire se pot prelucra roi dinate cilindrice cu dini drepi sau cu
dini nclinai, simple sau baladoare. Roile prelucrate prin everuire trebuie s
aib precizia corespunztoare la btaia radial deoarece acest tip de abatere
conduce la adncimi neuniforme de achiere la everuire i dup prelucrare se vor
nregistra abateri la pas. De asemenea, everuirea nu poate corecta eroarea
cumulat la pas provenit de la prelucrarea anterioar.
Numrul de dini ai everului trebuie s nu aib divizori comuni cu
numrul de dini ai roii de prelucrat pentru evitarea copierii unor erori de pe dinii
everului pe dinii roii de prelucrat. Diametrul everului se alege n funcie de
diametrul roii de prelucrat .
Severul este o scul scump ce se poate ascuii de 3...6 ori, iar ntre dou
reascuiri poate prelucra 1000...2000 de roi dinate. Este de circa 10...20 de ori mai
ieftin dect rectificarea i se poate aplica chiar n cazul produciei de serie mic.
Prelucrarea final a roilor dinate tratate termic superficial.
Tratamentele termice superficiale de durificare a flancurilor conduc la apariia
abaterilor de form i la modificarea strii suprafeei, astfel c sunt necesare
49
Gheorghe Drghici
prelucrri finale dup aceste tratamente.
Principala metod de prelucrare este rectificarea care este o operaie
costisitoare datorit faptului c sunt necesare un numr relativ mare de treceri, iar
durabilitatea sculelor este redus, fiind necesar reprofilarea frecvent a prii
active a discului de rectificat.
Rectificarea prin metoda copierii se realizeaz prin trei metode:
- rectificarea ambelor flancuri cu acelai disc abraziv al crui profil
coincide cu profilul golurilor dinilor (fig. 3.8. a), cinematica fiind la fel ca la
danturarea cu frez disc modul;
- rectificarea flanc cu flanc, cu un disc abraziv al crui profil
materializeaz un singur flanc, dar n poziie dezaxat cu distana e (fig. 3.8 b),
ceea ce asigur plasarea mai favorabil a profilului fa de axa discului abraziv;
- rectificarea a dou flancuri opuse aparinnd la doi dini diferii, cu
dou scule profilate dup forma flancurilor (fig. 3.8 c); se menin avantajele
datorate poziionrii excentrice, dar crete productivitatea prin prelucrarea
simultan a dou flancuri.
Fig 3.8. Rectificarea roilor dinate prin copiere :
a ambele flancuri cu acelai disc; b flanc cu flanc cu un disc; c flancuri opuse cu dou discuri
Rectificarea se realizeaz n toate cazurile prin treceri alternative dup care
se face divizarea dinte cu dinte. Dup rectificarea fiecrui dinte sau dup doi-trei
dini se corecteaz profilul discului.
Pentru obinerea preciziei corespunztoare se recomand 5-7 treceri de
degroare i dou-trei treceri de finisare la care adaosul nu trebuie s depeasc
0,005 mm/flanc.
Precizia final depinde n special de precizia profilului discului, iar pentru
rectificarea unui dinte este necesar o durat de 0,4...0,8 minute.
Rectificarea prin metoda generrii are la baz angrenarea dintre roata
semifabricat i o cremalier imaginar numit cremalier generatoare
50
Fabricarea roilor dinate
materializat prin discurile abrazive i micrile relative scul-pies.
Procedeul cel mai utilizat este rectificarea cu dou discuri abrazive tip taler
care materializeaz flancurile dintelui cremalierei generatoare i prelucreaz
flancurile corespunztoare golului dintre doi dini (fig. 3.9 a) sau peste mai muli
dini (fig. 3.9 b).
Fig 3.9. Rectificarea roilor dinate prin metoda generrii profilului (rulare) :
a cu dou discuri nclinate; b cu dou discuri pe aceeai ax
Procesul de rectificare se realizeaz prin urmtoarele micri:
- micarea de rotaie a discurilor este micarea principal de achiere a
crei vitez trebuie s fie 2535 m/s;
- micarea de deplasare a discurilor n lungul dintelui care asigur
prelucrarea pe toat lungimea danturii; frecvena curselor discului ncd n lungul
dintelui (micarea 4 n fig 3.9) se alege astfel nct s rezulte o vitez de avans
vs = 820 m/min (uzual, ncd = 40150 c.d./min)
- avansul de rulare sr este dat de micarea basculant alternativ n jurul
axei roii dinate i deplasarea corespunztoare angrenrii cu cremaliera
generatoare (micrile 2 i 3 n figura 3.9); n mod uzual sr = 0,21,2 mm/curs
dubl a discului;
- micarea de divizare care s corespund unuia sau mai multor dini care
se rectific succesiv.
Adaosul de prelucrare la rectificarea danturilor este de 0,20,4 mm, iar la
o trecere (corespunde detarii unui strat de pe toi dinii piesei) se ndeprteaz
un strat t = 0,010,06 mm.
Rectificarea danturilor se poate realiza i cu un singur disc cu profil
trapezoidal reprezentnd un dinte al cremalierei de referin care intr n golul
51
Gheorghe Drghici
dintre doi dini ai piesei, realizndu-se rectificarea ambelor flancuri simultan sau
succesiv, aa cum sugereaz schema din figura 3.10.
Fig 3.10. Rectificarea roilor dinate cu un singur disc :
a rectificarea unui flanc; b rectificarea flancului opus; c retragerea discului i divizarea cu un dinte; d reluarea procesului
Rectificarea prin metoda rulrii se poate aplica i utiliznd ca scul un melc
abraziv cu modulul corespunztor danturii respective. Rectificarea cu melc
abraziv se realizeaz n mod continuu (ca la frezarea cu frez melc), fr s mai
fie necesar divizarea dup fiecare dinte, ceea ce are ca efect creterea
productivitii prelucrrii. Procedeul se aplic n special la rectificarea de
degroare, deoarece abaterile de la profilul evolventic al melcului genereaz
reducerea preciziei profilului rectificat.
Pentru obinerea unor rugoziti foarte mici ale flancurilor (Ra = 0,2...0,6
m), se aplic metode de prelucrare fin, cum ar fi: lepuirea, honuirea i rodarea.
Lepuirea se execut pe maini speciale cu ajutorul a trei dispozitive de
lepuit. Acestea sunt roi dinate din fonta cenuie de duritate mic n suprafaa
crora se pot ngloba particule de abraziv. Dou dintre roile dispozitiv au axele
nclinate cu cte 10...15o n sensuri contrare, iar a treia are axa paralel cu roata
de prelucrat ce angreneaz cu roile dispozitiv. Lepuirea se poate realiza i cu un
singur dispozitiv, prin micri alternante n lungul dinilor.
Honuirea se realizeaz folosind ca dispozitiv o roata dinat din material
plastic n care sunt nglobate particule abrazive. Prelucrarea se realizeaz dup o
cinematic asemntoare cu cea de la everuire.
Rodarea se realizeaz prin angrenarea perechilor de roi dinate ce se vor
52
Fabricarea roilor dinate
lucra ca atare n ansamblu, ntr-o baie de ulei ce conine abraziv foarte fin. Durata
prelucrrii este de circa 5 minute, deoarece durate prea mari pot conduce la
modificarea profilului.
La toate aceste prelucrri de mare finee adaosul de prelucrare este de
0,01...0,04 mm i se ncadreaz n limitele toleranelor de la prelucrarea
precedent (nu se prevd adaosuri n mod special).
3.3. Tehnologia prelucrrii roilor dinate conice
Angrenajele conice sunt angrenaje cu axe ncruciate, pentru a cror
funcionare corect trebuie ca roile sa fie astfel realizate astfel nct conurile de
divizare sa aib vrful comun. Pentru ca acest lucru s se realizeze se alege ca
baz tehnologic de reazem n timpul operaiei de danturare baza de montaj a
pinionului. Reglarea poziiei corecte la montaj se face cu ajutorul compensatorilor
fici sau reglabili, astfel nct pata de contact s fie deplasat spre vrful conului.
Grosimea dinilor roilor dinate conice este variabil, ceea ce ngreuneaz
sau face chiar imposibil prelucrarea prin copiere a danturii cu freze disc modul. De
aceea tierea golurilor se realizeaz n trei treceri succesive cu o frez disc aleas n
funcie de grosimea minim a golului; dup prima trecere (prelucrarea tuturor
golurilor) se nclin freza i se execut trecerea a doua pentru preluarea adaosului de
pe un flanc i apoi se execut a treia trecere cu nclinarea frezei n sens contra
pentru cellalt flanc, aa cum sugereaz schema prezentat n figura 3.11.
n mod curent roile dinate conice se execut aplicnd metodele de
generare a profilului prin rostogolire, reproducnd angrenarea cu roata plan
generatoare (roata conic ce are unghiul la vrf 180o) n locul cremalierei de
referin care se folosete la roile dinate cilindrice. n timpul prelucrrii se
realizeaz rostogolirea fr alunecare a roii dinate care se taie pe roata plan
generatoare, la care se materializeaz flancurile dintelui n angrenare prin
muchiile achietoare ale sculei.
Schema prelucrrii prezentat n figura 3.12 arat c rostogolirea
semifabricatului pe roata plan imaginar este realizat cu ajutorul unui angrenaj
format din roata plan ablon ce reprezint prelungirea roii plane generatoare i
un sector dinat conic pe a crui ax este fixat i semifabricatul.
53
Gheorghe Drghici
Fig 3.11. Prelucrarea roilor dinate conice prin metoda copierii
Micarea principal de achiere este liniar (ca la mortezare) i este
executat de dou cuite ce materializeaz n micare flancurile dinilor roii plane
i prelucreaz ambele flancuri ale unui dinte al roii semifabricat. Pe lng
micarea principal de achiere, ansamblul cuitelor execut i o micare de rotaie
n jurul axei roii plane imaginare astfel nct s se realizeze condiiile generrii
profilului. Dup prelucrarea unui dinte, cu ajutorul unui dispozitiv de divizare se
trece la prelucrarea unui alt dinte.
Fig 3.12. Prelucrarea roilor dinate conice prin metoda copierii
Datorit particularitilor de construcie ale mainilor (micarea cuitelor
realizat perpendicular pe axa roii plane imaginare i utilizarea aceluiai segment
la mai multe dimensiuni de roi) exist abateri de la profilul dinilor, materializate
prin micorarea petei de contact. De aceea prelucrarea roilor de precizie se face
n dou etape:
54
Fabricarea roilor dinate
se face o danturare de degroare a ambelor roi ale angrenajului i se verific pata de contact obinut prin angrenarea de proba pe stand;
se corecteaz reglajele mainii n funcie de rezultatele obinute i se face danturarea de finisare.
Pentru condiii grele de lucru se folosesc de obicei roi dinate conice cu
dantura n arc de cerc la care nlimea dinilor poate fi constant. n acest caz,
principial metoda de generare a profilului este aceeai dar cuitele care
materializeaz flancurile dinilor roii plane imaginare sunt fixate dup un cerc, pe
faa frontal a unui cap de frezare(fig. 3.13) ce execut micarea principal de
achiere (rotaie n jurul axei proprii) i micarea de rotaie n jurul axei roii plane
imaginare.
Fig 3.13. Prelucrarea roilor dinate conice cu dini curbi:
a schema de principiu; b schema de lucru
Se folosesc mai multe metode de tiere a dinilor:
- procedeul simplu unilateral unde fiecare flanc al dintelui se prelucreaz
separat cu cte un cap de frezat: unul la care cuitele au tiuri exterioare i
execut flancul concav i altul care are cuitele cu tiuri spre interior i execut
flancul convex;
- procedeul simplu bilateral unde prelucrarea se face cu un cap de frezat
cu cuite ale cror muchii achietoare genereaz flancurile opuse a doi dini
succesivi ai roii;
- procedeul bilateral dublu la care ambele flancuri ale unui dinte se
prelucreaz simultan cu un cap de frezat ale crui cuite achiaz i pe un flanc i
pe cellalt.
Alegerea unuia dintre cele trei procedee prezentate se face n funcie de
modul, numr de dini precizia danturii i volumul produciei.
55
Gheorghe Drghici
Roile dinate prelucrate prin metoda GLEASON se pot prelucra i prin
rectificare, folosind maini cu cinematica asemntoare, la care cuitele sunt
nlocuite de discuri abrazive.
Pentru prelucrarea roilor dinate cu dini n spiral se folosete o metod
de prelucrare cu frez melc conic (metoda Kligelnberg), ce are avantajul unei
tieri continue (fr ntreruperi pentru divizare), construcia mai simpl a
mainilor, utilizarea unor scule universale i productivitatea mai ridicat.
Metoda nu asigur ns o precizie bun, poate fi utilizat numai pentru
angrenaje cu modulul m < 8, iar danturile nu pot fi rectificate.
3.4. Scheme tehnologice tipice de fabricare a roilor dinate
Pan la danturare se aplic succesiunea operaiilor specifice tipului de
roat (arbore sau alezaj).
Metoda de taiere a dinilor se alege n funcie de modulul danturii i de
configuraia roii:
m < 2,5...3 mortezare sau frezare dintr-o trecere;
m = 3...5 frezare cu freza cu un nceput;
m > 5 degroare cu freze cu mai multe nceputuri, finisare cu
freza cu un nceput.
Pentru roile dinate din oeluri de mbuntire, tratamentul se aplic
nainte de danturare dac m < 8...10 i dup danturarea de degroare n cazul
roilor cu modul mai mare.
O schem tehnologic tip pentru roi dinate din oel de mbuntire la
care durificarea danturii se face prin clire superficial este:
prelucrri nainte de danturare; danturare de degroare (dac m>5); tratament termic de mbuntire; finisarea zonelor netede; danturarea de finisare; clirea superficial a danturii; rectificarea alezajului folosind ca baz diametrul de divizare al danturii; rectificarea danturii folosind ca baz tehnologic alezajul rectificat;
56
Fabricarea roilor dinate
prelucrri fine ale danturii (lepuire, rodare) - dac este cazul. Roile dinate la care durificarea danturii se realizeaz prin nitrurare se
execut din oeluri Cr-Mo-Al de mbuntire; n acest caz succesiunea operaiilor
este: prelucrare pn la danturare, danturare de degroare (dac m>5), tratament
termic de mbuntire, strunjire de finisare, suprafee netede, rectificare suprafee
netede, danturare de finisare sau complet, rectificare dantur, protejarea
suprafeelor care nu trebuie durificate, tratament termochimic de nitrurare,
prelucrri finale (lepuire, rodare) - dac sunt prevzute.
n cazul roilor dinate executate din oeluri de cementare se poate utiliza
urmtoarea schem tehnologic:
prelucrri pan la danturare, cu adaosuri de finisare n zonele ce nu se cementeaz;
danturare cu adaos de rectificare (n cazul roilor de modul mare se face danturarea n dou faze degroare i finisare);
protejarea zonelor care nu trebuie durificate prin cementare; tratamentul termochimic de cementare (sau carbonitrurare); finisarea suprafeelor netede; deoarece au fost protejate, n aceste zone
stratul nu s-a mbogit n carbon i deci duritatea nu va fi ridicat, ceea ce
permite achierea;
rectificarea suprafeelor netede; rectificarea danturii; lepuirea, rodarea sau honuirea danturii, dac este cazul; controlul final al piesei. Schemele tehnologice prezentate mai nainte au un caracter foarte general.
Procesele tehnologice reale pot diferi de aceste scheme i n funcie de ali factori
cum ar fi configuraia corpului roii, volumul produciei, baza material
disponibil.
57
Capitolul 4
FABRICAREA MBINRILOR CU UMR PENTRU GARNITURA DE FORAJ
4.1. Forme constructive i condiii tehnice
mbinarea cu umr reprezint un ansamblu de dou elemente conice
filetate, cep i muf, servind la asamblarea prin nurubare a elementelor garniturii
de foraj asigurnd etaneitatea, transmiterea momentului de torsiune, a forei
axiale i preluarea momentelor ncovoietoare n timpul operaiilor de foraj i de
manevr. innd seama de frecvena operaiilor de manevr, mbinrile filetate
trebuie s asigure i o nurubare i deurubare rapid i sigur. Din aceste
considerente, la mbinrile garniturii de foraj se folosesc filete conice cu umr
avnd pasul mare i bisectoarea unghiului profilului perpendicular pe axa
filetului. Filetele conice prezint i avantajul recondiionrii prin refiletare.
Construcia mbinrilor cu umr este reglementat n ara noastr de STAS 835/1-
80 ". mbinri cu umr pentru garnitura de foraj", care corespunde cu API Spec.
7/1979, n Federaia Rus de GOST 5286-75, iar cu o recunoatere internaional
mai larg, de API Spec.7/revizuit periodic.
mbinrile cu umr, prezentate n figura 4.1, se execut n urmtoarele
tipodimensiuni:
- mbinri cu umr tip NC (Numbered Connection);
- mbinri cu umr tip REG (Regular). La filetele spre stnga se adug
simbolul LH;
- mbinri cu umr tip FH (Full-Hole);
- mbinri cu umr tip IF (Internal-Flush).
mbinrile tip NC s-au conceput cu scopul restrngerii gamei mbinrilor
folosite n practica forajului i pentru a mbunti caracteristicile de rezisten ale
acestora, prin adoptarea razei de fund a filetului de 0,965 mm (mrit fa de
celelalte mbinri) i a pasului de 6,35 mm.
Gheorghe Drghici, Vlad Ulmanu
Fig. 4.1. Imbinare cu umr pentru garnitura de foraj
Seria mbinrilor tip NC cuprinde 13 tipodimensiuni, dintre care 6 sunt
interschimbabile cu alte tipuri uzuale de mbinri: NC 26 cu 23/8 IF, NC 31 cu
27/8 IF, NC 38 cu 3 IF, NC 40 cu 4FH, NC 46 cu 4 IF i NC 50 cu 4 IF.
Simbolizarea acestor mbinri cuprinde, pe lng iniialele NC, un numr de
dou cifre reprezentnd diametrul mediu al filetului cepului n planul de msurare
exprimat prin numrul ntreg de zecimi de inch.
Filetele mbinrilor cu umr au forma prezentat n figura 4.2. Se observ
c fileltele pot avea fundul spirei cu raz de racordare de 0,508...0,965 mm (fig.
4.2 a) i fundul spirei teit, prevzut cu dou raze de racordare (fig. 4.2 b).
Principalele caracteristici dimensionale ale mbinrilor cu umr sunt:
- pasul: 5,08 sau 6,35 mm;
- conicitatea: 16,67% sau 25%; - diametrul flancurilor n planul de msurare (D n fig. 4.1): 59,817 mm
(la NC 23)...196, 621 mm (la NC 77).
Fig. 4.2. Elementele geometrice ale filetelor imbinarilor cu umr:
a filet cu fundul spirei rotunjit; b filet cu fundul spirei teit
60
Fabricarea mbinrilor cu umr pentru garnitura de foraj
mbinrile cu umr pot fi executate cu degajri pentru reducerea
tensiunilor aa cum este artat n figura 4.3, utilizate sub aceast form la prjinile
grele de foraj i la reduciile de legtur.
Condiiile tehnice pentru mbinrile cu umr ale garniturii de foraj
limiteaz abaterile dimensionale, de poziie i rugozitatea conform valorilor
prezentate n tabelul 4.1.
Fig. 4.3. Degajri pentru reducerea tensiunilor
Tabelul 4.1. Abaterile admise la mbinrile cu umr
Denumirea mrimii Abateri admise
Lungimea cepului, Lc 0 -3,175
Lungimea mufei, Lm +9,525 0
Diametrul degajrii mufei, Dm+0,793 -0,396
Diametrul bazei cepului, Dbc 0,396 Planitatea i perpendicularitatea umerilor de contact fa de axa filetului 0,050
Coaxialitatea mbinrii cu axa piesei 0o3'35'' Conicitate:
- la filetul cepului +0,25% 0
- la filetul mufei 0 -0,25% Pasul filetului - pe lungimea de 25,4 mm (1 inch) 0,038 - pe toata lungimea filetului sau multiplu de
0,025mm pentru fiecare 25,4 mm din lungimea total filetat, nedepindu-se valoarea mai mare a toleranei
0,114
Distana de strngere S = 15,875 mm; - la asamblarea calibrelor pereche 0,025mm
- la asamblarea calibrului tampon cu muf 0 -0,254
- la asamblarea calibrului muf cu cepul +0,254 -0,127
61
Gheorghe Drghici, Vlad Ulmanu
Elementele filetului neprevzute cu abateri se execut cu toleranele pentru
cote libere, clasa fin.
mbinrile cu umr se protejeaz mpotriva griprii prin diferite preocedee
tehnologice, uzual prin fosfatare.
4.2. Tehnologia prelucrrii filetelor Principalele probleme tehnologice la filetare sunt:
- realizarea preciziei filetului i a distanei de strngere;
- asigurarea unei productiviti ridicate;
- controlul mbinrilor cu umr.
Filetarea mbinrilor cu umr se poate realiza prin frezare i prin strunjire.
Metoda de baz la prelucrarea filetelor, care asigur cerinele de precizie i
productivitate o reprezint strunjirea n mai multe
treceri. Aceasta se realizeaz pe strunguri de filetat
conic semiautomate, la care se prelucreaz att
suprafaa conic, ct i filetul. Se utilizeaz cuite
armate cu plcue din carburi metalice (grupa P10),
viteza de achiere avnd valorile 100...110 m/min
la filetele exterioare i 80...90m/min la filetele
interioare. Forma sculei, prezentat n fig. 4.4,
asigur att realizarea profilului filetului, ct i
teirea vrfurilor spirelor.
Fig. 4.4. Cuit pentru strunjit filet
Frezarea filetelor prezint avantajul posibilitii poziionrii precise a
nceputului filetului - deci a realizrii distanei de strngere i asigur o
durabilitate ridicat a sculei. Frezarea filetelor se aplic limitat datorit preciziei
reduse a filetului, productivitii reduse i costului mai ridicat dect al strunjirii,
aplicndu-se la filetele cu dimensiunea pn la 3 in inclusiv.
Prelucrarea filetelor se execut cu freza - pieptene, pe maini de frezat
filetate. Profilul frezei corespunde profilului filetului.
Se pot utiliza dou tipuri de freze - pieptene: cilindrice i conice. Frezarea
filetului cu freze pieptene conice, prezentat n fig.4.5, prezint urmtoarele
caracteristici:
62
Fabricarea mbinrilor cu umr pentru garnitura de foraj
- unghiul conului frezei ( ) este egal cu cel al piesei de prelucrat;
- freza execut micarea principal de achiere (rotaie), iar
micarea de avans dup direcia generatoarei conului se realizeaz de ctre
pies sau scul;
- la o rotaie complet a piesei, freza trebuie s se deplaseze axial
cu valoarea pasului filetului.
La terminarea prelucrrii filetului pe circumferin apsarea de achiere
radial se anuleaz brusc datorit anulrii adaosului de prelucrare, avnd ca efect
ptrunderea frezei n material cu formarea unei scobituri pe generatoarea conului.
Ea poate avea ca efect pierderea etaneitii pe generatoare, adncimea scobiturii
fiind limitat la 0,15 mm. Eliminarea ei se realizeaz prin frezarea filetului n
dou treceri.
Fig. 4.5. Frezarea filetului imbinrilor cu umr:
a,b schema frezrii filetului la muf, respectiv la cep; c imagine cu filetarea cepului
Etaneitatea mbinrilor cu umr se asigur atunci cnd la nurubare se
realizeaz contactul ntre umrul cepului i faa frontal a mufei. n acest scop
trebuie realizat distana de strngere la valoarea prescris. Distana de strngere
se realizeaz prin prelucrarea umrului cepului i a feei frontale a mufei dup
prelucrarea filetului, prin dou metode.
a. Metoda achiilor de prob, n urmtoarea succesiune:
- asamblarea filetului prelucrat cu un calibru, a crei fa frontal
materializeaz planul de msurare;
- determinarea distanei de strngere reale i a coreciei necesare pentru
realizarea valorii prescrise;
- achierea feei umerilor pn la realizarea valorii prescrise.
b. Metoda reglrii automate. Se realizeaz la prelucrarea filetelor pe
strunguri revolver automate, la care cuitul pentru strunjirea frontal a umerilor
63
Gheorghe Drghici, Vlad Ulmanu
este reglat n capul revolver n raport cu poziia i cinematica sculei de filetat.
4.3. Controlul mbinrilor cu umr
Controlul mbinrilor cu umr se efectueaz prin msurtori directe ale
elementelor filetului (pasul, unghiul profilului, conicitatea, diametrul mediu n planul
de msurare) folosind mijloace universale de msurare i controlul cu calibre.
Msurarea elementelor filetului cu mijloace universale de msurare este
utilizat numai la controlul calibrelor i, n caz de litigiu, la controlul produselor.
Controlul cu calibre se aplic n cazul produciei industriale.
Controlul cu calibre reprezint un control complex, verificnd ncadrarea
distanei de strngere S a mbinrilor cu umr n limitele cmpului de toleran. El
are la baz faptul c toate erorile elementelor filetului influeneaz distana de
strngere S. Pentru fiecare tipodimensiune se fosete o pereche de calibre: un
calibru tampon pentru verificarea filetului mufei i un calibru inel pentru
verificarea filetului cepului mbinrii.
Sistemul API de control, aplicat i n ara noastr, are un caracter
centralizat i presupune c valoarea prescris a distanei de strngere se realizeaz
prin folosirea unui complex de calibre:
- Calibre etalon Grand se pstreaz la API;
- Calibre etalon Regional sunt verificate cu ajutorul calibrelor
Grand i se gsesc n cteva locaii din lume;
- Calibre de referin sunt verificate cu ajutorul calibrelor etalon
Regional i se gsesc la autoritile metrologice ale productorilor de utilaj
petrolier;
- Calibrele de lucru sunt verificate cu ajutorul calibrelor de referin,
valoarea distanei de strngere msurat cu ocazia verificrii fiind nscris pe
elementul respectiv (S1 pe calibrul tampon, S2 pe calibrul muf); se utilizeaz la
controlul elementelor mbinrilor cu umr (cep i muf)
Raportul n care se gsesc calibrele de referin, de lucru i mbinrile cu
umr ale produsului este prezentat n figura 4.6. i tabelul 4.2. Prin asamblarea
calibrului inel de referin cu calibrul tampon de lucru se obine valoarea S1 a
distanei de strngere a calibrului tampon de lucru, iar prin asamblarea calibrului
tampon de referin cu calibrul inel de lucru se determin valoarea distanei de
64
Fabricarea mbinrilor cu umr pentru garnitura de foraj
strngere S2 a calibrului inel de lucru.
Fig. 4.6. Schema verificrii mbinrilor cu umr cu calibre
Tabelul 4.2. Verificarea mbinrilor cu umr
Inel Tampon de referin de lucru mufa
de referin S =15,8750,025 S2 (se nscrie pe calibru) 0
254,00 de lucru S1 (se nscrie pe calibru) -
0254,0)1( SS
cep 254,0127,0+S
254,0127,02
+S
contact pe umeri la insurubare cu mna
Verificarea filetului produsului impune la verificarea mufei ncadrarea
distanei msurate de la faa frontal a mufei la faa calibrului tampon de lucru n
limitele mm (faa frontal a mufei s fie deasupra tamponului) iar la 0 254,01 )( SS
65
Gheorghe Drghici, Vlad Ulmanu
verificarea cepului ncadrarea distanei msurate de umrul cepului la faa frontal
a calibrului inel de lucru n limitele mm. 254,0 127,02+S
Verificarea perpendicularitii feei frontale a mufei respectiv a umrului
cepului pe axa filetului se face msurnd distana dintre faa calibrului
corespunztor (tampon sau inel) i faa frontal a mufei, respectiv umrul cepului
n diferite puncte de pe circumferin.
Verificarea comportrii la nurubare cu momentul de strngere prescris se
efectueaz prin nurubarea perechii de piese pe un stand de prob, aplicnd pe
filete unsoare consistent pentru elementele garniturii de foraj (40...60% pulbere
de zinc sau cu 15% grafit i 15% pulbere de zinc).
Dup deurubare se verific aspectul i dimensiunile mbinrii,
neadmindu-se deformaii permanente i urme de gripaj.
66
Capitolul 5
FABRICAREA PRJINILOR DE FORAJ
5.1. Criterii de alegere a materialelor
Solicitrile complexe ale prjinilor de foraj n timpul operaiilor de foraj i
de manevr, precum i cerinele garantrii siguranei n exploatare au condus la
diversificarea formelor constructive i ale materialelor pentru a rspunde
urmtoarelor cerine: rezisten mecanic, rezistena la coroziune, rezistena la
uzura abraziv, rezisten mecanic la temperaturi ridicate i realizarea unui
raport optim ntre rezistena mecanic i densitatea materialului.
Greutatea proprie a garniturii de foraj determin adncimea maxim de
foraj i influeneaz esenial costul operaiilor de manevr. Greutatea proprie
depinde de densitatea materialului prjinilor de foraj. Egalnd tensiunea maxim
de traciune la partea superioar a garniturii de foraj sub aciunea greutii proprii
n fluid de foraj cu densitatea f cu valoarea limitei de curgere a materialului Rp 0,2
se obine lungimea maxim de formare a garniturii de foraj:
gcR
lf
p
)(2,0
= , (5.1)
n care: i f sunt densitile materialului prjinii i al fluidului de foraj,
c - coeficientul de siguran, g - acceleraia gravitaional.
Din relaia (5.1) se observ c adncimea maxim de foraj depinde de
raportul Rp 0,2/. Ca urmare, creterea adncimii de foraj se poate realiza utiliznd materiale cu raportul Rp 0,2/ maxim, iar n cadrul aceluiai material, prin creterea limitei de curgere. n acest scop, pe plan mondial prjinile de foraj se fabric din
oel, aliaje din aluminiu i aliaje de titan; n tabelul 5.1 sunt prezentate valorile
raportului Rp 0,2/g n km, i ale costului relativ Cr ( Cr = 1 pentru oelul carbon de uz general).
Aliajele pe baz de aluminiu permit realizarea celor mai mari lungimi
Vlad Ulmanu, Gheorghe Drghici
ale garniturilor de foraj, dei aliajele titanului prezint caracteristici de rezisten
mult superioare. Prjinile de foraj din aliaje de aluminiu nu pot fi utilizate totui la
adncimi foarte mari deoarece temperatura la talpa sondei poate depi
temperatura la care s-a realizat tratamentul de durificare prin mbtrnire
(175190 0C).
Influena densitii fluidului de foraj asupra lungimii de formare a
garniturilor de foraj este diferit n funcie de materialul prjinilor, fiind maxim
la prjinile de foraj din aliaje de aluminiu.
Tabel 5.1. Caracteristici ale materialelor pentru prjini de foraj
Tipul aliajului Rp 0,2/g, km CrOtel slab aliat 711 2,54,0 Aliaje de aluminiu 1220 7,18,5 Aliaje de titan 1128 2540
In prezent se folosesc cu precdere prjinile de foraj din oel ale cror
forme i dimensiuni sunt standardizate.
5.2. Fabricarea prjinilor de foraj din oel
Prjinile de foraj sunt evi din oel laminate la cald, avnd capetele
ngroate n vederea asamblrii prin nfiletare sau sudare cu racordurile speciale.
5.2.1. Forme constructive i condiii tehnice
Prjinile de foraj cu racorduri speciale sudate sunt standardizate n ara
noastr n STAS 8037-89, care corespunde normelor internaionale API Spec. 5D
i ISO H 11961. Prjinile de foraj se difereniaz dup forma ngrorii capetelor
i dup dimensiuni.
Dup forma ngrorii capetelor, prjinile de foraj pentru racorduri sudate
se execut pe plan mondial n trei variante, prezentate n figura 5.1: II-prjini de
foraj cu capete ngroate la interior (IU - Internal Upset), IE-prjini de foraj cu
capete ngroate la exterior (EU - External Upset) i IEI prjini de foraj cu capete
ngroate la exterior i interior (IEU - Internal - External Upset). n ara noastr
sunt standardizate numai variantele IE i IEI.
Lungimile corpurilor prjinilor de foraj sunt cuprinse ntre 5490 i 13720
68
Fabricarea prjinilor de foraj
mm, grupate n trei intervale: (54906710); (82309140); 1158013720).
Diametrele prjinilor de foraj uzuale sunt cuprinse ntre 60 i 139 mm; n tabelul 5.2 se prezint o parte din tipodimensiunile reprezentative de prjini de foraj.
Fig. 5.1. Ingroarea capetelor corpului prjinilor de foraj
Tabel 5.2. Tipodimensiuni reprezentative de prjini de foraj
Diametrul exterior mm in
Grosimea peretelui
Tipul ngrorii
Tipodimensiunea racordului special
60,3
7,11 IE NC 26 (832 IF)
73,0
9,19 IE NC 31 (872 IF)
88,9
9,35 IE NC 38 (213 IF)
101,6 4 8,36 IE NC 46 (4 IF) 114,5
8,56 IEI NC 46 i NC 50