Fabricarea Utilajului Petrolier Si Petrochimic

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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


- 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


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


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


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

Fabricarea Utilajului Petrolier Si Petrochimic

Documents

Transcript of Fabricarea Utilajului Petrolier Si Petrochimic