Алмазное хонингование глубоких отверстий

Абразивно-алмазная обработка глубоких точных отверстий в тонкостенных трубах.

Уровень технологии об­работки глубоких и точных отверстий в тонкостенных трубах во многом предопределяет качество изготовле­ния цилиндров безвтулочных глубинных насосов, пер­спективность их применения и совершенство техники глубиннонасосного способа добычи нефти.

Цилиндры безвтулочных глубинных насосов пред­ставляют собой тонкостенную деталь с глубоким и точ­ным отверстием диаметром от 28 до 95 мм и длиной от 2,3 до 13,2 м.

К качеству канала цилиндров предъявляются очень высокие требования, в частности величина изогнутости оси на 1 пог. м не должна превышать 0,07 мм, неци- линдричность и конусность должны быть не более 0,03 мм, требуемая шероховатость поверхности Ra^ 5^0,63 мкм.

За основные операции механической обработки цель­ных цилиндров глубинных насосов, обеспечивающие по-

лучение требуемого качества канала, приняты зенкеро- вание на растяжение по предварительно созданному в трубной заготовке точному направлению и хонингова­ние после азотирования канала.

В процессе экспериментальной отработки технологии изготовления цельных цилиндров были исследованы два способа образования направляющего канала.

При первом способе направление в трубной заготов­ке образовывалось путем облицовки обрабатываемой поверхности серой. Облицовка поверхности канала осу­ществлялась путем заливки расплавленной серы в за­зор, образованный точной формообразующей скалкой, установленной в отверстии трубной заготовки, которая при зенкерований использовалась как борштанга, не­сущая режущий инструмент — зенкер и направляющая его по ранее созданному при помощи серы направле­нию. Основными требованиями, предъявляемыми к дан­ной операции, являлись изготовление точной формооб­разующей скалки (отклонения погрешностей геометри­ческой формы не должны превышать 0,03 мм) длиной, несколько превышающей длину заготовки, и диаметром на 2—3 мм меньше диаметра отверстия; получение плот­ного сцепления между серой и внутренней поверхностью трубной заготовки; обеспечение возможности легкого высвобождения всех элементов заливочной оснастки, в особенности формообразующей скалки.

При втором способе предварительное направление образовывалось хонингованием «черной» поверхности отверстия. Это было вызвано необходимостью примене­ния в процессе зенкерования канала жесткой длинной направляющей, расположенной впереди режущего ин­струмента и предохраняющей его от увода. При этом предусматривалось получение отверстия с шерохова­тостью Ra не более 1,25 мкм и погрешностями геомет­рической формы не более 0,03 мм с допустимыми не­обработанными пятнами, не влияющими на центриро­вание направляющей, устранение местных изломов и частичное уменьшение общей изогнутости оси.

Одним из основных недостатков направления бор­штанги с помощью серы является износ канала и бор­штанги в процессе зенкерования, приводящий к обра­зованию зазора между серной облицовкой и борштан- гой, вследствие чего происходит увод режущего инструмента и ухудшается качество обработанного ка­нала. Очень сложно производить очистку стружки и смазочно-охлаждающей жидкости от примесей серы.

При использовании направляющего канала, образо­ванного путем хонингования, также возникает зазор, обусловленный износом направляющей — борштанги.

Величину износа направляющей можно компенсиро­вать за счет конструктивных решений. Однако в этом случае снижается жесткость технологической системы. Авторами предложено осуществлять компенсацию изно­са направляющей для сохранения стабильности про­цесса зенкерования на протяжении всего времени обра­ботки. Направляющий канал выполнен с небольшим углом конусности, обеспечивающим перепад диаметров по концам, равный величине износа направляющей. Это достигается новым методом абразивно-алмазной обработки [19]. Сущность данного метода заключается в том, что съем припуска, равного 0,1—0,2 мм, осу­ществляют за один проход специальной абразивно-ал­мазной головкой (разверткой) с выставленными на тре­буемый размер и жестко закрепленными при этом по­ложении алмазными брусками. Головке сообщают вра­щательное движение и осевую подачу. Конусность отверстия при этом обеспечивается за счет равномер­ного износа брусков. Для достижения эффекта компен­сации величин износа направляющей процесс зенкеро­вания начинают с конца образца, имеющего больший диаметр. Для выявления наиболее оптимального техно­логического маршрута были обработаны образцы цель­ных цилиндров диаметром 43 и 56 мм и длиной 3700— 4500 мм по всем трем технологическим маршрутам. Обработка производилась на труборасточном станке мод. VDF и токарно-винторезном станке мод. 165. За­готовки для цилиндров подбирали таким образом, что­бы показатели кривизны оси были одинаковы­ми. Контроль обработанных отверстий осуществля­ется индикаторным нутромером с ценой деления 0,01 мм и разжимными и цельными скалками длиной 300, 450 и 1200 мм. Усилие прохождения цельных ска­лок сквозь отверстие цилиндра определялось на спе­циальном стенде. По результатам анализа проведенных работ было выявлено, что наилучшие показатели по стойкости режущего инструмента, качеству и трудоем­кости обработки достигаются при использовании конус­ного направляющего канала, образуемого путем абра­зивно-алмазного развертывания исходного отверстия трубной заготовки.

По данному технологическому маршруту была обра­ботана большая партия цельных цилиндров безвтулоч- ных глубинных насосов. Обработка проводилась при следующих условиях:

• Абразивно-алмазное развертывание: окружная скорость 40 м/мин, осевая подача 0,52 мм/об, величина снимаемого припуска 0,2 мм, число проходов 1, режу­щий элемент — бруски хонинговальные 125ХІ2Х4Х X 1,5—R25—АСК 400/315 — МС15— 100%.
• Зенкерование: частота вращения 420 об/мин, по­дача 0,2 мм/об, припуск на диаметр 3 мм, число прохо­дов 1, режущий элемент — твердосплавные пластинки марки Т15К6.
• Алмазное хонингование после азотирования: ок­ружная скорость 44 м/мин, возвратно-поступательная скорость 16 м/мин, радиальное давление брусков на обрабатываемую поверхность 4 кгс/см², величина сни­маемого припуска 0,03—0,05 мм, режущий элемент — бруски хонинговальные 100Х8Х4Х 1,5—R25—АСВ 200/160—Ml —100%.

Благодаря высоким технико-экономическим показа­телям по трудоемкости и качеству обработки данный технологический процесс принят к внедрению для вы­пуска безвтулочных глубинных насосов.