В число обязательных операций по обработке высокоточных деталей арматуры (запорно-регулирующих элементов и корпусов) входит притирка уплотнительных поверхностей. Ее обязательно выполняют и при проведении среднего и капитального ремонта каждого изделия. Степень герметичности запорного органа зависит от качества притирки, поэтому она должна выполняться тщательно с соблюдением необходимых методов обработки и контроля качества.
В соответствии с технологическим процессом уплотнительные поверхности можно притирать после их очистки, протачивания и шлифования. Операцию шлифования выполняют, как правило, на затворе (клине, тарелке, диске, пробке) и при наличии соответствующего оборудования.
После механической обработки поверхностей, подлежащих притирке, шероховатость не должна быть выше Rz = 20 мкм. Притирка заключается в обработке металлической поверхности абразивными зернами, свободно расположенными между взаимно движущимися поверхностями. Одна из поверхностей является ведущей (притир), ее изготовляют из более мягкого материала, чем материал обрабатываемой уплотнительной поверхности. В поверхность притира вдавливают (шаржируются) зерна абразива и ведут по обрабатываемой поверхности.
Существуют два метода притирки - с помощью притира и взаимная притирка двух поверхностей, когда две детали арматуры взаимно перемещаются друг относительно друга. Использование притира более рационально. Перед притиркой ведущую поверхность тщательно очищают бензином и шаржируют, т.е. наносят равномерным слоем разведенную притирочную пасту. В процессе притирки пасту периодически возобновляют, так как абразивы постепенно разрушаются, а смазка окисляется.
Для получения требуемой шероховатости уплотнений необходимо применять соответствующие притирочные пасты и соблюдать определенный режим притирки. Притирочная паста представляет собой относительно густую жидкость, насыщенную абразивами. В состав жидкости входят смазывающие вещества и поверхностно-активные добавки. Наиболее часто используют машинное масло (индустриальное) с добавкой олеиновой кислоты или состав из машинного масла с керосином в отношении 2:1 или 1:1 с добавкой олеиновой или стеариновой кислоты. В жидкость замешивают порошок абразива до образования сметанообразной смеси густотой, соответствующей техническому вазелину при 20 °С, примерно 1 часть притирочного порошка и 2 части жидкости.
Абразивные порошки, твердость которых выше твердости закаленной стали, считаются твердыми (порошки синтетических алмазов, карбида бора, карбида кремния, электрокорунда, наждака и др.). Порошки, твердость которых ниже твердости закаленной стали, считаются мягкими (порошки окиси хрома, железа, алюминия, олова и др.).
Для притирки широко применяются пасты ГОИ. Бывает три сорта паст ГОИ: грубая, средняя и тонкая. Грубая паста (светло-зеленая) содержит абразивы размером 40...17 мкм и служит для предварительной притирки после механической обработки. Средняя паста (зеленая) с абразивами 16...8 мкм дает поверхность более тщательно притертую, чем грубая. Тонкая паста (черная с зеленоватым оттенком) имеет абразивы менее 8 мкм и применяется для окончательной притирки или доводки и придания поверхности уплотнения зеркального блеска.
Наиболее часто для притирки применяют корунд, электрокорунд нормальный и белый, карбиды кремния и бора.
По размерам зерен шлифпорошки и микропорошки делятся на три группы: для грубой доводки и получения поверхности с Ra = 1,25 мкм применяют шлифпорошки зернистостью 5...3 мкм, для предварительной притирки с получением поверхности с Ra = 0,63 мкм - микропорошки М28...М14 и для окончательной доводки с получением поверхности c Ra = 0,16 мкм используют микропорошки М10...М5.
Для разных материалов применяют различные пасты:
- электрокорунд белый М10...М14 с олеиновой кислотой;
- электрокорунд белый зернистостью 5 мкм с олеиновой кислотой;
- электрокорунд белый зернистостью М3 с машинным маслом и олеиновой кислотой.
- электрокорунд белый зернистостью 5 мкм с олеиновой кислотой;
- электрокорунд белый зернистостью М3 с машинным маслом и олеиновой кислотой.
Алмазные пасты условно делятся на четыре группы: крупная (красная), средняя (голубая), мелкая (зеленая) и тонкая (желтая). Зернистость алмазных паст от 60/40 мкм до 1 мкм. Пасты выпускаются различных концентраций: нормальной (Н) с концентрацией алмазного порошка 2 %, повышенной (П) - 5 % и высокой (В) - 10 %.
Используются также притирочные пасты из эльбора (кубический нитрид бора) различной зернистости. По концентрации пасты из эльбора подразделяются на следующие: В - высокая, С - средняя, Н - низкая, П - повышенная. По консистенции они бывают: Т - твердая, Г - густая, М - мазеобразная, Ж - жидкая. Концентрация пасты выбирается в зависимости от твердости обрабатываемого материала и зернистости порошка.
Чем выше зернистость порошка и твердость материала, тем выше принимается концентрация.
Наиболее эффективно применение алмазных и эльборовых паст при притирке твердых материалов: твердых сплавов, закаленных сталей, керамики. Для притирки этих материалов рекомендуются эльборовые пасты следующего состава:
Состав № 1
Стеарин – 33 %
Порошок из эльбора – 8 %
Костное масло – 14 %
Олеиновая кислота – 27 %
Растительный жир – 18 %
Состав № 2
Стеарин – 60 %
Порошок из эльбора – 4 %
Костное масло - 1,5 %
Технический вазелин – 34 %
Керосин - 0,5 %
Кольцевые уплотнительные поверхности арматуры притирают возвратно-вращательным движением притира с периодическим его подъемом. При механической притирке на станках окружную скорость притира, в целях исключения нагрева и возможного коробления детали, ограничивают значениями 8...12 м/мин для стали, при ручной - 2 м/мин. Возвратно-вращательное движение при притирке, например кранов, происходит при угле качания 45...240° в зависимости от станка, при этом окружная скорость обычно не превышает 7 м/мин.
Контактное давление оказывает влияние на шероховатость поверхности, с его увеличением (до известного предела) процесс притирки происходит более интенсивно. Однако чрезмерно большие давления приводят к повышению шероховатости вплоть до появления задира. Обычно контактное давление 0,16...0,5 МПа при предварительной притирке и 0,05...0,12 МПа - при чистовой. При ручной притирке контактное давление обычно находится в пределах 0,05...0,15 МПа, причем большие значения применяются при предварительной притирке, меньшие - при окончательной.
Притирка считается законченной, если Ra ≤ 0,16 мкм, а взаимное прилегание поверхностей будет в пределах допуска на отклонения формы.
Плоские поверхности проверяют, накладывая на притертую поверхность плоскую поверочную плиту, смазанную тонким слоем краски (лазури). После двух-трех поворотов на 1/4 оборота в разные стороны на плоскости уплотнительного кольца должен остаться равномерный слой краски. Качество проверки зависит от толщины слоя краски (чем он тоньше, тем точнее контроль).
Более тонкой является проверка по радиальным штрихам, наносимым карандашом на контактной притираемой поверхности уплотнительного кольца. Насухо вытертую контрольную плиту накладывают на уплотнительное кольцо и поворачивают на 1/4 оборота в разные стороны два-три раза. Если его поверхность не имеет значительных погрешностей, все карандашные штрихи стираются.
Проверку можно выполнить и следующим образом. Уплотнительные кольца смазывают тонким слоем масла и под легким нажимом затвор поворачивают на угол не более 10° в разные стороны 10...15 раз. В тех местах, где имеются выступающие поверхности, образуются блестящие блики, создаваемые взаимным трением металлов.
Ширина контакта уплотнительных поверхностей деталей затвора задвижек при проверке по краске должна составлять 80 % от номинала. Допускается уменьшение ширины контакта до 60 % от номинала на одном-двух участках окружности протяженностью не более ширины контакта. Контактирование должно быть по замкнутому контуру. Ширина контакта уплотнительных поверхностей деталей запорного органа должна быть не менее 2 мм. Для более качественного контроля отклонений формы и шероховатости уплотнительных поверхностей используют кругломеры и профилометры.
Параметр шероховатости уплотнительных поверхностей деталей запорного органа должен быть Ra ≤ 0,16 мкм для плоских поверхностей и Ra ≤ 0,63 мкм для конусных по ГОСТ 2789.
Притирка узких уплотнительных поверхностей производится с использованием соответствующих притиров. Притираемая поверхность и поверхность притира перед началом обработки и при каждой смене абразивного материала должны быть тщательно очищены бензином или керосином.
В случае механических повреждений уплотнительных поверхностей перед чистовой производят предварительную притирку с применением микропорошка карбида кремния зеленого М20, при этом притирочную пасту наносят на притираемую поверхность в трех-четырех местах и разравнивают притиром по всей поверхности. Для восстановления изношенного притира используют эталонный притир.
Движение притира может осуществляться следующими способами: вручную с использованием механизированного инструмента - электро- или пневмодрели, с применением универсальных сверлильных (настольных, вертикальных, радиальных и т.д.) станков или на специальных притирочных (одношпиндельных или многошпиндельных) станках. Применение специальных станков позволяет ускорить притирку в два- три раза благодаря тому, что создается стабильный заранее выбранный рациональный режим движения притира с использованием возвратновращательного и вибрационного движения.
Основным материалом притира служит перлитный чугун, не содержащий твердых включений и пор, не имеющий рыхлостей и раковин, внедрений зерен цементита, с содержанием основной структуры - перлита 90...95 %. Свободный графит должен быть распределен равномерно в виде отдельных мелких гнезд и тонких пластинок без значительных завихрений и переплетений. Обычно применяется чугун следующего химического состава, %: 2,8...3,1 С (в том числе связанного углерода 0,6...0,8); 1,8...2,0 Si; 0,5...0,7 Мп; не более 0,12 S; 0,3...0,1 Р. Твердость чугуна при использовании паст ГОИ следует иметь 200...220 НВ, а при применении абразивных паст - 150...170 НВ.
Применяют также ферритно-перлитный чугун марки СЧ15 твердостью 163...190 НВ. В качестве рабочей используют нижнюю, более плотную, сторону отливки. Может быть использован и чугун следующего химического состава, %: 3,0...3,5 С; 3...4 Si; 0,6...0,7 Мп; не более 0,1 S; не более 0,8 Р.
Притиры на золотник (диск) и седло необходимо обрабатывать на тех же станках, что и сами золотник и седло. Взаимное прилегание притиров проверяют на краску. Притир должен применяться только с одним видом притирочной пасты определенной зернистости, регулярно контролироваться по неплоскостности. Плоскостность точных плоских притиров проверяют с помощью интерференционных стекол, а также кругломеров.
Притиры не должны иметь остаточных напряжений во избежание деформации в процессе работы, поэтому их подвергают искусственному старению при температуре 450...500 °С. Заготовки притиров после предварительной (черновой) механической обработки загружают в печь, нагретую до температуры не выше 100 °С. Затем заготовки нагревают до 450 ± 20 °С со скоростью не более 60° в час. Выдержка назначается из расчета 1 ч на каждые 25 мм толщины в наибольшем сечении. Охлаждение производится со скоростью до 40° в час, а выгрузка из печи - при температуре не выше 80 °С.
Для доводки плоских уплотнительных поверхностей применяются такие процессы, как обкатывание и виброобкатывание шариками, выглаживание поверхности алмазными и твердосплавными выглаживателями, а для конусных уплотнительных поверхностей седел клапанов с малыми условными проходами - обжатие конусным пуансоном. После обработки пластическим деформированием поверхность имеет низкую шероховатость, повышенную твердость и износостойкость.
Если дефекты уплотнительных колец не могут быть ликвидированы притиркой, предварительно производится протачивание и шлифование уплотнительных поверхностей.
Специалистами НПО «ГАКС-АРМСЕРВИС» разработаны специальные станки для шлифования и доводки (притирки) плоских уплотнительных поверхностей элементов затвора трубопроводной арматуры.
Описание и характеристики станков приведены в разделе "Шлифование и притирка" на сайте НПО "ГАКС-АРМСЕРВИС"