Brevet FR2565863A1 — publié le 19851220

- 1 - - i - 2565863 La présente invention est relative à un nouveau procédé pour réaliser l'usinage des éléments d'un joint pour tubes d'acier, notamment destiné à l'industrie du pétrole, qui comporte un filetage tronconique et au moins une butée de limitation de vissage ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. On utilise couramment dans l'industrie pétrolière des joints pour tubes d'acier dans lesquels les éléments de tubes sont assemblés à l'aide de filetages tronconiques mâles et femelles, et dans lesquels il existe au moins un couple de butées qui coopèrent sur l'élément mâle et sur l'élément femelle pour assurer la limitation du vissage. C'est ainsi que l'on connatt des joints dans lesquels on réunit des tubes par des filetages tronconiques et dans lesquels l'extrémité de l'élément mâle vient buter contre un épaulement situé à l'intérieur de l'élément femelle. Il existe également des joints de ce type dans lesquels il existe aussi un épaulement de limitation de vissage sur l'élément mâle, épaulement contre lequelle l'extrémité de l'élément femelle vient prendre appui lors du vissage. Avec les procédés de fabrication actuellement connus, les tolérances d'usinage sont telles qu'il est difficile de positionner de manière précise, d'une part les butées de limitation de vissage par rapport aux filetages tronconiques, et d'autre part les butées entre elles. Cela se traduit dans la pratique par le fait que dans un même lot d'éléments de joints réputés identiques, certains couples d'éléments mâle et femelle donnent lieu à un frettage important au niveau des filetages, alors que d'autres couples d'éléments ne donnent lieu qu'à un frettage relativement faible. Il en résulte des difficultés importantes pour déterminer la zone de couple de serrage optimum du joint, qui permet d'une part d'obtenir une bonne étanchéité du joint et d'autre part d'éviter la détérioration des surfaces de butées. Il est encore plus difficile d'obtenir des tolérances d'usinage suffisamment faibles dans le cas de joints comportant plusieurs couples de butées de limitation de vissage pour que chacun des couples de butées prenne la part qui lui revient dans le couple de serrage final du joint. Dans la pratique il a été jusqu'alors pratiquement nécessaire de renoncer à utiliser simultanément plusieurs couples de butées de limitation de vissage, en se contentant généralement d'avoir un couple de butées de limitation de vissage principales, l'autre couple de butées, si il existe, ne servant qu'accessoirement à titre de sécurité dans le cas o un vissage excessif - 2 - -2- 2565863 serait appliqué au joint, cette sécurité étant d'ailleurs imparfaite et ne permettant pas d'éviter à coup sûr des déformations plastiques sur le premier couple de butées. Le procédé selon l'invention assure un positionnement précis des butées de limitation de vissage, d'une part par rapport au filetage tronconique, et d'autre part entre les butées de limitation de vissage qui peuvent exister sur un même joint. La présente invention a pour objet un procédé pour usiner un élément de joint pour tube d'acier destiné en particulier à l'industrie du pétrole, comportant une surface tronconique et au moins une butée de limitation de vissage, caractérisé par le fait que l'on réalise d'abord l'usinage final d'une surface tronconique que comporte l'élément et un pré-usinage de la ou des butées de limitation de vissage de cet élément; que l'on applique sur ladite surface tronconique une bague de même conicité que celle de cette dernière montée de manière à pouvoir tourner et se déplacer axialement par rapport à la broche qui porte le ou les outils d'usinage de la butée ou des butées de limitation de vissage; qu'en donnant à l'élément de joint un mouvement de rotation relatif par rapport à ladite broche on provoque le déplacement relatif axial de la broche porte-outils et du tube mis en rotation de manière à réaliser l'usinage final de la ou des butées de limitation de vissage de l'élément de joint jusqu'à ce que la bague conique appliquée sur ladite surface conique constitue une butée qui s'oppose à un déplacement axial ultérieur relatif de la broche porteoutils par rapport à l'élément usiné. On voit que, grâce à ce procédé, on arrête l'usinage final de la ou des butées, (c'est-a-dire on détermine la position de la ou des butées) à un endroit bien déterminé par rapport au filetage, ce qui permet d'assurer, pour une mise en contact des butées lors du vissage du joint un frettage sensiblement constant de l'élément mâle et de l'élément femelle au niveau des filetages. On remarque également que dans le cas o il existe plusieurs butées de limitation de vissage sur un même élément, ces butées sont à des distances prédéterminées constantes du fait qu'elles sont usinées simultanément à l'aide d'outils fixés sur une même broche porte-outils. La présente invention a également pour objet un dispositif pour mettre en oeuvre le procéde défini ci-dessus, ce dispositif étant caractérisé par le fait qu'il comporte un mors tournant susceptible d'entraîner en rotation l'élément de joint à usiner et une broche porte-outils munie d'un outil pour l'usinage final des surfaces de la ou des butées de limitation de vissage que comporte l'élément de joint, ladite broche porte-outils -3comportant également une bague ayant une surface d'appui de forme tronconique dont la conicité est la même que celle du filetage de l'élément, ladite bague étant susceptible de tourner autour de son axe par rapport à la broche porte-outils et de coulisser axialement par rapport à cette dernière, ladite bague étant de préférence repoussée élastiquement par rapport à la broche porte-outils en direction de l'élément de joint à usiner, un couple de butées solidaires respectivement de ladite bague et dudit porte-outils interrompant le mouvement de l'avance de la broche porte-outils lors de l'usinage final de la ou des surfaces de butées de limitation de vissage de l'élément de joint. L'invention peut s'appliquer à l'usinage de joints dans les éléments desquels les filetages et la o les butées sont réalisés dans l'épaisseur des tubes après refoulement et forgeage éventuels de l'extrémité de ces derniers. L'invention peut s'appliquer également à des joints composites dans lesquels les butées peuvent être réalisées par des éléments rapportés tels que des manchons vissés et/ou collés. Dans un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention la surface tronconique usinée au préalable sur l'élément de joint est constituée par les sommets des filets constituant le filetage conique de l'élément, ou par les sommets de certains filets (notamment d'extrémité) qui définissent une surface conique sur un filetage qui est cylindrique dans son ensemble. De cette manière l'on peut obtenir un positionnement précis des butées de limitation de vissage par rapport aux filetages. Dans une variante de l'invention on peut utiliser une bague conique qui au lieu de s'appliquer contre le filetage s'applique contre une surface d'étanchéité conique qui a été préalablement usinée de manière définitive sur l'élément considéré. On obtient ainsi un positionnement rigoureux des butées par rapport aux surfaces d'étanchéité coniques. Cette variante peut être notamment utilisée dans le cas de filetages cylindriques et en particulier dans le cas de filetages cylindriques étagés qui sont séparés par des surfaces d'étanchéité coniques. Dans le but de mieux faire comprendre l'invention on va en décrire maintenant à titre d'illustration et sans aucun caractère limitatif plusieurs modes de réalisation donnés à titre d'exemple qui ont été représentés sur le dessin annexé. Sur ce dessin: - la figure 1 est une vue en demi-coupe schématique d'un dispositif conforme à l'invention effectuant l'usinage d'un élément de joint mâle comportant une seule butée à son extrémité, -4- - la figure 2 est une vue en demi-coupe schématique d'un dispositif conforme à l'invention effectuant l'usinage simultané de deux butées sur un élément femelle comportant un filetage conique interne. On voit en demi-coupe sur la figure 1 l'extrémité de l'élément mâle 1 sur lequel on a déjà usiné de manière définitive le filetage conique externe 2. La broche porte-outils 3 comporte un plateau 4 sur lequel est fixé un outil 5 dont la forme correspond à celle que l'on veut donner à l'extrémité de l'élément mâle 1 qui doit être usinée définitivement après un pré-usinage réalisé au préalable. Un manchon cylindrique 4a est fixé dans une position prédéterminée sur le plateau 4 du mandrin porte-outils. Cette fixation est réalisée par vissage dans les filetages 6, tandis qu'une partie du plateau 4 s'emmanche dans un alésage cylindrique 7 du manchon 4a. Une bague de blocage 8 formant butée se visse dans le filetage 6 du manchon 4a de manière à pouvoir immobiliser dans une position réglable et prédéterminée le manchon 4a par rapport au plateau 4. Le manchon 4a comporte une butée interne 9 servant, comme cela sera indiqué ci-après, à la limitation de l'avance de l'outil 5 lors de l'usinage. Le manchon 4a comporte également, en avant de la butée 9, un alésage cylindrique 10, à l'intérieur duquel une bague 11 munie sur son pourtour et sur sa face arrière d'un revêtement anti-friction 12, peut pivoter autour de son axe et se déplacer axialement. Une butée 13 maintenue par un clip 14 empêche la bague 11 de se dégager du manchon 4a& Grâce à la bague de blocage 8 on fixe le manchon 4a, par rapport au plateau 4, dans une position telle que lorsque la bague 11 vient prendre appui contre la butée de limitation d'avance 9 du manchon 4a, l'extrémité de l'élément de tube 1 se trouve usinée de manière définitive dans la position que l'on souhaite lui donner par rapport au filetage 2. La surface interne 15 de la bague 11 a une forme tronconique dont la conicité est égale à celle du filetage 2 de telle sorte- que, lors de l'usinage, la surface tronconique 15 vient prendre appui sur le sommet des filets du filetage 2. Conformément à l'invention, il est avantageux qu'un moyen élastique (non représenté) repousse constamment la bague 11 dans une direction opposée à l'outil 5. Dans une variante, la surface tronconique 15 de la bague 11 pourrait prendre appui sur la partie tronconique des sommets des filets du filetage 2 qui seraient situés au voisinage du tube 1, le filetage 2 étant - 5 - 2565863 alors cylindrique mais avec des sommets de filet tronqués à l'extrémité du filetage. On a schématiquement représenté en demi-coupe sur la figure 2 un autre dispositif conforme à l'invention permettant de réaliser l'usinage final des surfaces des butées 17 et 18 qui se trouvent sur un élément femelle la muni d'un filetage tronconique interne 2a. L'élément femelle la est maintenu par des mors tournants 16 dans l'axe de la broche porte-outils 3 qui est munie d'une partie cylindrique 10 sur laquelle coulisse une bague 11 munie de revêtements anti-friction 12 et dont la surface externe a une forme tronconique dont la conicité est égale à celle du filetage 2a de l'élément femelle. Un plateau 4 qui porte un outil 5a est monté sur la broche porte-outils 3 par une portée cylindrique 7 et par un filetage 6, tandis qu'un contreécrou 8 assure le blocage du plateau 4 dans une position qui correspond à la distance que l'on désire obtenir entre les surfaces des butées 17 et 18 de l'élément femelle qui sont usinées définitivement par les outils 5 et 5a. Comme dans le cas précédent représenté sur la figure 1, la bague coulissante 11 est de préférence repoussée en direction de l'outil 5 par un organe élastique non représenté. Dès que la broche porte-outils se déplace en direction des portées de limitation de vissage à usiner, la surface externe conique de la bague 11 vient prendre appui contre les sommets de filets du filetage 2a dont l'usinage a été terminé. Les outils 5 et 5a se déplacent alors vers la gauche en usinant les butées 17 et 18 ainsi qu'éventuellement pour l'outil 5 les surfaces d'étanchéité qui sont au voisinage de la butée 18. Il s'agit là bien entendu de l'usinage définitif, le pré-usinage ayant été fait au préalable. Tandis que la bague 11 tourne par rapport à la broche porte-outils 3 qui est déplacée vers la gauche en assurant l'usinage définitif des butées 17 et 18 comme il vient d'être expliqué. L'usinage s'arrête automatiquement dans la position voulue lorsque la butée 9 du plateau 4 vient prendre appui contre la face correspondante de bague 11. Dans les modes de réalisation décrits, la limitation du mouvement de l'avance d'usinage des butées est assuré par le contact physique de la bague 11 sur la butée 9 solidaire de la broche porte-outils. Il est clair cependant que cette limitation peut être obtenue par n'importe quel autre moyen approprié. On voit que, grâce à l'invention, il est possible par des moyens simples de réaliser l'usinage de butées de limitation de vissage qui sont - 6 - 2565863 positionnées de manière précise, tant par rapport au filetage de l'élément de joint qu'entre elles. On peut ainsi grace à l'invention réaliser des joints dont les tolérances de fabrication sont beaucoup plus restreintes, ce qui permet de déterminer plus facilement la zone de couple optimum de vissage et de donner à cette zone une importance nettement plus grande ce qui facilite largement le serrage des joints sur chantier. Enfin il est clair que les mouvements de la broche porte-outils, de la bague tronconique et de l'élément tubulaire sont des mouvements relatifs et que les pièces en mouvement et les pièces fixes peuvent être inversées sans pour cela sortir du cadre de l'invention. - 7 - 256586! REVENDICATIONS 1.Procédé pour usiner un élément de joint pour tubes d'acier destiné en particulier à l'industrie du pétrole, comportant une surface tronconique (2,2a) et au moins une butée de limitation de vissage (17,18), caractérisé par le fait que l'on réalise d'abord l'usinage final d'une surface tronconique (2,2a) que comporte l'élément (1,la), et un pré- usinage de la ou des butées de limitation de vissage (17,18) de cet élément; que l'on applique sur ladite surface tronconique (2,2a) une bague (11) de même conicité que celle de cette surface, montée de manière à pouvoir tourner et se déplacer axialement par rapport à la broche (3) qui porte le ou les outils d'usinage (5,5a) de la ou des butées de limitation de vissage (17,18); qu'en même temps que l'on donne à l'élément de joint (1,1a) un mouvement de rotation relatif par rapport à ladite broche (3), on provoque le déplacement relatif axial de la broche porte-outils (3) et de l'élément de joint de manière à réaliser l'usinage final de la ou des butées de limitation de vissage (17,18) de l'élément de joint jusqu'à ce que la bague conique (11) appliquée sur ladite surface tronconique (2,2a) constitue une butée qui s'oppose à un déplacement axial ultérieur relatif de la broche porte-outils par rapport à l'élément usiné. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la surface tronconique (2,2a) est constituée par les sommets des filets d'un filetage tronconique. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé par le fait que la surface tronconique (2,2a) est constituée par les sommets des filets tronqués de manière tronconique d'une partie d'un filetage cylindrique. 4. Procédé selon la revendication 2 caractérisé par le fait que la surface tronconique (2,2a) est constituée par une surface tronconique d'étanchéité. 5. Procédé selon la revendication 4 caractérisé par le fait que la surface tronconique d'étanchéité est située au voisinage d'un filetage cylindrique ou entre deux filetages cylindriques étagés. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'il comporte un mors tournant (16) susceptible d'entratner en rotation l'élément de joint à usiner et une broche porte-outils (3) munie d'un outil (5,5a) pour l'usinage final de chacune des surfaces de la ou des butées de limitation de vissage (17, 18) que doit comporter l'élément de joint, ladite broche porte-outils (3) portant également une bague (11) ayant une surface d'appui de forme tronconique dont la conicité est la même que celle de la surface tronconique (2,2a) qui a été usinée au préalable sur l'élément (2,2a) de l'élément, ladite bague (11) - 2565863 étant susceptible de tourner autour de son axe par rapport à la broche porte-outils et de coulisser axialement par rapport à cette dernière, un couple de butées solidaires respectivement de ladite bague tronconique et dudit porte-outils (9) interrompant le mouvement d'avance de la broche porte-outils lors de l'usinage final de la ou des surfaces de butées de limitation de vissage (17,18) de l'élément de joint. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé parle fait que la bague (11) ayant une surface d'appui de forme tronconique est repoussée par des moyens élastiques en direction du filetage de l'élément de joint à usiner.