ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ КОНИЧЕСКОЙ РЕЗЬБЫ ДЕТАЛЕЙ

Полезная модель относится к области комбинированной обработки металлов и может быть использована при восстановлении и упрочнении конических резьбовых поверхностей бывших в эксплуатации деталей и изделий, преимущественно бурильных, обсадных, насосно-компрессорных труб и муфт, а также при подготовке к эксплуатации конических резьбовых поверхностей новых деталей и изделий.
Известен инструмент для восстановления конических резьбовых соединений, например, нефтепромысловых труб, содержащий резьбовую рабочую поверхность, ответную обрабатываемой резьбе, с пазами, расположенньми на рабочей поверхности и пересекающими направления ниток резьбы с упрочняющим износостойким покрытием, нанесенным на рабочую поверхность полосами определенной толщины и ширины вдоль пазов на передние, задние контактные поверхности резьбы, на ее вершины и впадины. При этом инструмент может быть выполнен в виде метчика или плашки. (Патент РФ №2141890, МПК В 23 Р 6/00, опубл. 27.11.1999 г.)
Недостатком известного инструмента является сложность его изготовления.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели является инструмент для ультразвуковой обработки, используемый в устройстве для восстановления резьбовых элементов нефтепромысловых труб. Инструмент расположен на четвертьволновом участке волновода и выполнен резьбовым, ответным обрабатываемому резьбовому элементу трубы, с пазами, расположенными на его рабочей поверхности симметрично относительно витка, соответствующего по исходным размерам витку в центре зоны наиболее интенсивного изнашивания обрабатываемой резьбы.
(Патент РФ №2092291, описание, фиг.1, МПК В 23 Р 6/00, опубл. 10.10.1997 г. -прототип)
Недостатки прототипа - неуправляемое сочетание процессов микролезвийной ультразвуковой обработки и ультразвукового поверхностного пластического деформирования, что обусловлено фиксированной их взаимосвязью по геометрии рабочей поверхности и пазов как обрабатывающих элементов инструмента, что не позволяет полностью использовать возможности упрочняющей обработки, увеличивающей срок службы резьбы.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в увеличении нормативного срока службы деталей и изделий с конической резьбой, в частности, нефтепромысловых труб и муфт к ним, то есть в увеличении срока их безаварийной эксплуатации.
Технический результат полезной модели - обеспечение повышенной надежности обрабатываемого резьбового соединения за счет увеличения его длительной, в том числе, усталостной прочности и герметичности посредством избирательного воздействия ультразвуковым поверхностным пластическим деформированием и/или ультразвуковой лезвийной обработкой.
Технический результат достигается тем, что в инструменте для ультразвуковой обработки конической резьбы деталей, преимущественно нефтепромысловых труб, содержащем корпус-волновод, выполненный с возможностью сменного крепления к волноводу, подводящему ультразвуковые колебания от внешнего источника и передающему вращательное и поступательное перемещения инструменту от внешних приводов, на выходном коническом четвертьволновом участке корпуса-волновода расположена рабочая резьбовая поверхность, ответная обрабатываемой резьбе, с фаской на заходном витке и, по меньшей мере, с одним пазом, пересекающим направление ниток резьбы рабочей поверхности, согласно полезной модели, по меньшей мере, один паз выполнен с глубиной больше рабочей высоты профиля резьбы, рабочие кромки паза, соответствующие профилю резьбы рабочей поверхности в ее пересечении с плоскостями сторон паза, целиком, либо по участкам, выполнены острыми и/или притупленными.
Рабочие кромки, по меньшей мере, одного паза могут быть выполнены притупленными, по крайней мере, на участках закругления вершин профиля и/или на его прямолинейных участках.
Рабочая кромка, по меньшей мере, одного паза резьбовой поверхности инструмента, расположенная при заходах в нитки резьбы для свинчивания инструмента с деталью, может быть выполнена острой, а вторая кромка паза выполнена притупленной.
Рабочая кромка, по меньшей мере, одного паза резьбовой поверхности инструмента, расположенная при заходах в нитки резьбы для свинчивания инструмента с деталью, может быть выполнена притупленной, а вторая кромка паза выполнена острой.
По меньшей мере, один паз может быть выполнен между фаской и основанием конуса резьбовой поверхности или пересекающим фаску инструмента, при этом на участке между фаской и основанием конуса резьбовой поверхности паз может иметь, по крайней мере, одно сквозное отверстие.
Крепление корпуса-волновода выполнено резьбовым и/или фланцевым. Инструмент может быть выполнен в виде метчика, а, по меньшей мере, один паз выполнен параллельно его оси или под углом к ней в правовинтовом направлении или в виде плашки, а, по меньшей мере, один паз выполнен параллельно оси или под углом к ней в левовинтовом направлении.
Рабочая резьбовая поверхность инструмента при необходимости может быть выполнена с различным сочетанием исполнений пазов и их рабочих кромок, а количество пазов составлять от 1 до 9.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где:
на фиг.1 - представлен инструмент метчик для ультразвуковой обработки внутренней конической резьбы детали, с пазами выполненными параллельно оси инструмента;
на фиг.2 - инструмент метчик с пазами, выполненными под углом к оси инструмента в правовинтовом направлении;
на фиг.3 - инструмент плашка с пазами, выполненными параллельно оси инструмента;
на фиг.4 - инструмент плашка с пазами, выполненными под углом к оси инструмента в левовинтовом направлении;
на фиг.5 - разрез А-А фигуры 1, повернуто, обе рабочие кромки паза острые;
на фиг.6 - разрез А-А фигуры 1, повернуто, обе рабочие кромки паза притуплены на участках закругленных вершин профиля;
на фиг.7 - разрез А-А фигуры 1, повернуто, обе рабочие кромки паза притуплены на прямолинейных участках профиля;
на фиг.8 - разрез А-А фигуры 1, повернуто, одна рабочая кромка паза острая, другая -притуплена, как на участках закругленных вершин профиля, так и на прямолинейных его участках.
Инструмент метчик (фиг.1) и инструмент плашка (фиг.3) содержат трубчатый корпус-волновод 1 с крепежной частью 2, имеющей резьбовое приспособление 3 для сменного крепления корпуса 1 к волноводу, подводящему ультразвуковые колебания от внешнего источника (на чертеже не показан), конический участок 4, имеющий рабочую резьбовую поверхность 5 ответную обрабатываемой резьбе, причем на этом участке имеется фаска 6 на заходном витке. Между фаской и основанием конуса резьбовой поверхности 5 расположен, по меньшей мере, один паз 7 с глубиной больше высоты профиля трубной резьбы, выполненный параллельно оси инструмента, или под углом к ней в правовинтовом направлении для метчика, или в левовинтовом для плашки.
Паз может быть выполнен или между фаской и основанием конуса резьбовой поверхности - паз 7, или пересекающим фаску инструмента - паз 8, при этом паз 7 и/или паз 8 могут иметь сквозное отверстие 9, как это показано для паза 10.
Инструмент метчик с правовинтовым выполнением пазов 11 показан на фиг.2.
Инструмент плашка с левовинтовым выполнением пазов 12 показан на фиг.4.
Рабочие кромки 13 и 14 (фиг.5), соответствующие по форме профилю трубной резьбы в ее пересечении с плоскостями сторон пазов 7 и/или 8, выполнены острыми.
Рабочие кромки 15 и 16 (фиг.6) выполнены притупленными на участках закругленных вершин профиля, а на остальных участках выполнены острыми.
Рабочие кромки 17 и 18 (фиг.7) выполнены притупленными на прямолинейных участках профиля.
Рабочая кромка 19 (фиг.8) при заходах в нитки резьбы при свинчивании инструмента с деталью, выполнена острой, а кромка 20 выполнена притупленной, как на участках закругленных вершин, так и на прямолинейных участках профиля.
Сочетание вида выполнения пазов и их рабочих кромок может быть различное. Количество пазов может быть выбрано от одного до девяти и зависит, главным образом, от диаметра обрабатываемой резьбы и ее состояния.
Примеры работы инструмента.
Пример 1.
Инструмент метчик с двумя диаметрально расположенными пазами 8 (фиг.1) с кромками, выполненными по фиг.5, работает следующим образом. При установке и перемещении метчика от привода (на фиг. не показан) в сторону свинчивания с
обрабатываемой муфтой, бывшей в эксплуатации, включают источник ультразвуковых колебаний (на фиг. не показан), производят лезвийную ультразвуковую обработку внутренней резьбы муфты острыми кромками 13. При этом в процессе свинчивания систематически увеличивается толщина снимаемого слоя металла. Обработку ведут до упора средних конусов обоих резьбовых элементов друг в друга. При этом происходит, преимущественно, коррекция формы профиля резьбы, а продукты обработки в форме удаленных загрязнений и микростружки с поверхности обрабатываемой резьбы выводятся через паз 8. В фазе перемещения в сторону развинчивания вступают в работу острые кромки 14, производя аналогичную вышеописанной обработку резьбы муфты, но при систематическом уменьшении толщины снимаемого слоя металла. Этим повышают геометрическую точность линейных и угловых параметров профиля резьбы и, до определенной степени, одновременно упрочняют ее контактные поверхности.
Пример 2.
Инструмент метчик с одним пазом 8 (фиг.1) с кромками, выполненными по фиг.6, работает следующим образом. Устанавливают вершины профиля резьбы инструмента притупленными рабочими кромками 13 на вершины резьбы новой муфты. При вращательном перемещении метчика от внешнего привода в строну свинчивания с обрабатываемой муфтой и включении источника ультразвуковых колебаний в ходе 2-3 оборотов в начале свинчивания производят упрочняющую ультразвуковую обработку поверхностным пластическим деформированием вершин профиля обрабатываемой резьбы, чем повышают стойкость резьбы к повторным свинчиваниям. Кромка 16 работает аналогичным образом в конце развинчивания метчика и обрабатываемой муфты.
Пример 3.
Инструмент метчик с пазами 7 (фиг.1) с кромками, выполненными по фиг.7, после первоначального свинчивания, аналогичного описанному в примере 2, производит упрочняющую ультразвуковую обработку поверхностным пластическим деформированием прямых сторон профиля резьбы муфты его притупленными кромками 17. При развинчивании производят аналогичную обработку притупленными кромками 18. Этим упрочняют контактные поверхности и улучшают герметизирующие свойства обрабатываемой резьбы.
Пример 4.
Инструмент метчик левый с двумя пазами 10 (фиг.1) с кромками, выполненными по фиг.8, работает следующим образом. При установке и перемещении метчика в
сторону свинчивания (влево) с обрабатываемой муфтой, бывшей в эксплуатации, на 2-3 оборота включают источник ультразвуковых колебаний и производят лезвийную ультразвуковую обработку прямых участков профиля резьбы муфты прямыми участками острой кромки 19. При развинчивании производят упрочняющую ультразвуковую обработку поверхностным пластическим деформированием прямых участков профиля резьбы муфты притупленными прямыми участками кромки 20 метчика. В этом случае обрабатываемая резьба приобретает одновременно повышенную стойкость вследствие упрочнения тыльных контактных прямых сторон профиля и повышенные герметизирующие свойства за счет улучшения точности геометрии при этом обеспечивается возможность избирательной интенсификации любого из указанных эффектов.
Работа инструмента метчика с правовинтовым направлением пазов аналогична работе вышеописанных вариантов метчиков с пазами, расположенными параллельно оси инструмента, поэтому отдельно не анализируется. Правовинтовое расположение пазов облегчает развинчивание инструмента и детали, например, муфты, после их свинчивания при ультразвуковом воздействии, повышает стойкость инструмента.
Для инструмента плашка расположение пазов относительно фаски и формы исполнения кромок аналогично вышеописанным для инструмента метчик, поэтому они и примеры работы плашки отдельно не поясняются. Левовинтовое расположение пазов на плашке облегчает развинчивание инструмента и детали, например, ниппеля замка бурильных труб, после их свинчивания при ультразвуковом воздействии, что также повышает стойкость инструмента плашка.
Приведенные примеры показывают, что различные сочетания пазов и их рабочих кромок (только острые, притупленные на разных участках профиля, острые и притупленные) позволяют производить избирательно обработку резьбы либо (преимущественно новой) ультразвуковым поверхностньм пластическим деформированием, либо (преимущественно изношенной резьбы) лезвийной ультразвуковой обработкой, чем достигать повышения усталостной прочности, герметичности и повышенной стойкости резьбы. Последнее приводит к увеличению нормативного срока службы деталей и повышению надежности оборудования.