Устройство для упрочнения и восстановления резьбы

Полезная модель относится к области ультразвуковой обработки материалов. Устройство предназначено для восстановления и упрочнения резьбы. Устройство может быть использовано, в частности, для восстановления и упрочнения резьбовых элементов бывших в эксплуатации труб и муфт, например, резьбы бурильных, обсадных, насосно-компрессорных труб, муфт, а также при подготовке к эксплуатации резьбовых элементов новых труб, муфт, трубных заготовок. Устройство содержит ультразвуковую колебательную систему, включающую электроакустический магнитострикционный преобразователь и инструмент. Инструмент представляет собой волновод, на выходном участке которого расположена рабочая резьбовая поверхность, ответная обрабатываемой резьбе. Электроакустический магнитострикционный преобразователь содержит сердечник из магнитострикционного материала. Сердечник преобразователя выполнен из магнитно-мягкого железоалюминиевого сплава. Технический результат - повышение точности обработки резьбы.

Полезная модель относится к области ультразвуковой обработки материалов, предназначена для восстановления и упрочнения резьбы и может быть использована, в частности, для восстановления и упрочнения резьбовых элементов как бывших в эксплуатации труб и муфт, например, резьбы бурильных, обсадных, насосно-компрессорных труб, муфт, так и при подготовке к эксплуатации резьбовых элементов новых труб, муфт, трубных заготовок.

Известно устройство для упрочнения и восстановления резьбы, содержащее ультразвуковую колебательную систему, включающую электроакустический преобразователь, содержащий сердечник из магнитострикционного материала, и инструмент, представляющий собой волновод, на выходном участке которого расположена рабочая резьбовая поверхность, ответная обрабатываемой резьбе (патент РФ 34106).

Тип электроакустического преобразователя в формуле полезной модели по патенту РФ 34106 не указывается, а в описании упоминается об использовании магнитострикционного преобразователя без указания его марки, т.е. в описании отсутствуют какие-либо сведения о материале, из которого выполнен сердечник преобразователя. Магнитострикционные преобразователи, как правило, считаются более надежными, чем пьезоэлектрические, в связи со «старением» со временем материала пьезоэлектрического элемента в условиях эксплуатации, вплоть до его разрушения, что снижает надежность работы всего устройства. Однако магнитострикционные преобразователи имеют большие массогабариты. Вместе с тем, хорошо известно, что сердечники электроакустических преобразователей могут быть изготовлены из различных магнитострикционных материалов, определяющих технологические и эксплуатационные характеристики, в том числе, и массу преобразователей (Абрамов B.О., Абрамов О.В и др. Мощный ультразвук в металлургии и машиностроении. М., Янус-К, 2006, с.36-38).

Наиболее близким с предлагаемой полезной модели является известное устройство для упрочнения и восстановления резьбы, содержащее ультразвуковую колебательную систему, включающую электроакустический магнитострикционный преобразователь, содержащий сердечник из магнитострикционного материала, и инструмент, представляющий собой волновод, на выходном участке которого расположена рабочая резьбовая поверхность, ответная обрабатываемой резьбе (патент РФ 2270744 - прототип).

В описании прототипа указывается, что в базовое оборудование для реализации устройства входит электроакустический магнитострикционный преобразователь ПМС-15А-18. Сердечник этого преобразователя выполнен из пермендюра К49Ф2 или К50Ф2-магнитострикционного сплава на основе железа с кобальтом (49 или 50%) и, обычно, с добавкой ванадия (около 2%). Плотность такого сплава достаточно велика и составляет около 8,3 г/см³. Как следствие этого, большая масса электроакустического преобразователя увеличивает массу всей инструментальной головки устройства (преобразователь + инструмент) и момент инерции головки относительно центра масс плавающего пружинного подвеса головки. Это снижает точность самоориентирования инструмента по оси обрабатываемой резьбы, что отрицательно сказывается на точности обработки.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение точности обработки резьбы.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для упрочнения и восстановления резьбы, содержащем ультразвуковую колебательную систему, включающую электроакустический магнитострикционный преобразователь, содержащий сердечник из магнитострикционного материала, и инструмент, представляющий собой волновод, на выходном участке которого расположена рабочая резьбовая поверхность, ответная обрабатываемой резьбе, сердечник преобразователя выполнен из магнитно-мягкого железоалюминиевого сплава.

В качестве магнитно-мягкого железоалюминиевого сплава можно использовать, например, Альфер Ю-12 или Альфер Ю-14, имеющие в составе, соответственно, 12,5 и 13,8% алюминия, остальное - железо. Плотность у этих марок альферов составляет, соответственно, 6,7 и 6,65 г/см³. Особыми преимуществами этих сплавов является относительная дешевизна и недефицитность исходных материалов. Железоалюминиевые магнитомягкие сплавы имеют большое удельное электросопротивление, что приводит к малым потерям на вихревые токи.

Испытания предлагаемой полезной модели проводились в цехе трубной базы на примере обработки бывших в эксплуатации труб НКТ Д73 в условиях прототипа. Устройство по предлагаемой полезной модели отличалось от описанного в прототипе только материалом сердечника преобразователя: пермендюр - в устройстве-прототипе, Альфер Ю-12 - в предлагаемом устройстве. За счет меньшей плотности материала сердечник преобразователя по предлагаемой полезной модели имеет массу на 20% ниже массы сердечника по прототипу, что уменьшает момент инерции инструментальной головки и повышает точность самоориентирования инструмента по оси обрабатываемой резьбы.

В результате испытаний устройств в течение 5 смен при производительности 103 трубы в смену было установлено, что дисперсия геометрических параметров профиля резьбы на наиболее ответственном ее участке уменьшилась на 18-20% при использовании предлагаемого устройства по сравнению с устройством по прототипу. Это означает, что точность обработки резьбы труб с использованием устройства по предлагаемой полезной модели почти на 20% превышает точность обработки резьбы при использовании устройства по прототипу.

Устройство для упрочнения и восстановления резьбы, содержащее ультразвуковую колебательную систему, включающую электроакустический магнитострикционный преобразователь, содержащий сердечник из магнитострикционного материала, и инструмент, представляющий собой волновод, на выходном участке которого расположена рабочая резьбовая поверхность, ответная обрабатываемой резьбе, отличающееся тем, что сердечник преобразователя выполнен из магнитно-мягкого железоалюминиевого сплава.