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 деталей и изделий, преимущественно бурильных, обсадных, насосно-компрессорных труб и муфт, а также при подготовке к эксплуатации конических резьбовых поверхностей новых деталей и изделий. Технический результат полезной модели - повышение надежности и экологической безопасности эксплуатации оборудования, например, нарезных нефтепромысловых труб, при снижении удельного расхода труб на единицу объема добываемой продукции за счет увеличения прочности соединения на растяжение и изгиб путем отделочно-упрочняющей ультразвуковой обработки выглаживанием конической резьбы деталей труб дополнительно в области дна канавки профиля резьбы инструментом предлагаемого профиля. 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, на выходном четвертьволновом участке корпуса-волновода расположена рабочая зона инструмента с резьбовой поверхностью, ответной обрабатываемой резьбе и соответствующей нормативам конусности, среднего диаметра в основной плоскости, угла профиля и шага для обрабатываемой резьбы, согласно полезной модели, резьбовая поверхность в рабочей зоне инструмента имеет высоту профиля более нормативной для обрабатываемой резьбы, но менее нормативной высоты исходного остроугольного профиля, уменьшенной на нормативный радиус закругления впадины профиля обрабатываемой резьбы, причем, радиус закругления вершины профиля не превышает нормативного радиуса закругления впадины профиля обрабатываемой резьбы. Радиус закругления вершины профиля резьбовой поверхности рабочей зоны меньше нормативного радиуса закругления впадины обрабатываемой резьбы, но больше его половины, что обеспечивает дополнительный технический результат - увеличение усталостной стойкости инструмента за счет выглаживания дна канавки.
Крепление корпуса-волновода выполнено резьбовым и/или фланцевым. Инструмент имеет, по меньшей мере, один паз, выполненный пересекающим рабочую зону инструмента, что обеспечивает более эффективный отвод из зоны обработки микростружки и удаляемых загрязнений. Инструмент выполнен в виде метчика или в виде плашки.
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, расположенными 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 - ультразвуковой инструмент с резьбовой поверхностью, ответной обрабатываемой резьбе, например, ультразвуковой инструмент - метчик,
обрабатывает канавки резьбы муфты по обеим сторонам ножки профиля на глубину, соответствующую нормативу на обрабатываемую резьбу, что незначительно увеличивает срок эксплуатации обрабатываемой резьбы.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в увеличении срока нормативной службы деталей и изделий с конической резьбой, в частности, труб и муфт, то есть в увеличении срока их безаварийной эксплуатации.
Технический результат полезной модели - повышение надежности и экологической безопасности эксплуатации оборудования, например, нарезных нефтепромысловых труб, при снижении удельного расхода труб на единицу объема добываемой продукции за счет увеличения прочности соединения на растяжение и изгиб путем отделочно-упрочняющей ультразвуковой обработки выглаживанием конической резьбы деталей труб дополнительно в области дна канавки профиля резьбы инструментом предлагаемого профиля.
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, на выходном четвертьволновом участке корпуса-волновода расположена рабочая зона инструмента с резьбовой поверхностью, ответной обрабатываемой резьбе и соответствующей нормативам конусности, среднего диаметра в основной плоскости, угла профиля и шага для обрабатываемой резьбы, согласно полезной модели, резьбовая поверхность в рабочей зоне инструмента имеет высоту профиля более нормативной для обрабатываемой резьбы, но менее нормативной высоты исходного остроугольного профиля, уменьшенной на нормативный радиус закругления впадины профиля обрабатываемой резьбы, причем, радиус закругления вершины профиля не превышает нормативного радиуса закругления впадины профиля обрабатываемой резьбы.
Радиус закругления вершины профиля резьбовой поверхности рабочей зоны меньше нормативного радиуса закругления впадины обрабатываемой резьбы, но больше его половины, что обеспечивает дополнительный технический результат - увеличение усталостной стойкости инструмента за счет выглаживания дна канавки.
Крепление корпуса-волновода выполнено резьбовым и/или фланцевым.
Инструмент имеет, по меньшей мере, один паз, выполненный пересекающим рабочую зону инструмента, что обеспечивает более эффективный отвод из зоны обработки микростружки и удаляемых загрязнений.
Инструмент выполнен в виде метчика или в виде плашки.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где:
На фиг.1 - представлен инструмент типа «плашка» для ультразвуковой обработки наружной конической резьбы детали замка бурильных труб;
На фиг.2 - инструмент типа «метчик»;
На фиг.3 - выносной элемент А для фиг.1 и фиг.2 в увеличенном масштабе.
Инструмент плашка (фиг.1) и инструмент метчик (фиг.2) содержат корпус-волновод 1 на входном участке 2 которого имеется резьбовое и/или фланцевое приспособление 3 для сменного крепления корпуса-волновода 1 к волноводу 4, подводящему ультразвуковые колебания от внешнего источника (на чертеже не показан). На выходном четвертьволновом участке 5 расположена рабочая зона длиной l* по нормативу на обрабатываемую резьбу, с фаской 6 на заходном витке и с резьбовой поверхностью 7, ответной обрабатываемой резьбе 8, соответствующая ей по нормативам конусности, среднего диаметра в основной плоскости, угла профиля 
и шага Р.
На фиг.3 показаны особенности формы профиля резьбовой поверхности 7 рабочей зоны инструмента - уменьшенный радиус ri закругления вершины профиля резьбы инструмента, увеличенная высота h1i, и радиус закругления впадины Гц профиля в сопоставлении с нормативной формой профиля обрабатываемой резьбы 8 по углу , высоте профиля h1i и радиусу r i закругления впадины профиля. Р - шаг резьбы. Н - высота исходного профиля, h - рабочая высота профиля обрабатываемой резьбы. G - фронтальная вставная сторона профиля обрабатываемой резьбы 8. Gi - фронтальная сторона профиля инструмента. В - тыльная нагрузочная сторона профиля обрабатываемой резьбы 8. Вi - нагрузочная тыльная сторона профиля резьбы инструмента.
Описание работы инструмента.
Инструмент плашку используют при подготовке к эксплуатации и/или восстановлении конической наружной резьбы 8 детали, например, резьбы ниппеля 9 замка бурильной трубы (фиг.1) методом ультразвуковой отделочно-упрочняющей обработки. Трубу с обрабатываемой резьбой 8 подводят посредством, например, механизма вращательно-поступательного перемещения трубы (не показан), к выходному участку 5 корпуса-волновода 1 инструмента и свинчивают резьбовую поверхность 7 рабочей зоны с обрабатываемой резьбой 8.
При свинчивании плашки и наружной конической резьбы растет момент сопротивления вращению и, при достижении заданной величины крутящего момента,
меньшей нормативной для эксплуатации трубы, включают внешний источник ультразвуковых колебаний, которые через волновод 4 и крепежное приспособление 3 передают корпусу-волноводу 1 и его рабочей зоне с резьбовой поверхностью 7, ответной обрабатываемой резьбе 8.
При этом происходят соударения и отскоки резьбовых поверхностей 7 и 8 фронтальными (G и Gi) и/или тыльными (В и Вi) гранями, что обеспечивает обработку граней аналогично прототипу. В отличие от прототипа, дальнейшее свинчивание приводит к прямому контакту одной из вершин профиля резьбы инструмента (с уменьшенным радиусом ri закругления) и дна канавки обрабатываемой резьбы 8 (со значительно большим радиусом ri). Это обеспечивает ультразвуковое выглаживание дна канавки, увеличение прочности резьбового участка обрабатываемой детали, в частности, на растяжение и изгиб.
Последнее повышает надежность оборудования, а при эксплуатации нефтепромысловых труб, это соответствует улучшению экологической безопасности проведения работ с трубами.
Работа инструмента типа «метчик» (фиг.2) при ультразвуковой обработке муфты 10 замка бурильной трубы аналогична вышеизложенному, выносной элемент А также соответствует иллюстрации фиг.3, поэтому отдельно не описываются.
1. Инструмент для ультразвуковой обработки конической резьбы деталей, преимущественно нефтепромысловых труб, содержащий корпус-волновод, выполненный с возможностью сменного крепления к волноводу, подводящему ультразвуковые колебания от внешнего источника, на выходном четвертьволновом участке корпуса-волновода расположена рабочая зона инструмента с резьбовой поверхностью, ответной обрабатываемой резьбе и соответствующей нормативам конусности, среднего диаметра в основной плоскости, угла профиля и шага для обрабатываемой резьбы, отличающийся тем, что резьбовая поверхность в рабочей зоне имеет высоту профиля более нормативной для обрабатываемой резьбы, но менее нормативной высоты исходного остроугольного профиля, уменьшенной на нормативный радиус закругления впадины профиля обрабатываемой резьбы, а радиус закругления вершины профиля не превышает нормативного радиуса закругления впадины профиля обрабатываемой резьбы.
2. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что радиус закругления вершины профиля резьбовой поверхности рабочей зоны меньше нормативного радиуса закругления впадины обрабатываемой резьбы, но больше его половины.
3. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что крепление корпуса-волновода выполнено резьбовым и/или фланцевым.
4. Инструмент по п.1, отличающийся тем, что он имеет, по меньшей мере, один паз, выполненный пересекающим рабочую зону инструмента.
5. Инструмент по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что он выполнен в виде метчика.
6. Инструмент по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что он выполнен в виде плашки.
