Способ обработки конических резьб трубных муфт

 

Изобретение относится к трубной промышленности, изготовлению муфт обсадных, насосно-компрессорных и нефтепроводных труб, имеющих с обеих сторон конические резьбы одного размера. Способ включает обработку с одной установки муфтовой заготовки обеих резьб инструментом, размещенным на борштанге, которую перемещают вдоль оси, параллельной уклону резьбы, при этом во время обработки каждой из резьб режущие поверхности инструмента развернуты друг относительно друга на 180^o. Для повышения точности и производительности и расширения технологических возможностей длину трубной муфты ограничивают полем допуска, не превышающим, по крайней мере, половины поля осевого допуска на положение измерительной плоскости резьбового калибра относительно торца муфты при контроле им резьбы. Борштангу перемещают вдоль оси, проходящей через геометрический центр муфты, а обработку обеих резьб ведут парами разнесенных вдоль оси и радиально удаленных от нее инструментов, пооперационное изменение радиального размера которых производят путем перемещения относительно борштанги. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к трубной промышленности и может быть использовано при изготовлении муфт обсадных, насосно-компрессорных и нефтегазопроводных труб, имеющих с обеих сторон конические резьбы одного размера.

Известны способ и устройство, предусматривающие параллельную обработку резьб на концах муфты с одной установки отдельными инструментами с использованием индивидуальных суппортов (В 23 G 1/18 авт. свид. 512015 "Токарно-резьбонарезной полуавтомат").

Их недостатком является сложность кинематических цепей устройства и контроля процесса обработки и, как следствие, сложность обеспечения необходимой точности резьб.

Известен также способ обработки двух разнонаправленных конических резьб, предусматривающий последовательную обработку резьб с одной установки одним инструментом, размещенным на борштанге, перемещающейся вдоль оси, параллельной углу уклона резьбы, и поворачивающейся вместе с ним на 180^o после обработки первой резьбы и затем на 90^o для обеспечения его вывода из муфты (В 23 G 1/00, SU 1662776 "Способ обработки двух разнонаправленных конических резьб", 1991).

Недостатками указанного способа являются: 1) Низкая производительность, обусловленная последовательным характером обработки резьб.

2) Низкая диаметральная точность резьбы, примыкающей к свободному торцу муфты, обусловленная прямым влиянием на нее длины муфтовой заготовки, специальная регламентация которой способом не предусматривается.

3) Ограниченные технологические возможности, обусловленные возможностью использования только одного инструмента и невозможностью независимого регулирования его радиального размера при обработке каждой из резьб.

Задачей изобретения является повышение точности и производительности и расширение технологических возможностей обработки.

Указанная задача решается за счет регламентации длины муфтовой заготовки и траектории перемещения борштанги и одновременности обработки обеих резьб парами инструментов, пооперационное изменение радиального размера которых производят путем перемещения относительно борштанги.

Сущность изобретения заключается в том, что при обработке с одной установки муфтовой заготовки обеих резьб размещенным на перемещаемой вдоль оси, параллельной уклону резьбы, борштанге инструментом, режущие поверхности которого во время обработки каждой из резьб развернуты друг относительно друга на 180^o, длину муфтовой заготовки (муфты) предельно жестко ограничивают полем допуска, не превышающим, по крайней мере, половины осевого допуска на положение измерительной плоскости резьбового калибра относительно торца муфты (величину осевого натяга) при контроле им резьбы.

Указанная регламентация длины муфтовой заготовки (муфты) позволяет повысить точность резьб, оцениваемую по величине осевого (диаметрального) натяга при контроле калибрами. При этом в случае установки муфтовой заготовки с использованием в качестве базы ее торца для находящейся в наименее благоприятных условиях резьбы, примыкающей к ее свободному торцу, влияние длины муфтовой заготовки (муфты) на величину натяга не будет превышать половины поля допуска на него.

Дальнейшее снижение влияния длины заготовки на точность резьбы обеспечивают, производя установку муфты с использованием в качестве базы середины ее длины (например, с применением известных самоцентрирующих по длине зажимов). В этом случае влияние колебания длины муфты распределяется равномерно на обе резьбы и для каждой из них не будет превышать 25% поля допуска на положение калибра.

Наиболее рациональным распределением поля допуска относительно номинальной длины муфты является симметричное. Однако при принятии дополнительных технологических мер допуск может быть принят несимметричным или односторонним.

Требования по ограничению длины муфты выполняют до ее установки для нарезания резьб или после этого с использованием дополнительного поперечного суппорта. В последнем случае обработка свободного торца "в размер" может производиться как до, так и, в принципе, после нарезания резьбы. Последнее, однако, нежелательно, так как требует дополнительных мер по обеспечению необходимого качества резьбы.

При обработке резьб борштангу перемещают под углом их уклона вдоль оси, проходящей через геометрический центр муфты.

Для повышения производительности обработку обеих резьб ведут одновременно парами разнесенных на необходимое расстояние вдоль оси и радиально равноудаленных от нее инструментов. Пооперационное изменение радиального размера последних (например, его уменьшение, необходимое для обеспечения возможности свободного вывода борштанги из муфты после завершения очередного прохода, или увеличение от прохода к проходу при многопроходной обработке) производят их перемещением относительно борштанги (перпендикулярно оси муфты или по другой траектории). Для этого в борштанге размещают необходимые механизмы, имеющие соответствующие приводы (гидравлические, механические и т. д.).

Для расширения технологических возможностей (например, предварительной обработки конических поверхностей под нарезку резьбы) в борштанге размещают несколько пар инструментов, смещенных друг относительно друга вдоль оси или по окружности. В последнем случае их вывод в рабочую позицию производят путем поворота борштанги вокруг ее оси на соответствующий угол.

На чертеже в качестве примера приведено схематически взаимное положение муфты, борштанги и режущего инструмента (горизонтальный разрез) перед началом операции нарезания трапецеидальных резьб гребенкой (резьбы условно показаны обработанными) для частного случая установки муфты с базированием по ее торцу.

Муфту 3 (чертеж) устанавливают в патрон 2, принимая за базу ее торец 1, и зажимают. Длину L муфты предельно жестко ограничивают полем допуска "a", не превышающим, по крайней мере, половины поля (в рассматриваемом случае одностороннего) допуска "" на положение А измерительной плоскости 16 резьбового калибра 17 относительно торца муфты.

В данном частном случае распределение поля допуска "а" принято симметричным (-a/2...0...+a/2).

В рассматриваемом случае борштангу 6 оснащают двумя парами инструментов, смещенными относительно друг друга на 90^o вокруг ее оси: пара 7, 10 предназначена для обработки конических поверхностей под нарезку резьбы, пара 4, 9 - для снятия оставшегося припуска и собственно нарезки резьб. Режущие поверхности 11, 13 и 12, 14 каждой пары повернуты относительно друг друга вокруг оси борштанги на 180^o с целью обеспечения одновременной обработки обоих резьбовых концов в условиях одностороннего вращения муфты.

Инструменты каждой пары разнесены вдоль оси борштанги на расстояние l₁, которое для каждой пары определяют исходя из их конструкции и технологии обработки. Режущие грани инструментов в каждой паре радиально удалены от оси борштанги на одинаковые расстояния (r₁ для пары 7, 10 и r₂ для пары 4, 9). Величины r₁ и r₂ устанавливают для каждой из операций исходя из технологии обработки. Для этого каждый инструмент оснащают при необходимости механизмом 15 его регламентированного прямого и обратного перемещения относительно борштанги 6.

Максимальный диаметр "d" борштанги назначают исходя из условия ее свободного перемещения с находящимися в исходном положении инструментами вдоль оси в муфтовой заготовке, имеющей наименьший предельный диаметр внутреннего отверстия и наибольшую предельную длину.

Борштангу 6 устанавливают на резьбовом суппорте 8, обеспечивающем возможность ее возвратно-поступательных перемещений вдоль своей оси с подачами, необходимыми для проточки конических поверхностей, нарезания резьб и ускоренного подвода инструмента и его вывода из рабочей зоны, а также ее поворота вокруг своей оси для ввода пар инструментов в рабочее положение и вывода их из него. После этого ее ориентируют вдоль оси, проходящей под углом "", равным углу уклона обрабатываемых резьб, через геометрический центр 5 муфты.

После настройки оборудования и инструментов обработку ведут примерно в следующей последовательности: 1) Выводят борштангу за пределы расположения муфты и устанавливают минимальную величину радиальных размеров r₁ и r₂ инструментов.

2) Устанавливают и закрепляют муфту.

3) Поворотом борштанги вокруг ее оси выводят пару инструментов 7, 10 в рабочую позицию.

4) С помощью механизмов 15 устанавливают величину радиального размера r₁ инструментов 7, 10, необходимую для первого прохода.

5) Включают ускоренную прямую подачу борштанги вдоль оси и выводят инструменты 7, 10 в исходное положение.

6) Включают рабочую подачу борштанги вдоль оси и производят одновременную проточку обеих конических поверхностей.

7) Выводят борштангу в исходное положение по п.5 (с предварительным уменьшением радиального размера r₁ инструментов или, если нет особых причин, без него).

8) Повторяют операции по пп. 4, 6, 7, последовательно увеличивая величину r₁ до завершения обработки конических поверхностей под нарезку резьб "в размер".

9) Выполняют операцию по п.4, уменьшая r₁ до величины, имевшей место при первом проходе.

10) Поворотом борштанги вокруг ее оси выводят в рабочую позицию пару инструментов 4, 9.

11) Включают ускоренную подачу и выводят пару инструментов 4, 9 в исходное положение. Устанавливает расчетную величину ₂.

12) Включают шаговую подачу и производят одновременно предварительное или полное нарезание обеих резьб.

13) Уменьшают радиальный размер r₂.

14) В случае полного нарезания резьбы выводят борштангу за пределы муфты после первого прохода.

В случае многопроходного нарезания резьб повторяют операции по п.п.11... 13 до завершения их обработки и выводят борштангу после этого.

ПРИМЕР ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА 1. Объект обработки: муфта ОТТМ-324-Д-ГОСТ 632-80, имеющая с обоих концов коническую резьбу ОТТМ трапецеидального профиля.

2. Исходные данные.

2.1. Номинальная длина муфты, L 218 мм 2.2. Минимальный внутренний диаметр муфтовой заготовки 312 мм 2.3. Угол уклона резьбы, 1^o47'24" (уклон 1:32) 2.4. Шаг резьбы, Р 5,08 мм 2.5. Высота профиля резьбы, h₁ 1,6 мм 2.6. Внутренний диаметр резьбы в плоскости торца муфты, d₃ 321,775 мм 2.7. Поле допуска на положение измерительной плоскости резьбового калибра-пробки относительно торца муфты при контроле резьбы 2,5 мм
2.8. Ширина внутренней канавки между резьбами 10⁺² мм
3. Расчетные показатели муфты и борштанги.

3.1. Максимальное допускаемое способом поле допуска на длину муфты:
a_max=2,5:2=1,25 мм.

Поле допуска, принятое с учетом технологических возможностей станочного оборудования: a=1,0 мм.

Длина муфты с учетом симметричного распределения поля допуска - 2180,5 мм.

Колебание длины муфты в указанных допустимых пределах в случае установки с базированием по ее торцу и при неизменной настройке резьбонарезного инструмента приведет к колебанию размера примыкающей к свободному торцу резьбы, оцениваемого по осевому положению резьбового калибра относительно указанного торца, в пределах 0,5 мм, что составляет 40% от соответствующего поля допуска, равного 2,5 мм. В случае установки с базированием по середине муфты указанное влияние равномерно распределится между обеими резьбами и составит 0,25 мм или 20% поля соответствующего допуска для каждой из них.

Для сравнения отметим, что допускаемая длина муфты по ГОСТ 632-80 составляет 2183 мм. Ее использование при реализации способа недопустимо, так как колебание размера резьб, обусловленное колебанием длины муфты в допустимых пределах, превышает полное поле соответствующего допуска при любом способе базирования.

Таким образом специфическая регламентация длины заготовки является неотъемлемой операцией способа, обеспечивающей получение резьб необходимой точности.

Обработку резьб производим на муфтовой заготовке длиной 2180,5 мм с уже снятыми внешними и внутренними фасками и проточенной межрезьбовой канавкой.

3.2. При обработке резьб ось борштанги должна быть сориентирована относительно оси муфты под углом уклона резьбы =1^o47'24" и проходить через геометрический центр муфты, находящийся в точке пересечения ее оси и перпендикулярной ей плоскости, отстоящей на 109 мм от базового торца муфты в случае установки с базированием по ее торцу или проходящей через середину ее фактической длины при базировании по середине муфты.

Максимально допустимый диаметральный размер борштанги и находящихся на ней в положении минимального радиального размера инструментов определяем исходя из условия их свободного прохода под углом через отверстие в муфтовой заготовке максимальной длины:
d_max=312-218,5:32=305,2 мм
Принимаем d= 304 мм и соответственно минимальный радиальный размер инструментов в исходном положении r_1-и=r_2-и=152 мм.

4. Обработка конических поверхностей под нарезку резьбы.

Диаметр в плоскости торца муфты конических поверхностей под нарезку резьб принимаем равным 321 Н10 мм.

Примечание. Здесь и далее вопросы оптимизации технологических факторов, конструкции инструментов и их приводов не рассматриваются и все параметры принимаются условно исключительно из целей демонстрации особенностей применения способа.

Соответственно общий припуск на сторону в указанной плоскости, подлежащий удалению, составляет: (321-312):2=4,5 мм. Этот припуск является наибольшим и будет уменьшаться к середине муфты в соответствии с уклоном резьбы до величины ~1,3 мм у кромки межрезьбовой канавки.

Указанный припуск удаляем в два прохода с глубиной резания 4,0 и 0,5 мм. Соответственно диаметры конических поверхностей в плоскостях каждого из торцов муфты будут составлять по проходам: D_и=312 мм --> D₁=320 мм --> D₂=321 Н10 мм.

Увеличение диаметров обработки по проходам обеспечивают соответствующим увеличением радиальных размеров r₁ обрабатывающего инструмента. В случае измерения r₁ перпендикулярно оси муфты указанные радиальные размеры составят:
r_1-1=D₁/2-(L/2)/32=320/2-(218/2)/32=156,6 мм
r_1-2=D₂/2-(L/2)/32=321/2-(218/2)/32=157,1 мм
Ввиду малости угла для случая измерения r₁ перпендикулярно оси борштанги могут быть приняты те же значения r_1-j.

С учетом наличия на муфте внутренних фасок по ГОСТ 632-80 начальное положение вершины первого в паре проходного резца, обрабатывающего фронтальную коническую поверхность, принимают в плоскости наружного торца муфты, второго - по середине ее номинальной длины. Соответственно расстояние между ними, измеряемое вдоль оси муфты, будет составлять l₁=109 мм. Ввиду малости угла для случая измерения l₁ вдоль оси борштанги может быть принято то же значение.

Обработку конических поверхностей ведут в следующей последовательности:
1) Борштангу с установленными в исходное радиальное положение r_1-и=r_2-и= 152 мм режущими инструментами, находящуюся за пределами закрепленной муфты, поворачивают вокруг ее оси на необходимый угол и выводят пару резцов, предназначенных для обработки конических поверхностей, в рабочее положение.

2) Включают ускоренное прямое перемещение борштанги вдоль ее оси и переводят ее в положение, при котором вершины проходных резцов, предназначенных для обработки конических поверхностей, окажутся в начальной позиции: одна - в плоскости наружного торца муфты, вторая - по ее середине.

3) Увеличивают радиальный размер резцов с r_1-и=152 мм до r_1-1=156,6 мм.

4) Включают рабочую подачу борштанги вдоль ее оси и протачивают обе конические поверхности. Процесс завершается при достижении первым резцом кромки межрезьбовой канавки, вторым - поверхности внутренней фаски (с некоторым технологическим перебегом).

5) Включают обратное ускоренное перемещение борштанги вдоль ее оси и выводят резцы в начальную позицию по п.2).

6) Увеличивают радиальный размер с r_1-1=156,6 мм до r_1-2=157,6 мм.

7) Повторяют операцию по п.4).

8) Включают обратное ускоренное перемещение борштанги вдоль ее оси, выводят ее в исходное положение и уменьшают радиальный размер резцов с величины r_1-2=157,1 мм до r_1-1=156,6 мм.

Примечания:
1) Ввиду предварительного характера обработки и отсутствия требований к качеству обработанной поверхности уменьшение радиального размера резцов при их выводе после обработки по п.п.5) и 8) не производят.

2) При обработке следующей муфты операцию по п.3) исключают.

5. Обработка резьб.

Для иллюстрации способа рассмотрим случай обработки резьб в два (условно) прохода двухзубой резьбовой гребенкой для нарезания внутренней резьбы ОТТМ, имеющей протяженность режущей части вдоль оси муфты 8 мм.

Настройку инструмента ведем по значению внутреннего диаметра резьбы в плоскости торца муфты, соответствующему середине поля допуска:
d_3-c=321,775+(2,5/2):16=321,853 мм
Соответственный внутренний радиус резьбы:
r_b=321,853/2=160,927 мм
Соответственный наружный радиус резьбы в плоскости торца муфты:
r_н=160,927+1,6=162,527 мм
Соответственно радиальный размер r_2-2 профилирующего зуба гребенки в позиции ее нахождения в плоскости торца муфты при окончательной обработке резьбы в случае его измерения перпендикулярно оси муфты должен составлять:
r_2-2=r_н-(L/2):32=162,527-(218/2):32= 159,121 мм
В случае, если припуск на последний проход будет составлять 0,6 мм на сторону, аналогичный радиальный размер _2-1=r_2-2-0,6=158,5 мм.

Для начального положения примем расстояние от базового торца муфты вдоль ее оси до режущей кромки первой гребенки равным 220 мм, для второй - 105 мм. Аналогичное расстояние в конечном положении для первой гребенки примем 105 мм. Соответственно величина продольного перемещения борштанги при обработке резьбы вдоль оси муфты будет составлять 115 мм, а перебег задней кромкой второй гребенкой плоскости базового торца муфты составит при этом 2 мм. Расстояние l₂ между любыми соответственными точками режущих поверхностей гребенок будет составлять l₂=115 мм.

При нарезании резьб перемещение борштанги вдоль ее оси производят с шаговой подачей, обеспечивающей перемещение гребенок вдоль оси муфты на 5,08 мм за один оборот последней.

Обработку резьб ведут в следующей последовательности:
1) Борштангу с установленными в исходном положении r_1-1=156,6 и r_2-и=152 мм инструментами, находящуюся за пределами закрепленной муфты с обработанными под нарезку резьб коническими поверхностями, поворачивают вокруг ее оси на необходимый угол и выводят пару гребенок, предназначенных для обработки резьб, в рабочее положение.

2) Включают ускоренное перемещение борштанги вдоль ее оси и перемещают ее в позицию, при которой гребенки займут начальное положение.

3) Увеличивают радиальный размер гребенок с r_2-и=152 мм до r_2-1=158,5 мм.

4) Включают рабочую шаговую подачу борштанги и перемещают ее вдоль оси на 115 мм, производя предварительное нарезание обеих резьб.

5) Уменьшают радиальный размер гребенок на ~0,3 мм.

6) Реверсируют вращение муфты и шаговую подачу борштанги и выводят гребенки в начальное положение.

7) Увеличивают радиальный размер гребенок до r_2-2=159,121 мм.

8) Включают рабочую подачу борштанги и перемещают вдоль оси вращающейся в нужном направлении муфты на 115 мм, производя окончательное нарезание резьбы.

9) Уменьшают радиальный размер гребенок до исходного r_2-и=152 мм.

10) Включают ускоренную обратную подачу и выводят борштангу в исходное положение.

Как вытекает из изложенного, применение способа позволяет повысить производительность обработки резьб примерно в два раза по сравнению с поочередной обработкой каждой из них, а также их точность, в первую очередь соосность.

Формула изобретения

1. Способ обработки конических резьб трубных муфт, включающий обработку с одной установки муфтовой заготовки обеих резьб инструментом, размещенным на борштанге, которую перемещают вдоль оси, параллельной уклону резьбы, при этом во время обработки каждой из резьб режущие поверхности инструмента развернуты друг относительно друга на 180^o, отличающийся тем, что длину трубной муфты ограничивают полем допуска, не превышающим, по крайней мере, половины поля осевого допуска на положение измерительной плоскости резьбового калибра относительно торца муфты при контроле им резьбы, борштангу перемещают вдоль оси, проходящей через геометрический центр муфты, а обработку обеих резьб ведут парами разнесенных вдоль оси и радиально удаленных от нее инструментов, пооперационное изменение радиального размера которых производят путем перемещения относительно борштанги.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что установку муфтовой заготовки производят, принимая за базу середину длины муфты.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку ведут последовательно несколькими размещенными по окружности борштанги парами инструментов, вывод которых в рабочую позицию производят путем поворота борштанги.

РИСУНКИ

Рисунок 1