способ формирования внутренней резьбы на концевом участке трубной заготовки

Формула изобретения

1. Способ формирования внутренней резьбы на концевом участке трубной заготовки, включающий размещение концевого участка трубной заготовки на неподвижном инструменте с резьбовой рабочей поверхностью, профиль которой соответствует профилю изготовляемой резьбы, и пластическое деформирование указанного концевого участка с заполнением металлом заготовки резьбовых канавок инструмента до получения требуемого профиля резьбы на готовой детали, отличающийся тем, что в качестве неподвижного инструмента с резьбовой рабочей поверхностью используют резьбовой пуансон, трубную заготовку изготавливают с внутренним диаметром концевого участка, равным наружному диаметру резьбового пуансона, и наружным диаметром, определяемым по выражению

а пластическое деформирование концевого участка трубной заготовки осуществляют путем его обжима за один проход конической матрицей с калибрующим пояском, диаметр которого равен наружному диаметру готовой детали,

где D _зн - наружный диаметр заготовки;

D _м - диаметр калибрующего пояска матрицы;

D _рн - наружный диаметр резьбы;

D_рв - внутренний диаметр резьбы.

2. Способ формирования внутренней резьбы по п.1, отличающийся тем, что используют коническую матрицу с углом конусности 2-3°.

3. Способ формирования внутренней резьбы по п.1, отличающийся тем, что на резьбовые канавки пуансона и рабочую поверхность матрицы наносят смазку.

4. Способ формирования внутренней резьбы по п.1, отличающийся тем, что заготовку перед пластическим деформированием нагревают до температуры, ниже температуры начала окалинообразования, а формирование резьбы ведут в режиме полугорячей штамповки.

5. Способ формирования внутренней резьбы по п.1, отличающийся тем, что формирование резьбы осуществляют с использованием подпорного кольца, наружный диаметр которого меньше диаметра калибрующего пояска матрицы на величину зазора, обеспечивающего вытекание избытка металла после заполнения металлом заготовки резьбы пуансона.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области изготовления изделий из труб способами механической обработки давлением, конкретно к формированию внутренней резьбы на концевом участке трубной заготовки, преимущественно на муфтовом конце переводника для насосно-компрессорных труб.

Известна нефтекомпрессорная труба с внутренней резьбой на муфтовом конце, полученной методом резания (см. US 2006/0118340 A1, U.S. C1. 175/320, опубл. 08.06.2006). Нефтекомпрессорная труба - ответственная деталь, нагруженная в процессе эксплуатации внутренним давлением и внешними силами, вызывающими в ней изгибы и растяжения. Прочность и долговечность такой трубы во многом зависит от качества резьбы. Резьба, полученная резанием, является концентратором напряжений, структура металла в зоне резьбы имеет перерезанные волокна, что снижает прочностные характеристики детали.

Известен способ формирования внутренней резьбы на концевом участке трубной заготовки, преимущественно на муфтовом конце переводника для нефтекомпрессорных труб, включающий размещение концевого участка трубной заготовки на неподвижном инструменте с резьбовой рабочей поверхностью, профиль которой соответствует профилю изготовляемой резьбы, и пластическое деформирование указанного концевого участка с обеспечением заполнения металлом заготовки резьбовых канавок инструмента до получения требуемого профиля резьбы. При этом согласно рассматриваемому известному способу трубную тонкостенную заготовку размещают в матрице с резьбовым отверстием, соответствующим требуемым параметрам получаемой резьбы, а ее пластическое деформирование осуществляют путем ее раздачи изнутри, преимущественно методом «вакуумного магнеформинга», с приданием тонкой стенке волнистой формы, близкой к профилю резьбы матрицы, как с внутренней, так и с наружной стороны (см. RU 2259459 С2, 7 B21D 51/10, опубл. 27.08.2005 г.).

Данный способ является наиболее близким аналогом заявляемому изобретению по совокупности признаков (прототип).

К недостаткам прототипа следует отнести ограниченную область использования - только для формирования резьбы на тонкостенных (до 0,5 мм) трубных заготовках, при этом стенка трубной заготовки приобретает волнистую форму по всему сечению. Полученные волнистые тонкостенные изделия используются только в качестве резьбовых проставок в резьбовых соединениях нефтекомпрессорных труб. Следует отметить, что полноценные резьбовые канавки на внутренней поверхности, как труб, так и переводников для нефтекомпрессорных труб, таким способом получить невозможно.

Технический эффект, достигаемый при использовании разработанного технического решения, заключается в устранении отмеченных недостатков аналога и прототипа за счет создания более производительного и прогрессивного способа формирования внутренней резьбы на концах труб путем обеспечения оптимальных условий затекания металла стенок трубной заготовки в резьбовые канавки неподвижного инструмента с получением полного профиля внутренней резьбы при сохранении гладких стенок снаружи трубной заготовки, что может быть широко использовано при производстве таких ответственных деталей, как переводники для нефтекомпрессорных труб.

Достижение указанного технического эффекта от предложенного изобретения основано на том, что в качестве неподвижного инструмента с резьбовой рабочей поверхностью используют резьбовой пуансон, трубную заготовку изготавливают с внутренним диаметром концевого участка, равным наружному диаметру резьбового пуансона, и наружным диаметром, определяемым по выражению

а пластическое деформирование концевого участка трубной заготовки осуществляют путем его обжима за один проход конической матрицей с калибрующим пояском, диаметр которого равен наружному диаметру готовой детали, где:

D _зн - наружный диаметр заготовки,

D _м - диаметр калибрующего пояска матрицы,

D _рн - наружный диаметр резьбы,

D_рв - внутренний диаметр резьбы,

Положительный эффект от использования изобретения может быть усилен за счет того, что коническую матрицу выполняют с углом конусности 2-3°; на резьбовые канавки пуансона и рабочую поверхность матрицы наносят смазку; заготовку перед пластическим деформированием нагревают до температуры ниже температуры начала окалинообразования, а формирование резьбы ведут в режиме полугорячей штамповки. Формирование резьбы может вестись с использованием подпорного кольца, наружный диаметр которого меньше диаметра калибрующего пояска матрицы на величину зазора, обеспечивающего вытекание избытка металла после заполнения металлом заготовки резьбы пуансона.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена исходная заготовка и технологическое оборудование для формирования резьбы согласно рассматриваемому способу в исходном положении, а на фиг.2 - деталь с отформованной резьбой, а также технологическое оборудование для формирования резьбы согласно рассматриваемому способу в конечном положении.

Трубную заготовку 1 концевым (муфтовым) участком размещают на резьбовом пуансоне 2, имеющим профиль резьбы, соответствующий требуемым параметрам получаемой резьбы. Снаружи заготовки 1 устанавливают коническую матрицу 3 с калибрующим пояском 4, диаметр которого равен наружному диаметру готовой детали 5. Трубная заготовка 1 может быть установлена на подпорное кольцо 6.

Согласно рассматриваемому способу по любой известной технологии (например, посредством раздачи концевого участка трубы) предварительно изготавливают исходную для получения внутренней резьбы трубную заготовку с внутренним диаметром концевого участка, равным наружному диаметру резьбового пуансона, и наружным диаметром, определяемым из приведеного выше выражения:

Данное математическое выражение получено расчетным путем, исходя из предположения полного заполнения всех резьбовых канавок в резьбовом пуансоне за счет смещаемого объема заготовки при радиальном течении металла в процессе пластического деформирования. В действительности металл течет как в радиальном, так и в осевом направлениях. Поэтому в отдельных случаях может быть предусмотрен дополнительный смещаемый объем, например, за счет увеличения наружного диаметра заготовки, устанавливаемый экспериментальным путем.

Далее заготовку 1, изготовленную с указанными выше параметрами концевого участка, размещают на резьбовом пуансоне 2, снаружи заготовки 1 устанавливают коническую матрицу 3 с калибрующим пояском 4 и осуществляют на прессе (не показан) опускание матрицы 3 с обжимом концевого участка заготовки 1 за один проход и с перераспределением металла заготовки 1 в резьбовые канавки пуансона 2. Для уменьшения трения при деформировании на резьбовые канавки пуансона 2 и рабочие поверхности матрицы 3 предварительно может быть нанесена смазка. С целью снижения сил деформирования и повышения пластичности металла заготовка 1 перед пластическим деформированием может быть нагрета до температуры ниже температуры начала окалинообразования, а формирование резьбы в этом случае ведут в режиме полугорячей штамповки. Формирование резьбы может вестись и с использованием подпорного кольца 6 для создания кольцевого зазора между наружной поверхностью подпорного кольца 6 и внутренней поверхностью калибрующего пояска 4 матрицы 3, куда и происходит вытеснение излишков металла заготовки 1 после полного заполнения резьбовых канавок пуансона 2 (см. фиг.2). После завершения пластического деформирования указанного концевого участка заготовки 1, полученная деталь 5 с внутренней резьбой свинчивается с резьбового пуансона 2.

Техническим результатом является получение качественной полнопрофильной внутренней резьбы на концевом участке трубной заготовки, в частности, на муфтовом конце переводника для насосно-компрессорных труб, наиболее производительным технологическим методом - методом штамповки.