Совершенствование процесса изготовления резьб на трубах

Нарезание всех видов конических резьб на трубах нефтяного сортамента осуществляется преимущественно точением и состоит из 3 стадий:

1. Стадия неустановившегося процесса (этап врезания инструмента, – на 1 – 2 витках резьбы, следующих за заходной фаской);

2. Стадия установившегося процесса (процесс нарезания основной части резьбы);

3. Стадия неустановившегося процесса (этап выхода инструмента – последние 1 – 2 витка резьбы перед выходной фаской).

Стадии неустановившихся процессов резьботочения сопровождаются специфическими по характеру силами резания, обусловливающими возникновение размерных погрешностей обработки. Устранению этих погрешностей или управлению ими не было уделено до настоящего времени должного внимания. Вследствие того, что возникающие динамические погрешности не нашли прямых технологических методов и средств устранения, они были признаны правомерными и приняты в прежних и современных официальных нормативных документах на резьбы в качестве допущений [1, с. 86,87,199,346,347]. Согласно этим допущениям непроходной калибр может навинчиваться на цилиндрическую резьбу на первых двух и последних двух витках (оборотах).

Динамические погрешности стадии неустановившегося процесса резьботочения, обусловлены одновременным изменением осевой (Px) и радиальной (Py) составляющих силы резания и изменением соответствующих им упругих отжатий технологической системы. В процессе обработки эти погрешности суммируются: ошибки шага и формы профиля резьбы (составляющая Px) суммируются с ошибками диаметральных размеров резьбы (составляющая Py).

Для устранения погрешностей обработки необходимо учитывать величины радиальных отжатий инструмента при его установке в исходное положение для выполнения каждого продольного прохода, а также учитывать величины осевых отжатий инструмента на стадиях врезания и выхода (в пределах первого и последнего оборотов заготовки).

Отжатия в результате воздействия осевой составляющей (P_x) силы резания изменяются при врезании резьбового резца от нулевого значения – в начале стадии врезания, до наибольшего значения в середине стадии врезания и затем убывают до нулевого значения – в конце стадии врезания и начале установившейся стадии резьботочения. Вся стадия установившегося процесса протекает при отсутствии осевой составляющей силы резьботочения и осевых отжатий инструмента. При выходе инструмента на последнем обороте заготовки осевая составляющая силы резьботочения и осевые отжатия инструмента возрастают от нулевого значения в начале стадии выхода инструмента, до наибольшего значения – в середине стадии выхода и затем убывают до нулевого значения – в конце стадии выхода. Величина осевой составляющей силы резьботочения на стадии выхода инструмента соответствует величине осевой составляющей на стадии его врезания [3,6].

Резьба на участке, который считается участком с резьбой полного диаметра, в действительности имеет два неполноценных (по диаметру и шагу) витка резьбы. Брак является скрытым и неконтролируемым (особенно для конических резьб в связи с несуществованием, в принципе, резьбовых непроходных калибров). Этот участок (который считается полнопрофильным) является в действительности скрытым браком по резьбе по диаметральной её точности и шагу, и, следовательно, вероятным очагом возникновения нарушения герметичности резьбового соединения (без герметизирующих стыков и, в ряде случаев с герметизирующими стыками) вследствие уменьшения участка сопряжения резьбовой пары и влияния других факторов технологического и эксплуатационного характера. Следует отметить также, факт образования в этом месте, в собранной резьбовой паре щели в резьбовом сопряжении.

Рисунок. а – Размыв ниппеля замка; б – Усталостное разрушение внутренней резьбы муфты

К отбраковке изделия из-за уменьшения диаметра резьбы на первых одном – двух витках, следующих за фаской, в настоящее время, это не приводит, так как этот брак – скрытый, калибры всех видов (гладкие, рабочие резьбовые для конической резьбы) брак не определяют. Однако существующее допущение в ГОСТах (например, ГОСТ 2016 – Калибры резьбовые. Технические условия, ГОСТ 24672 – Калибры для конической резьбы. Технические условия и др.), позволяющее непроходному калибру навинчиваться на годную резьбу на две нитки (за фаской резьбы изделия) пока, как допущение не находило объяснения (не обнаруживало причинно-следственных связей). Поиск способов устранения этого скрытого брака на первых двух витках, последних двух витках резьбы, следующих за заходной, выходной фаской изделия, – не велся.

Как уже отмечалось, для конических резьб не предусмотрены непроходные калибры и регистрировать этот скрытый брак в производственных условиях не удается. Таким образом, к отбраковке труб скрытый брак по резьбе (диаметру и шагу на упомянутых участках), в настоящее время, не приводит.

Устранение существующих дефектов резьбы, которые представляют собой латентный брак по диаметральным размерам и шагу резьбы, возникающий на стадии неустановившегося процесса вследствие динамических погрешностей обработки, можно выполнить корректированием поперечной и продольной подач резьбового резца на этапах врезания и выхода инструмента на каждом его проходе.

Корректирующая поперечная подача резьбового резца на неустановившихся стадиях каждого из его продольных проходов составляет:

где

величина изменяемой в течении i-го прохода поперечной подачи на стадии врезания резьбового резца, мм;

величина изменяемой в течении i-го прохода поперечной подачи на стадии выхода резьбового резца, мм;

нормативно задаваемая величина радиального врезания резьбового резца (нормативная глубина резания для i-го прохода), мм.

Корректирующая продольная подача на середине стадии врезания на каждом проходе составляет:

где

продольная подача резьбового резца для середины стадии врезания на i-м проходе, мм;

продольная подача резьбового резца для середины стадии выхода на i-м проходе, мм;

продольная подача на установившейся стадии резьботочения;

осевая составляющая силы резьботочения для середины стадии врезания и середины стадии выхода на i-м проходе, Н;

осевая жесткость металлообрабатывающего станка, Н/мм.

Исследованиями установлены механизм возникновения динамических погрешностей обработки на стадии неустановившегося процесса резьботочения и возможность управления точностью формирования диаметральных размеров и шагов резьб. Определены характер и способ непрерывного активного воздействия на возникающие погрешности обработки резьб на основе компенсации радиальных и осевых упругих перемещений инструмента посредством текущего корректирования величин его поперечных и продольных подач.

Литература:

1. Калибры. Государственные стандарты. М.: Издательство стандартов, 1974, 511 с.

2. Орлов Е. М., Кузнецов А. М. Силовые зависимости процесса нарезания резьбы резцами. М.: СТИН, 2003, №5, с. 21-24.

3. Орлов Е.М. Совершенствование процесса и инструмента для резьботочения: Автореф. ... канд. техн. наук. М.: МГТУ «МАМИ», 2004, 24 с.

4. Орлов Е. М., Кузнецов А. М. Динамика и погрешности обработки неустановившихся стадий процесса резьбонарезания. XXXIX Международная научно-техническая конференция ААИ. Электронный сборник избранных трудов. М.: МГТУ «МАМИ», 2002.

5. Тимирязев В.А., Хостикоев М.З. Автоматическая оценка состояния режущего инструмента на многоцелевых станках. Известия МГТУ «МАМИ». – 2011. – № 1(11). – С. 198–202.

6. Хостикоев М.З., Артюхин Л.Л., Гречишников В. А. и др. Резьбообразующий инструмент. М.: МГТУ «СТАНКИН» – Пензенский Государственный Университет. Пенза. Издательство ПГУ, 1999, 405 с.

7. Хостикоев М.З., Орлов Е.М. Повышение производительности резьботочения с применением многозубых резьбовых пластин. Инструмент, технология, оборудование: новости. – 2005. – №8, с.11.

8. Хостикоев М.З. Управление геометрией инструмента в процессе обработки. // Горный информационно-аналитический бюллетень, № 4, 2011, с. 319–321.