Файл: Щербюк, Н. Д. Резьбовые соединения труб нефтяного сортамента и забойных двигателей.pdf

по ГОСТ 631— 63, 632—64 и 633— 63 на трубах, изготовленных из сталей групп прочности не свыше Е, т. е. с пределом текучести до 55 кгс/мм2. Заточка резьбовых фрез и круглых плашек трубо-муф- тонарезных патронов значительно сложнее заточки профильных резьбовых резцов и тангенциальных гребенок.

В трубо-муфтонарезных патронах возможно применение твердо­ сплавных резьбовых фрез и круглых плашек. В этом случае, в свя­ зи с увеличением в 6—8 раз скорости резания конструкции суще­ ствующих типов резьбофрезерных, трубо муфтонарезных станков должны быть усилены. Внедрение новых конструкций резьбовых соединений труб нефтяного сортамента с уплотнительными пояска­ ми типа ТБВК , ТБНК, ОТТГ1, НКБ1 и так далее требует, чтобы резьбу нарезали за один установ с обработкой уплотнительных поверхностей. Это основное преимущество станков многопроход­ ного резьбонарезания с разделенным механизмом резьбонарезания (передний суппорт) и обточки под резьбу и уплотнительные по­ верхности (задний суппорт). Фирма «Пайп машинери» (США) сконструировала специальный станок для нарезания резьбы с од­ новременным фрезерованием уплотнительных (стабилизирующих) посадочных поверхностей замковых соединений труб с использо­ ванием трубонарезного патрона. Этот станок мощностью 200 л. с.

шого количества стружки, скапливающейся в патроне при скорост­ ном резьбонарезании, качество специальной резьбы не стабильное.

Резьбонарезные станки, применяемые для нарезания кониче­ ских и цилиндрических резьб на трубах и деталях забойных двига­ телей, можно разделить на две группы:

1)универсальные, токарно-винторезные;

2)токарно-резьбонарезные полуавтоматы.

Кпервой группе станков следует отнести токарно-винторезный станок 1Н983М с проходным отверстием в шпинделе 300 мм. Этот станок широко используется трубными базами, нефтепромысловы­

ми мастерскими и рядом машиностроительных заводов.

К токарно-резьбонарезным полуавтоматам относятся станки типа 91Н25 с проходным отверстием в шпинделе 260 мм. Эти стан­ ки работают по автоматическому многопроходному циклу резьбо­

вершает рабочий ход (нарезание), а затем отводится в исходное положение. В дальнейшем, в зависимости от необходимого количе­ ства проходов, процесс повторяют. Предварительная обточка, под­ резка торцов, осуществляется с заднего гидрофицированного суп­ порта. Из зарубежных токарно-резьбонарезных станков подобного типа следует отметить станки фирмы «Кри-Дан» (Франция): ТТ-7.

ТТ-10, ТТ-14, TS-12, ST-10, ST-14, GT-180 — для обработки труб

22Ь

и FT-150, GT-150 — для обработки муфт обсадных труб и замков бурильных труб. Отличительной особенностью станков фирмы КриДан является отсутствие ходового винта. Роль ходового винта вы­ полняет специальный профильный кулачок колокольного или дру­ гого типа. Обычно для каждой длины метрической и дюймовой резьбы и шага необходим соответствующий кулачок.

На рис. 106, а представлена схема обработки на токарно-резь­ бонарезном полуавтомате конца бурильной трубы типа ТБНК, а на рис. 106, б конца утяжеленной бурильной трубы.

Схема обработки муфтовой части замка с коническими стаби­ лизирующими поясками типа ЗШК представлена на рис. 107.

Нарезание резьбы на станках с автоматическим многопроход­ ным циклом производится, в зависимости от предела прочности стали, со скоростями резания 85— 130 м/мин. Глубина врезания за один проход зависит от шага нарезаемой резьбы, требуемой точности изготовления и шероховатости поверхности резьбы. На­ пример, при нарезании замковой резьбы шагом 6,35 мм с высотой профиля 3,755 требуется 14— 16 проходов. Первый проход про­ изводится при врезании 0,3—0,4 мм.

Точность нарезания резьбы зависит от заточки (доводки) резьбообразующего инструмента и правильности его установки относительно оси станка. Резьбовой резец должен быть установ­ лен точно по высоте центров станка. Допускается превышение передней грани резца по отношению центров станка на 0,3— 0,5 мм. Биссектриса угла профиля резца должна быть перпенди­ кулярна оси. На токарно-резьбонарезных полуавтоматах это до­ стигается благодаря специальным приспособлениям для установ­ ки резца, а также обеспечения блочной смены инструмента.

В процессе нарезания резьбы на универсальных токарно-вин­ торезных станках для этих целей применяют специальные уста­ новочные шаблоны. Могут быть использованы микроскопы, уста­ навливаемые непосредственно на станке (рис. 108).

Коническая резьба, нарезаемая на трубах, замках и деталях забойных двигателей, имеет диаметр 60 мм и выше. Для контроля элементов профиля резьбы после ее нарезания используются специальные накладные приборы. Во многих случаях отрезают резьбу труб или вырезают специальные секторы и измеряют эле­

такие измерительные машины с экраном 750 мм (рис. 109). Дан­ ная машина не только позволяет исследовать на экране различные профили. На ней можно также производить измерения широкого диапазона путем перемещения исследуемой детали, в случае если она не помещается целиком на экране. При необходимости они могут быть установлены в потоке.

222

Рис. 106. Схема обработки концов труб на токарно-резьбонарезных по­ луавтоматах.

а — бурильной трубы типа ТБНК; б — утяжеленной бурильной трубы.

Рис. 107. Схема обработки муфтовой части замка типа ЗШК на токарно-резьбонарезном полуавтомате.

1 — муфтовая часть замка; 2 — гидрофицированный суппорт для обточки; 3 — резьбонарезной суппорт.

223

РЕЗЬБОВЫЕ РЕЗЦЫ, ГРЕБЕНКИ И СТАНКИ ДЛЯ ИХ ПРОФИЛИРОВАНИЯ

Для нарезания конических и цилиндрических резьб на трубах нефтяного сортамента и забойных двигателях по автоматическому многопроходному циклу применяют резьбовые резцы с пластин­ ками твердого сплава Т15К6 и двух-, трех- и четырехзубые твердо­ сплавные гребенки (рис. 110).

Рис. ПО. Профильные резьбовые гребенки (а) и резцы (б).

Резьбовые гребенки применяют при нарезании стандартных и специальных резьб с глубиной до 2 мм и шагом до 5 мм, а резь­ бовые резцы — с более крупным шагом и глубиною свыше 2 мм. Стойкость резьбовых резцов и гребенок 1,5-^-3 ч. Резьбовые резцы и гребенки профилируют на специальных заточных и доводочных, а также профилешлифовальных станках. Резьбовые резцы про­ филируют с заплечиками. Заплечики служат для скругления вер­ шин профиля радиусом 0,4 мм. Это скругление способствует предохранению резьбы от задиров и заеданий, особенно при свин­ чивании новых резьбовых соединений.

Для притирки и доводки резьбовых резцов применяются спе­ циальные станки типа 3882 (рис. 111).

Основной частью станка является медленно вращающаяся головка, на которой расположены два диска, выполненые из чу­ гуна перлитного класса, снабженные наружными канавками, со шлифованным профилем соответствующим профилю, который следует придать резцу (с учетом размера зерен притирочного порошка). Нижняя часть диска с помощью лотков смачивается вязкой абразивной массой (порошок карбида-бора и оливковое масло). Этот абразив может иметь различную величину зерен, которую выбирают в зависимости от материала, подлежащего притирке, и от требуемого состояния поверхности.

Диски изготовляют из чугуна, имеющего примерно следующий химический состав: углерода 3% , кремния 1,6%, марганца 0,8%, фосфора 0,3%, серы 0,7% . Вращение осуществляется через редук­ тор электродвигателем мощностью 0,4 кВт. Скорость вращения 0,55; 0,8 и 1,1 м/с или 42, 60, 85 об/мин. Каждой группе канавок соответствует один резцедержатель, обеспечивающий точное поло­ жение резца в соответствующей канавке и регулировку и поддер­ жание постоянного давления (с помощью специальных грузиков), необходимого для притирки. Круглый ползун, зажатый между резцедержателями, позволяет производить точную регулировку угла винтовой линии, тогда как вертикальное перемещение стола позволяет регулировать величину переднего угла.

Оборудованный таким образом станок производит одновремен­ но на одном конце черновую обработку одного резьбового резца, а на другом — окончательное изготовление второго резца. Счетный механизм, позволяющий регулировать продолжительность цикла, контролирует также автоматическую остановку станка. Например, для притирки одного твердосплавного резца требуется, в зави­ симости от шага, от 6 до 12 мин на черновую обработку (абразив зернистостью 320, зерно 0,03 мм) и столько же для окончательной обработки (абразив зернистостью 6004-800, зерно 0,01-4-0,015 мм).

Правка канавок дисков специальными мастер-резцами произ­ водится по мере их износа. Заточка и доводка резьбовых профиль­ ных резцов производится также на оптико-шлифовальном станке типа 395М с использованием алмазных кругов. Профиль резьбо­ вых резцов и гребенок контролируют с помощью оптико-измери­ тельных .приборов (микроскопы и др.). Для профилирования гребенок применяют электроэрозионные и профилешлифовальные станки.

На рис. 112 показано профилирование четырехзубой гребенки на электроэрозионном станке с помощью профильного графито­ вого диска.

ОБКАТКА ВПАДИН РЕЗЬБЫ РОЛИКАМИ

В главах II и IV подробно освещены вопросы повышения уста­ лостной прочности резьбовых соединений утяжеленных бурильных труб и забойных двигателей методом поверхностно-пластического деформирования (обкатки роликами). Наряду с виброобкаткой широко применяется силовая обкатка роликом.

Во ВНИИБТ разработаны и внедрены установки для силовой обкатки впадин наружных и внутренних резьб (рис. 113). Д ав­ ление на ролик осуществляется поперечным винтом токарного станка, путем давления на ролик-вставку, являющуюся одновре­ менно плунжером. Конструкция установки для обкатки наружных резьб имеет три степени свободы, а внутренних — две, это допу­ скает их самоустанавливание при обкатке. Если станок приспо­ собляется только для производства операций обкатки, то дав-

8* 227

По Й-Я

Рис. 113. Установка для обкатки кони­ ческих и цилиндри­ ческих резьб.

а — наружных; б — внутренних.

1 — корпус; 2 — роли-

новая вставка; 3 — ролик.

223

Г л а в а VI

КОНТРОЛЬ КОНИЧЕСКИХ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Конструктивные особенности конических резьб, а также спе­ цифика эксплуатационных требований к коническим резьбовым соединениям, применяемым в нефтяной промышленности, вносят некоторые отличия в назначении допусков, а следовательно, и в методы контроля по сравнению с цилиндрическими резьбами.

На цилиндрические резьбы общего назначения устанавли­ вается суммарный (полный) допуск на средний диаметр, вклю­ чающий допуск собственно среднего диаметра резьбы, диаметраль­ ные компенсации погрешностей шага и половины угла профиля. Отклонения каждого из основных параметров резьбы отдельно не нормируются. Критерием годности цилиндрической резьбы изде­ лий является выполнение условий свинчиваемости проходного калибра и несвинчиваемости непроходного калибра. Проходной калибр представляет собой прототип сопряженной детали и имеет полный профиль и длину резьбы, близкую к длине свинчивания. Проходным калибром проверяют приведенный средний диаметр, включающий диаметральные компенсации отклонений шага и половины угла профиля. Непроходной калибр проверяет собст­ венно средний диаметр и имеет укороченный профиль, чтобы уменьшить влияние погрешностей половины угла профиля и шага. Контроль с помощью проходного и непроходного калибров гаран­ тирует, что разность между приведенным средним и собственно средним диаметрами не превышает установленного суммарного допуска на средний диаметр.

На коническую резьбу установлены отклонения каждого эле­ мента: шага, половины угла профиля и конусности. Кроме того, у конических резьб треугольного профиля с помощью резьбовых калибров, выполненных по типу проходных, по заданному осевому перемещению (натягу) контролируют приведенный средний диа­ метр резьбы, включающий диаметральные компенсации погреш­ ностей шага и половины угла профиля.

230

Принципиально возможно сконструировать калибры с укоро­ ченным профилем для контроля собственно среднего диаметра конической резьбы треугольного профиля. Применение таких ка­ либров по аналогии с цилиндрическими резьбами, потребует уста­ новления суммарного допуска на элементы резьбы. Проверка ка­ либрами может обеспечить соблюдение суммарного допуска, но при этом величины отклонений каждого элемента, входящего в суммарный допуск, останутся неизвестными.

Суммарный допуск может быть использован на отклонение какого-либо одного элемента резьбы, за счет более точного вы­ полнения других элементов. Резкое возрастание погрешности отдельных элементов резьбы по сравнению с существующими до­ пусками может привести к задиранию и заеданиям при свинчива­ нии с натягом, к снижению прочностных характеристик, к ухуд­ шению герметичности и т. п. Кроме того, как указано в главе I, отклонения конусности могут компенсировать влияние отклонений шага. Таким образом, при проверке существующими резьбовыми калибрами изделия, имеющего отклонения по конусности, приве­ денный средний диаметр не полностью учитывает диаметральную компенсацию погрешности шага. Следовательно, измеренная с помощью калибров разность между приведенным средним и соб­ ственно средним диаметрами конической резьбы не полностью учитывает погрешность шага.

При существующей проверке приведенного среднего диаметра с помощью резьбовых калибров конусность способствует свинчиваемости калибра с изделием практически при неограниченных погрешностях отдельных элементов резьбы. Таким образом, со­ блюдение заданного натяга в процессе калибровки обеспечивает лишь свинчиваемость резьбового соединения, но не гарантирует его работоспособности, так как погрешности отдельных элементов резьбы при этом не ограничиваются.

Установление допусков на шаг, половину утла профиля и конусность предусматривает проведение дифференцированного метода контроля, при котором отдельные элементы проверяются независимо друг от друга. Поэлементно коническая резьба изде­ лий контролируется с помощью специальных средств измерения, что позволяет установить фактические значения погрешностей шага, половины угла профиля и конусности. Контроль отдельных элементов резьбы отличается сравнительно большой трудоем­ костью и требует высокой квалификации контролера.

Обычно при изготовлении изделий с конической резьбой огра­ ничиваются выборочной проверкой отдельных ее элементов. Периодичность проверки во многом зависит от устойчивости техно­ логического процесса нарезания резьбы. Погрешности шага опре­ деляются кинематической точностью цепи подач резьбонарезного станка. Погрешности половин угла профиля возникают от неточ­ ности профилирования и установки резьбообразующего инстру­

231