RU2323059C1

RU2323059C1 - Inner thread forming method on end portion of tube blank

Info

Publication number: RU2323059C1
Application number: RU2006124853/02A
Authority: RU
Original assignee: ООО Научно-внедренческий центр "Машины и оборудование для энергетики"
Priority date: 2006-07-12
Filing date: 2006-07-12
Publication date: 2008-04-27
Also published as: WO2008008002A3; WO2008008002A2; RU2006124853A

Abstract

FIELD: plastic working of metal, namely formation of inner thread on coupling end of tube blank.

SUBSTANCE: method comprises steps of producing tube blank with inner diameter of its end portion equal to outer diameter of threading punch and with outer diameter determined according to mathematical expression received experimentally; placing end portion of tube blank on stationary tool having threaded working surface whose profile corresponds to that of formed thread; performing plastic deforming of said end portion while filling with blank metal thread grooves of tool till forming target profile of thread due to squeezing it during one pass by means of cone die having sizing collar whose diameter is equal to outer diameter of ready part; using threaded punch as stationary tool with threaded working surface.

EFFECT: improved quality of inner thread on end portion of tube blank, simplified process of thread forming.

5 cl, 2 dwg

Description

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.The invention relates to the field of manufacturing products from pipes by methods of mechanical processing by pressure, specifically to the formation of an internal thread at the end portion of a pipe billet, mainly at the sleeve end of a sub for tubing.

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.Known oil compressor pipe with a female thread at the sleeve end, obtained by cutting (see US 2006/0118340 A1, U.S. C1. 175/320, publ. 08.06.2006). An oil compressor pipe is a critical part, loaded during operation by internal pressure and external forces that cause bending and tension in it. The strength and durability of such a pipe largely depends on the quality of the thread. The thread obtained by cutting is a stress concentrator, the metal structure in the thread zone has cut fibers, which reduces the strength characteristics of the part.

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.).There is a method of forming an internal thread at the end section of a pipe billet, mainly at the sleeve end of a sub for oil compressor pipes, comprising placing the end section of the pipe billet on a stationary tool with a threaded working surface, the profile of which corresponds to the profile of the thread being manufactured, and plastic deformation of the specified end section to ensure filling the metal of the workpiece of the threaded tool grooves until the desired thread profile is obtained. Moreover, according to the known method, a thin-walled tubular billet is placed in a matrix with a threaded hole corresponding to the required parameters of the resulting thread, and its plastic deformation is carried out by distributing it from the inside, mainly by the method of “vacuum magnetizing”, giving a thin wall with a wavy shape close to the thread profile matrix, both from the inside and from the outside (see RU 2259459 C2, 7 B21D 51/10, publ. 08/27/2005).

Данный способ является наиболее близким аналогом заявляемому изобретению по совокупности признаков (прототип).This method is the closest analogue of the claimed invention in terms of features (prototype).

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.The disadvantages of the prototype should include a limited area of use - only for the formation of threads on thin-walled (up to 0.5 mm) tube blanks, while the wall of the tube blank takes on a wavy shape over the entire cross section. The resulting wavy thin-walled products are used only as threaded spacers in threaded joints of oil compressor pipes. It should be noted that full threaded grooves on the inner surface of both pipes and sub for oil compressor pipes cannot be obtained in this way.

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.The technical effect achieved by using the developed technical solution consists in eliminating the noted drawbacks of the analogue and the prototype by creating a more productive and progressive method of forming the internal thread at the pipe ends by providing optimal conditions for the metal of the walls of the pipe billet to flow into the threaded grooves of the stationary tool to obtain a full profile internal thread while maintaining smooth walls on the outside of the tube stock, which can be widely used When the production of such critical parts as subs for neftekompressornyh pipes.

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 выражениюThe achievement of the indicated technical effect from the proposed invention is based on the fact that a threaded punch is used as a stationary tool with a threaded working surface, a pipe billet is made with an inner diameter of the end portion equal to the outer diameter of the threaded punch and the outer diameter determined by the expression

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:and plastic deformation of the end section of the pipe billet is carried out by crimping it in one pass with a conical matrix with a calibrating belt, the diameter of which is equal to the outer diameter of the finished part, where:

D_зн - наружный диаметр заготовки,D _zn - the outer diameter of the workpiece,

D_м - диаметр калибрующего пояска матрицы,D _m - the diameter of the calibrating belt of the matrix,

D_рн - наружный диаметр резьбы,D _pH - the outer diameter of the thread,

D_рв - внутренний диаметр резьбы,D _PB - the inner diameter of the thread,

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.The positive effect of the use of the invention can be enhanced due to the fact that the conical matrix is performed with a taper angle of 2-3 °; grease is applied to the threaded grooves of the punch and the working surface of the matrix; the preform is heated before plastic deformation to a temperature below the temperature of the onset of scale formation, and thread formation is carried out in the mode of half-hot stamping. The formation of the thread can be carried out using a retaining ring, the outer diameter of which is less than the diameter of the calibrating belt of the matrix by the size of the gap, which ensures the outflow of excess metal after filling the billet of the punch with metal.

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.The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows the initial blank and technological equipment for forming a thread according to the method in question in the initial position, and in Fig. 2 - a part with a molded thread, as well as technological equipment for forming thread according to the method in the final position .

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.The pipe billet 1 end (sleeve) section is placed on the threaded punch 2 having a thread profile corresponding to the required parameters of the resulting thread. Outside of the workpiece 1, a conical matrix 3 is installed with a calibrating girdle 4, the diameter of which is equal to the outer diameter of the finished part 5. The pipe workpiece 1 can be mounted on the retaining ring 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:

According to the method under consideration, by any known technology (for example, by distributing the end portion of the pipe), a tube stock with an inner diameter of the end portion equal to the outer diameter of the threaded punch and the outer diameter determined from the above expression is preliminarily prepared for the internal threading:

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.This mathematical expression is obtained by calculation, based on the assumption that all threaded grooves in the threaded punch are completely filled due to the displaceable volume of the workpiece during radial metal flow during plastic deformation. In fact, metal flows in both radial and axial directions. Therefore, in some cases, an additional displaced volume may be provided, for example, by increasing the outer diameter of the workpiece, which is established experimentally.

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.Next, the blank 1 made with the above parameters of the end section is placed on the threaded punch 2, the conical matrix 3 is mounted outside the blank 1 with a calibrating girdle 4 and the matrix 3 is pressed on the press (not shown) with crimping the end section of the blank 1 in one pass and with the redistribution of the metal of the workpiece 1 into the threaded grooves of the punch 2. To reduce friction during deformation, the threaded grooves of the punch 2 and the working surfaces of the matrix 3 can be pre-lubricated. In order to reduce the deformation forces and increase the ductility of the metal, the preform 1 can be heated to a temperature below the temperature of the beginning of scale formation before plastic deformation, and the thread formation in this case is carried out in the mode of half-hot stamping. The formation of the thread can also be carried out using the retaining ring 6 to create an annular gap between the outer surface of the retaining ring 6 and the inner surface of the calibrating girdle 4 of the matrix 3, where the excess metal of the workpiece 1 is forced out after the threaded grooves of the punch 2 are completely filled (see Fig. 2 ) After completion of plastic deformation of the specified end portion of the workpiece 1, the resulting part 5 with an internal thread is screwed from the threaded punch 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.The technical result is to obtain high-quality full-profile internal thread at the end section of the pipe billet, in particular, at the sleeve end of the sub for tubing, the most productive technological method is the stamping method.

Claims

1. A method of forming an internal thread at the end portion of a pipe billet, comprising placing the end section of the pipe billet on a stationary tool with a threaded work surface, the profile of which corresponds to the profile of the thread being manufactured, and plastic deformation of the specified end section with filling the billet grooves of the tool with metal to obtain the desired profile threads on the finished part, characterized in that as a stationary tool with a threaded working surface is used a threaded punch is used, a pipe billet is made with an inner diameter of the end portion equal to the outer diameter of the threaded punch and the outer diameter determined by the expression

and plastic deformation of the end section of the pipe billet is carried out by crimping it in one pass with a conical matrix with a calibrating girdle whose diameter is equal to the outer diameter of the finished part,

where D _zn is the outer diameter of the workpiece;

D _m is the diameter of the calibrating matrix band;

D _pH - the outer diameter of the thread;

D _PB - the inner diameter of the thread.

2. The method of forming the internal thread according to claim 1, characterized in that a conical matrix with a taper angle of 2-3 ° is used.

3. The method of forming the internal thread according to claim 1, characterized in that grease is applied to the threaded grooves of the punch and the working surface of the matrix.

4. The method of forming the internal thread according to claim 1, characterized in that the preform is heated before plastic deformation to a temperature below the temperature of the onset of scale formation, and the formation of the thread is carried out in a half-hot stamping mode.

5. The method of forming the internal thread according to claim 1, characterized in that the formation of the thread is carried out using a retaining ring, the outer diameter of which is less than the diameter of the calibrating belt of the matrix by the size of the gap, which ensures the flow of excess metal after filling the metal workpiece thread of the punch.