BR112015013688B1 - dispositivo para laminar base de uma rosca em um objeto - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO PARA LAMINAR BASE DE UMA ROSCA EM UM OBJETO Um dispositivo para laminar uma base de uma rosca (7) em um objeto (O) inclui: um corpo 21, um pistão acumulador (24) montado para movimento deslizante vedado dentro de uma passagem de corpo (22), um parafuso de ajustamento grosseiro (25) atarraxado sobre o corpo, uma pilha de molas Belleville (26) comprimida entre o parafuso de ajuste grosseiro e o pistão acumulador, um pistão acionador (28A ou 28) fixado para movimento deslizante vedado dentro de uma abertura cilíndrica (23) do corpo e um rolo de rosca (32) rotativamente montado sobre o pistão acionador. Um parafuso de ajuste preciso é atarraxado (33) em uma primeira abertura (34) sobre o corpo e comunica-se com uma câmara de fluido entre o acumulador e os pistões acionadores. As posições dos parafusos de ajuste grosseiro e fino podem ser eletricamente ajustadas para variar controladamente a pressão do fluido dentro da câmara. O dispositivo pode ser fixado sobre uma máquina-ferramenta (35) e seletivamente movido em direção ao objeto, para laminar a base de uma rosca do objeto, quando o objeto e dispositivo são girados entre si.

Description

Campo Técnico

[001] A presente invenção refere-se genericamente a dispositivos para polir o raio de base de uma rosca (p. ex., em tubo usado na indústria de petróleo) e, mais particularmente, a um dispositivo aperfeiçoado de laminação de base a frio.

Fundamentos Da Técnica

[002] Na indústria de petróleo, as extensões de tubo são atarraxadasjuntas para formar uma coluna de tubos de perfuração (isto é, uma extensão de tubos conectados em série). Entretanto, com a crescente popularidade de poços multilaterais de perfuração de alcance estendido e aplicações de poço horizontal, os momentos de tensão e de curvatura, que são colocados nas conexões rosqueadas de uma coluna de tubos de perfuração, são aumentados. O número aumentado de conexões de tubo e as tensões aumentadas contribuem para uma chance aumentada de uma falha de fundo de poço da coluna de tubos de perfuração. O custo de reparar uma única falha de furo descendente pode exceder um milhão de dólares.

[003] Laminação de base a frio é o processo de polir o raio de basede uma rosca recentemente cortada ou anteriormente cortada em uma conexão rebaixada rotativa. Um rolo endurecido, similar em perfil à rosca sendo polida, é forçado em contato com o raio da base da rosca. Pressão é aplicada para fazer com que o rolo endurecido penetre na superfície de corte do raio de base. Este deforma-se e trabalha o material a frio, fornece um acabamento aperfeiçoado de superfície para a rosca; compacta e desloca os grãos do material de base.

[004] A experiência da indústria sugeriu que a laminação de base afrio pode aumentar a vida de fadiga de uma conexão rosqueada de três a cinco vezes, em relação a uma conexão não tratada similar, sob as mesmas condições de trabalho. Alguns estudos observaram resultados de laboratório sugerindo que uma melhoria da vida de fadiga de até vinte e sete vezes pode resultar do processo de laminação de base a frio. Vide, p. ex., Knight, M. J., Dtgppcn. H0R0 cnf Fqxgt. W. “HaVkiwg Nkfg KortqxgognV qh Vjtgcfgf EqppgeVkqnu d{ Eqnf Tqnnkni”, Journal of Strain Analysis, vol. 40, pgs. 83 - 93 (30 setembro de 2004). Estes vários estudos atribuíram o aumento da vida de fadiga a um ou mais dos seguintes fatores:(1) A laminação de base a frio cria uma zona fina de tensão compressiva residual na região de base da rosca. Esta tensão compressiva residual desloca as tensões de tração produzidas em serviço e diminui a tensão total na região de tensão crítica da base de rosca.(2) O efeito de polimento do rolo liso e endurecido faz com que pequenos arranhões e arestas deixados pela operação de corte de rosca nivelem-se em uma superfície mais uniforme. Estes arranhões podem ter pequenos raios de ponta e acredita-se serem a fonte de consideráveis concentrações de tensão. Como resultado, estes arranhões parecem ser os pontos de propagação de fissuras para falhas de fadiga.(3) Os arranhões fornecem locais principais para erosão química. A superfície microscópica de um arranhão é muito denteada e porosa. Isto expõe uma grande área de superfície e numerosos locais de ligação molecular aos efeitos corrosivos de líquidos e gases de um ambiente de coluna de tubos de perfuração. O polimento alisa esta superfície e reduz afloramentos e inclusões. Ele tende a reduzir a área da superfície e comprime a mesma densamente.(4) A laminação de base a frio tem um efeito de endurecimento do trabalho da superfície do material. Em uma escala atômica, o deslocamento de compressão da treliça cristalina dentro da estrutura de grão de aço faz com que a estrutura do cristal mude de uma estrutura atômica repetitiva e uniforme para uma com muitos deslocamentos do padrão. Acredita-se que estes deslocamentos fazem com que a estrutura de cristal seja travada e torne-se mais resistente a deformações futuras. Esta resistência aumentada para deformações futuras ajuda a prevenir que fissuras se iniciem e a impedir que as fissuras microscópicas cresçam em fendas estruturais, que poderiam ameaçar a integridade da junta. Em estudos de laboratório, as fendas que ocorreram em juntas laminadas a frio exibiram uma relação de alongamento de fenda significativamente menor (isto é, a relação do comprimento da fenda para a profundidade da fenda). Uma redução de 30% - 50% nesta relação significa que as fendas que ocorreram em juntas laminadas a frio são provavelmente mais profundas e curtas, em vez de longas e rasas. Uma fenda longa e rasa resulta provavelmente em uma repentina e completa falha estrutural da junta. Uma fenda profunda, que parcialmente penetra na parede de seção, é detectável via a queda de pressão dos fluidos de perfuração circulantes e permite uma recuperação prematura de uma coluna de tubos de perfuração danificada antes de uma falha estrutural completa da junta.

[005] Em razão das vantagens precedentes, a laminação de base a frio é agora comumente realizada em muitas roscas recentemente cortadas e recortadas, usadas em tubos de coluna de perfuração usados na indústria do petróleo. É um processo de economia de dinheiro. Ele pode aumentar dramaticamente a vida de fadiga de cada conexão rebaixada rotativa em uma coluna de perfuração típica. Ela pode também reduzir a frequência de reparo de conexões no campo e de ter que procurar falhas no furo descendente.

[006] Uma linha de produtos de laminação de base a frio está disponível na Cutting Tools, Inc., 5050 Ashley Court, Houston, Texas 77041.

[007] Portanto, seria genericamente desejável fornecer um dispositivo aperfeiçoado para laminação de base a frio de roscas recentemente cortadas ou recortadas em um objeto.Descrição Da Invenção

[008] Com referência entre parêntesis às partes correspondentes, porções ou superfícies da forma de realização descrita, meramente para fins de ilustração e não como limitação, a presente invenção provê um dispositivo aperfeiçoado (20) para laminação de base e, mais particularmente, para laminação de base a frio de uma rosca (7) em um objeto (O), tal como um tubo.

[009] Em uma forma, o dispositivo aperfeiçoado geralmente inclui um corpo (21) tendo uma passagem (22) e tendo uma abertura cilíndrica (23) comunicando-se com a passagem; um pistão acumulador (24) montado no corpo para movimento deslizante vedado dentro da passagem; um parafuso de ajustamento grosseiro (25) rosqueadamente fixado sobre o corpo; um membro resiliente (26) atuando entre o parafuso de ajustamento grosseiro e o pistão acumulador; um pistão atuador (28A, 28B) fixado sobre o corpo para movimento deslizante vedado dentro da abertura cilíndrica, uma câmara (29) sendo definida dentro da passagem entre o pistão acumulador e o pistão atuador, o pistão atuador tendo uma extremidade proximal (30) confrontando dentro da câmara e tendo uma extremidade distal (31); um rolo rosqueado (32) rotativamente fixado sobre o pistão atuador adjacente à extremidade distal; o corpo tendo uma primeira abertura (33) comunicando-se com a câmara; um parafuso de ajustamento fino (34), rosqueadamente fixado sobre o corpo na primeira abertura, em que a câmara (29) é completamente enchida com líquido; e em que as posições de pelo menos um dos parafusos de ajuste grosseiro e fino (25, 34), relativas ao corpo, podem ser seletivamente ajustadas para variar controladamente o volume e a pressão do fluido dentro da câmara. O dispositivo pode ser fixado em uma máquina-ferramenta (35) e seletivamente movido para o objeto para laminar a base de uma rosca sobre o objeto, quando o objeto (O) e dispositivo (20) são girados em relação um ao outro.

[0010] O corpo pode ter uma superfície de contato (44) circundando uma parte da passagem (22), para limitar o movimento do pistão acumulador (24) em uma direção distante do parafuso de ajustamento grosseiro (25).

[0011] A posição do parafuso de ajustamento grosseiro (25) em relação à superfície de contato (44) pode ser seletivamente ajustada para variar a força exercida pelo membro resiliente (26) sobre o pistão acumulador (24).

[0012] A posição do parafuso de ajuste grosseiro (25), em relação à superfície de contato (44), pode ser ajustada de modo que o membro resiliente (26) exerça uma força substancialmente constante sobre o pistão acumulador (24) em função do deslocamento do membro resiliente.

[0013] O membro resiliente pode incluir uma mola Belleville (41) ou uma pilha de mola Belleville.

[0014] O corpo pode ter uma segunda abertura (36) comunicando-se com a câmara (29) e o dispositivo pode incluir um medidor de pressão (39), operativamente disposto na segunda abertura para detectar a pressão dentro da câmara.

[0015] O corpo pode ter uma terceira abertura (38) comunicando-se com a câmara (29) e um tampão de fechamento (40) pode ser rosqueadamente engatado com o corpo para fechar a terceira abertura.

[0016] O dispositivo aperfeiçoado pode ser usado para laminar a base de uma rosca interna ou externa (T) do objeto (O).

[0017] O dispositivo (20) pode ser montado sobre uma máquina- ferramenta (35), sem haver qualquer conexão de fluido externo com o dispositivo.

[0018] Por conseguinte, o objetivo geral da invenção é prover um dispositivo aperfeiçoado para laminar a base de uma rosca de um objeto, tal como o comprimento de tubo.

[0019] Outro objetivo é prover um dispositivo aperfeiçoado para laminar a base de uma rosca de um objeto, dispositivo este podendo ser fixado sobre uma máquina-ferramenta e movido em relação ao objeto, para laminar a base de uma rosca do objeto, quando o objeto e o dispositivo são girados entre si. Tal dispositivo não requer quaisquer conexões de fluido externas.

[0020] Estes e outros objetivos e vantagens tornar-se-ão evidentes pelo precedente relatório escrito em andamento, desenhos e reivindicações anexos.

Breve Descrição Dos Desenhos

[0021] A Fig. 1 é uma vista extrema direita de uma primeira forma do dispositivo aperfeiçoado para laminar a base a frio de uma rosca externa de um objeto.

[0022] A Fig. 2 é uma vista seccional vertical longitudinal fragmentar dele, tomada genericamente na linha 2-2 da Fig. 1, representando a laminação de rosca engatando em uma rosca externa do objeto.

[0023] A Fig. 3 é uma vista extrema direita de uma segunda forma do dispositivo aperfeiçoado para laminação de base a frio de uma rosca interna de um objeto.

[0024] A Fig. 4 é uma vista seccional vertical longitudinal fragmentar, tomada genericamente na linha 4-4 da Fig. 3, representando o rolo de rosca engatando em uma rosca interna do objeto.

[0025] A Fig. 5 é uma vista seccional vertical longitudinal fragmentar do corpo, mostrando o pistão acumulador e o parafuso de ajustamento grosseiro em uma relação alinhada com ele.

[0026] A Fig. 6 é uma vista detalhada ampliada de uma parte do corpo, dentro do círculo indicado na Fig. 5, e mostra o anel de retenção em relação alinhada explodida com a abertura cilíndrica.

[0027] A Fig. 7 é uma vista detalhada ampliada de outra parte do corpo, dentro do círculo indicado na Fig. 5 e mostra o minucioso ajuste do parafuso em relação alinhada explodida com a primeira abertura de corpo.

[0028] A Fig. 8 é uma vista isométrica do pistão atuador curto, mostrado na Fig. 4.

[0029] A Fig. 8A é uma vista em planta de topo do pistão atuador curto mostrado na Fig. 8.

[0030] A Fig. 8B é uma elevação lateral esquerda do pistão atuador curto, mostrado na Fig. 8.

[0031] A Fig. 8C é uma elevação extrema direita do pistão atuador curto mostrado na Fig. 8.

[0032] A Fig. 9 é uma vista isométrica do pistão atuador longo mostrado na Fig. 2.

[0033] A Fig. 9A é uma vista em planta de topo do pistão atuador longo, mostrado na Fig. 9.

[0034] A Fig. 9B é uma elevação lateral esquerda do pistão atuador longo, mostrado na Fig. 9.

[0035] A Fig. 9C é uma elevação extrema lateral do pistão atuador longo, mostrado na Fig. 9.

Descrição Das Formas De Realização Preferidas

[0036] A princípio, deveria ser claramente entendido que numerais de referências iguais são destinados a identificar os mesmos elementos, partes ou superfícies estruturais consistentemente por todas as diversas figuras do desenho, visto que tais elementos, partes ou superfícies podem ser ainda descritos ou explicados pelo inteiro relatório escrito, cuja descrição detalhada é uma parte integral. A menos que de outro modo indicado, os desenhos são destinados a serem lidos (p. ex., hachura cruzada, arranjo de partes, proporção, grau etc.) juntos com o relatório e são para serem considerados uma parte da inteira descrição escrita desta invenção. Como usado na seguinte descrição, os termos “jqtizqptcn”, “xertiecn”, “euswetfq”, “fiteitq, “eimc” e “dcizq”. deo eqoq uewu fetixctixqu cfjetixciu e cfxetdiciu ([i ezo. “jqtizqptcnmepte”, “rctc c fiteitc”, “rctc eioc” eteo+ uiorneuoepte teheteo- se à orientação da estrutura ilustrada quando a figura de desenho particular hceeic q neitqto Uiminctoepte, qu tetoqu “rctc fepttq” e “rctc fotc” genericamente referem-se à orientação de uma superfície em relação a seu eixo de alongamento ou eixo de rotação, como apropriado.

[0037] Referindo-se agora aos desenhos, a presente invenção provêum dispositivo aperfeiçoado 20 para laminação de base e, mais particularmente, para laminação de base a frio, uma rosca T sobre um objeto O. O objeto pode, por exemplo, ser uma extensão do tubo tendo roscas internas e externas sobre suas porções opostas de extremidade marginal. Entretanto, embora este seja um exemplo, a invenção contempla que o dispositivo aperfeiçoado possa ser usado com outros tipos de objetos também.

[0038] Uma primeira forma do dispositivo aperfeiçoado é mostrada nas Figs. 1 e 2 e uma segunda forma do dispositivo é mostrada nas Figs. 3 e 4. A primeira forma do dispositivo é mostrada como operativamente laminando a base de uma rosca externa de um objeto, enquanto que a segunda forma do dispositivo é mostrada como laminando a base de uma rosca interna de um objeto.

[0039] Os dispositivos mostrados nas Figs. 2 e 4 são substancialmente os mesmos, exceto o dispositivo mostrado na Fig. 2 utiliza um pistão longo atuador 28A, enquanto o dispositivo mostrado na Fig. 4 utiliza um pistão curto atuador 28B.

[0040] Outra diferença é que o corpo do dispositivo mostrado na Fig. 4, embora idêntico àquele mostrado na Fig. 2, é disposto como uma imagem espelho do corpo do dispositivo mostrado.

[0041] Ainda outra diferença é que o medidor de pressão, o parafuso de ajuste preciso e o tampão de fechamento são atarraxados em diferentes aberturas do corpo das Figs. 2 e 4, como examinado abaixo.

[0042] Caso contrário, os dispositivos mostrados nas Figs. 2 e 4 são os mesmos. Em razão disto, os mesmos numerais de referência serão usados na seguinte descrição, para descrever a correspondente estrutura em ambas as formas do dispositivo.

[0043] Com referência agora às Figs. 2 e 5, o dispositivo aperfeiçoado, genericamente indicado em 20, é mostrado como tendo um corpo horizontalmente alongado 21, provido com uma passagem axial 22 e tendo uma abertura cilíndrica 23 comunicando-se com a passagem.

[0044] Um pistão acumulador 24 é fixado sobre o corpo para movimento deslizante vedado dentro da parte da extremidade marginal direita da passagem. Um parafuso de ajuste de curso 24 é rosqueavelmente fixado na parte extrema marginal direita do corpo. Um membro resiliente, genericamente indicado em 26, atua entre o parafuso de ajuste de curso e o pistão acumulador.

[0045] Um pistão acionador 28 é fixado no corpo para movimento deslizante vedado fgpVtq fc cdgrtwtc eüípftkec, eqo qu uwfízqu “A” g “D” referindo-se à estrutura específica dos pistões acionadores longo e curto, respectivamente. Assim, o pistão acionador longo é indicado em 28A na Fig. 2 e o pistão acionador curto é indicado em 28B na Fig. 4. Uma câmara 29 é definida dentro da passagem e da abertura cilíndrica entre o pistão acumulador e o pistão acionador. O pistão acionador tem uma extremidade proximal 30 confrontando para o interior da câmara 29 e tem uma extremidade distal 31.

[0046] Um rolo de polimento de rosca de aço de ferramenta liso 32 é rotativamente fixado sobre o pistão acionador adjacente à extremidade distal. Este rolo de rosca tem um perfil específico que é complementar àquele da rosca sendo laminada. O corpo tem uma primeira abertura 33 comunicando-se com a câmara. Um parafuso de ajuste preciso 34 é rosqueadamente fixado sobre o corpo desta primeira abertura da Fig. 2. A câmara 29 é completamente enchida com um líquido adequado. As posições de, pelo menos, um de curso e dos parafusos de ajuste preciso 25, 34, respectivamente, em relação ao corpo, podem ser seletivamente ajustadas para variar controladamente o volume da câmara e, em consequência, a pressão do fluido dentro dela.

[0047] O dispositivo pode ser fixado operativamente sobre uma máquina-ferramenta, uma porção fragmentar da qual é indicada em 35 nas Figs. 2 e 4, e pode ser seletivamente movido em direção ao objeto para laminar a base de uma rosca do objeto quando o objeto e o dispositivo são girados entre si.

[0048] O dispositivo é ainda mostrado como tendo uma segunda abertura 36 e uma terceira abertura 38 providas no corpo, a fim de comunicar- se com a câmara. A segunda e terceira aberturas são idênticas, de modo que o medidor de pressão e o tampão de fechamento, como descritos abaixo, podem ser intercambiavelmente atarraxados em engate com o corpo em uma ou outra destas aberturas. Um medidor de pressão 39 é rosqueadamente fixado em uma das segunda e terceira aberturas, a fim de monitorar a pressão dentro da câmara 29. Um tampão de fechamento 40 é fixado em uma outra das segunda e terceira aberturas para vedar a câmara. Na forma de realização mostrada na Fig. 2, o medidor de pressão 39 é mostrado como sendo operativamente fixado na segunda abertura de corpo 36, e o tampão de fechamento 40 é mostrado como sendo operativamente fixado na terceira abertura de corpo 38. O corpo mostrado na Fig. 4 é uma imagem espelho daquele mostrado na Fig. 2. Entretanto, neste arranjo, o medidor de pressão 39 é mostrado como sendo fixado na terceira abertura de corpo 38, e o tampão de fechamento é mostrado como sendo na segunda abertura de corpo 40.

[0049] O membro resiliente 26 é mostrado como sendo uma pilha de mola Belleville tendo uma pluralidade de molas Belleville individuais, separadamente indicadas em 41. Esta pilha de molas Belleville é disposta para atuar entre o parafuso de ajuste de curso e o pistão acumulador. A extremidade esquerda do pistão acumulador está arranjada para fazer contato em uma superfície de contato 44 dentro do corpo, de modo a limitar o seu movimento para a esquerda em relação a ele. O parafuso de ajuste de curso pode ser atarraxado na passagem de corpo para seletivamente variar a pré- carga da pilha de mola Bellevile. Na forma realização preferida, a pilha de mola Belleville opera na parte linear de sua característica de força-para- deslocamento. Opcionalmente, a pilha de mola Belleville pode ser pré- carregada, de modo a ficar substancialmente na faixa horizontal de sua característica de força-para-deslocamento, independente de seu deslocamento. Isto significa, para todos objetivos e propósitos, que quando a pilha de mola Belleville está pré-carregada, ela exerce força substancialmente constante sobre o pistão acumulador. Dito de outro modo, o pistão acumulador pode ser deslocado para a direita contra a pressão da pilha de mola Belleville, com força substancialmente constante, independente do deslocamento da pilha de mola.

[0050] Com referência agora às Figs. 5 - 7, o corpo é particularmente mostrado como sendo um membro horizontalmente alongado, especialmente configurado, tendo um eixo de alongamento x-x. A passagem 22 é mostrada incluindo uma porção cilíndrica de diâmetro grande 42, estendendo-se para a esquerda para dentro do corpo a partir de sua face de extremidade direita 43, tendo outra superfície de contato frustocônica confrontada para a direita e para dentro 45 e tendo uma porção cilíndrica cega de pequeno diâmetro 46, continuando para a esquerda a partir dela. Como melhor mostrado na Fig. 6, a abertura cilíndrica 23 é um furo de diâmetro relativamente grande, perfurado através do corpo, em um ângulo agudo incluído de cerca de 85° com relação ao eixo geométrico de corpo x-x. A passagem cega 22 comunica-se com a abertura cilíndrica 23 via uma passagem de comunicação 48.

[0051] Uma tampa de extremidade cilíndrica 49 é posicionada dentro da abertura cilíndrica 23 e é retida nesta posição por meio de um anel de retenção 50, que é engatado dentro de uma ranhura anular 47, estendendo-se radialmente para dentro do corpo a partir da superfície 23. Uma ranhura anular 51 estende-se radialmente para dentro do anel de retenção, para acomodar e receber um Oring 52, que engata na parede da abertura cilíndrica de modo vedado.

[0052] Como melhor mostrado na Fig. 7, a primeira, segunda e terceira aberturas 33, 36, 38, respectivamente, estendem-se para dentro do corpo e comunicam-se com a câmara 29. Cada uma destas aberturas é internamente rosqueada para receber um dispositivo adequado, tal como um parafuso de ajuste preciso, um manômetro 39 ou um tampão de fechamento 40, como indicado nas Figs. 2 e 4. Um furo rosqueado 53 estende-se para a direita para dentro do corpo, a partir de sua face de extremidade esquerda 54, para acomodar e receber um parafuso de travamento 55. O nariz para a direita do parafuso de travamento55 é recebido em um rasgo de chaveta 56 provido sobre o pistão acionador. Esta conexão de chaveta-rasgo de chaveta, entre o nariz do parafuso de travamento55 e a chaveta 96 sobre o pistão acionador, provê limites ao movimento do pistão acionador em relação ao corpo ao longo do eixo y-y da abertura cilíndrica.

[0053] Com referência agora à Fig. 5, o pistão acumulador 24 é mostrado com uma face de extremidade esquerda vertical anular 58, uma face de extremidade direita vertical anular 59 e uma superfície externa que sequencialmente inclui: uma superfície frustocônica confrontando para fora 60, que é adaptada para facear em direção à e para seletivamente engatar na superfície de contato de corpo 44, uma superfície cilíndrica horizontal 61, provida com uma ranhura anular 62 para acomodar um Oring, por meio do qual o pistão acumulador é montado para movimento deslizante vedado dentro da parte cilíndrica de passagem 42, uma superfície vertical anular confrontada para a direita 63 e uma superfície cilíndrica horizontal 64, continuando para a direita a partir dela, para juntar-se à margem externa da face de extremidade direita 59. Um furo cego tampado 65 estende-se para dentro do pistão acumulador a partir de sua face de extremidade direita.

[0054] Como melhor mostrado nas Figs. 2 e 4, um parafuso de cabeça cilíndrica 66 pode ser disposto para atuar entre o parafuso de ajuste de curso 25 e o pistão acumulador 24.

[0055] Com referência agora à Fig. 5, o parafuso de ajuste de curso 25 é um membro horizontalmente alongado, especialmente configurado, tendo uma face de extremidade esquerda vertical anular 67, uma face de extremidade direita vertical anular 68 e uma superfície externa que, sequencialmente, inclui: uma superfície cilíndrica horizontal 60 estendendo-se para a direita a partir da margem externa da face de extremidade esquerda 67, uma superfície vertical anular faceada para a esquerda 70, uma superfície cilíndrica horizontal 71, uma porção externamente rosqueada 72, adaptada para unir-se com as roscas de corpo 73, uma superfície vertical anular confrontada para a direita 74 e uma superfície cilíndrica horizontal 75 continuando para a direita a partir dela para unir-se a margem externa da face de extremidade direita 68. Um furo escalonado estende-se axialmente através do parafuso de ajuste de curso. Este furo é mostrado como sendo ligado por uma superfície cilíndrica horizontal confrontando para dentro 76, estendendo- se para a direita a partir da margem interna da face extrema esquerda 67, uma superfície vertical anular confrontando para a esquerda 78, uma superfície cilíndrica curta 79, uma superfície vertical anular confrontada para a direita 80 e uma superfície cilíndrica horizontal 81 continuando para a direita a partir dela para unir-se à margem interna da face de extremidade direita 68.

[0056] Como melhor mostrado na Fig. 7, o parafuso de ajuste preciso 34 é um membro semelhante a um tampão alongado vertical, tendo uma superfície circular inferior 83, uma superfície cilíndrica horizontal superior 84 e uma superfície externa que sequencialmente inclui: uma parte externamente rosqueada 85, estendendo-se para baixo a partir da margem externa da face de extremidade superior 84 e adaptada para unir-se com as roscas de corpo 37, uma superfície frustocônica confrontando para fora 86 e uma superfície cilíndrica vertical 88 continuando para baixo a partir dela, para unir-se à margem externa da face de extremidade inferior 83. Uma ranhura anular 89 estende-se para dentro do parafuso de minucioso ajuste, adjacente a sua face de extremidade inferior, para acomodar e receber um Oring, por meio do que o parafuso de ajuste preciso pode ser fixado de forma vedável sobre o corpo na abertura apropriada do corpo. Um furo poligonal estende-se para baixo para dentro da superfície de ajuste preciso a partir de sua superfície superior 84, para receber e acomodar uma ferramenta de tornear adequada (p. ex., uma chave Allen), por meio do qual o parafuso de ajuste preciso pode ser atarraxado ou desatarraxado para dentro, ou para fora do engate com o corpo.

[0057] Na Fig. 2, o pistão acionador longo é indicado em 28A. Na Fig. 4, o pistão acionador curto é indicado em 28B. Estes dois pistões acionadores são substancialmente os mesmos, embora o pistão 28A seja mais longo do que o pistão 28B. O pistão acionador longo é mais totalmente mostrado nas Figs. 9 - 9C e o pistão acionador curto é mais totalmente mostrado nas Figs. 8 - 8C.

[0058] Com referência primeiro às Figs. 8 - 8C, o pistão acionador curto é mostrado como tendo uma face de extremidade esquerda vertical circular confrontando para a esquerda 90B e duas pernas bifurcadas estendendo-se para a direita, 91B, 92B, respectivamente. O pistão tem uma superfície cilíndrica horizontal confrontando para fora 93B, provida com uma ranhura anular 94B para receber e acomodar um Oring. Os furos alinhados 95B, 95B estendem-se através das pernas bifurcadas 91B, 92B para receber e acomodar o eixo geométrico (não mostrado) de um pino de rolo. Uma fenda horizontalmente alongada 96B estende-se para dentro do pistão acionador a partir de sua superfície 97B, para receber e acomodar o nariz do parafuso 55. Um furo 98B estende-se para dentro da perna acionadora 92B a partir de sua face de extremidade direita, para receber e acomodar um parafuso de fixação (não mostrado) por meio do qual o eixo de rolo pode ser retido no pino acionador. O pistão acionador é ainda mostrado como tendo uma superfície plana 99B.

[0059] O pistão acionador longo é mostrado nas Figs. 9 - 9C. Este pistão acionador é simplesmente alongado em relação ao pistão curto mostrado nas Figs. 8 - 8C. Em consequência, o pistão longo tem as mesmas partes anteriormente descritas com relação ao pistão curto, exceto que estes u«q kpfkecfqu eqo q uwfízq “A”, go xgz fg “D”

[0060] Portanto, a presente invenção provê, de modo amplo, um dispositivo aperfeiçoado (20) para laminação de base de rosca (7) em um objeto (O) que inclui um corpo (21) tendo uma passagem (22) e tendo uma abertura cilíndrica (23) comunicando-se com a passagem; um pistão acumulador (24) fixado sobre o corpo para movimento deslizante vedado dentro da passagem; um parafuso de ajuste de curso (25) rosqueadamente fixado sobre o corpo; um membro resiliente (26) atuando entre o parafuso de ajuste de curso e o pistão acumulador; e um pistão acionador (28A ou 28B) fixado no corpo para movimento deslizante vedado dentro da abertura cilíndrica. Uma câmara (29) é definida dentro da passagem entre o pistão acumulador e o pistão acionador. O pistão acionador tem uma extremidade proximal (30) confrontando para dentro da câmara e tem uma extremidade distal (31). Um rolo rosqueado (32) é rotativamente fixado sobre o pistão acionador adjacente a sua extremidade distal. O corpo tem uma primeira abertura (33) comunicando-se com a câmara. Um parafuso de minucioso ajuste (34) é rosqueadamente fixado sobre o corpo da primeira abertura. A câmara é completamente enchida com um fluido adequado, tal como um líquido relativamente incompressível. As posições de pelo menos um dos parafusos de ajuste de curso e de ajuste preciso, relativas ao corpo, podem ser seletivamente ajustadas para variar controladamente a pressão do fluido dentro da câmara. O dispositivo pode ser fixado sobre uma máquina- ferramenta (35) e seletivamente movido para o objeto para laminar a frio uma rosca no objeto, quando o objeto e o dispositivo são girados entre si.

[0061] Sob informação e crença, a presente invenção tem numerosos pontos de distinção patenteáveis em relação à técnica anterior. Estes incluem: (1) o uso de um gerador e acumulador de pressão autocontida, (2) um único sistema de orientação de rolo, (3) o uso de um dispositivo de pressão digital e (4) medição de força livre-conversão.

[0062] Quanto ao primeiro ponto, nenhum item conhecido da técnica anterior utiliza um dispositivo de geração de pressão autocontido, ou um acumulador de fluido autocontido. Isto obvia a necessidade de uma bomba de pressão externa, um acumulador externo e várias conexões de mangueira, acessórios de desconexão e válvulas. Isto simplifica a instalação e o uso e remove a desordem considerável da zona de trabalho da máquina-ferramenta.

[0063] Quanto ao segundo ponto, nenhuma referência à técnica anterior conhecida tem um sistema para assegurar a correta orientação do rolo de polimento de rosca, relativo à forma de rosca pré-cortada na peça de trabalho. A forma de rosca na peça de trabalho é simétrica em torno de uma linha perpendicular ao eixo geométrico de rosca principal na peça de trabalho. Devido à inclinação de 85o do suporte de rolo, o rolo de polimento de rosca tem perfil assimétrico, inclinado 5o para um lado, para complementar e cancelar a inclinação de 5o do suporte de rolo. Em todos os dispositivos conhecidos da técnica anterior, grande cuidado deve ser tomado para evitar fixar o rolo em posição invertida. Se o rolo não for montado na orientação correta, a operação de polimento acarretará avaria significativa na rosca, requerendo reprocessamento ou descarte da peça de trabalho. Com referência a dispositivos da técnica anterior, esta orientação é somente verificável visualmente e é difícil de discernir devido ao pequeno ângulo de inclinação.

[0064] Por outro lado, a conexão aperfeiçoada dos Requerentes utiliza um suporte de rolo assimétrico, juntamente com geometria de cubo assimétrica dos próprios rolos, para assegurar que os rolos somente se fixem na conexão de acordo com orientação adequada. A forma de realização preferida utiliza um ligeiro degrau na parede lateral da cavidade de montagem do rolo de aproximadamente 0,015 polegada, localizado em alguma distância radial (r) afastada da linha central do eixo geométrico de montagem. A parede oposta não tem tal degrau. Isto é claramente mostrado nas Figs. 8A e 9A. A forma de realização preferida utiliza um rolo com dois diferentes diâmetros de cubo em suas faces opostas. Um cubo tem um raio ligeiramente menor do que a distância radial (r). O outro cubo tem um raio ligeiramente maior do que a distância radial (r). Quando um rolo com estes cubos assimétricos é inserido em uma cavidade de recebimento com o degrau, o rolo somente se alinhará apropriadamente com o eixo geométrico de pino de rolo se o cubo menor estiver adjacente ao degrau. Se o rolo for inserido de modo que o cubo maior fique adjacente ao degrau, o cubo fará contato com o degrau antes do alinhamento do eixo geométrico de rolo com o eixo geométrico de furo de pino de rolo, evitando assim que o pino de rolo seja inserido inapropriadamente.

[0065] Embora a forma de realização preferida utilize dois cubos diferentemente dimensionados nas faces opostas do rolo, as pessoas hábeis na técnica prontamente observarão que outras formas poderiam atingir o mesmo objetivo, isto é, o de evitar que o rolo seja inapropriadamente inserido na cavidade. Algumas alternativas podem incluir, mas não estão limitadas à provisão de duas etapas no receptor em diferentes distâncias radiais, um furo de rolo afilado a ser usado em conjunto com um eixo de rolo afilado, um furo de rolo escalonado a ser usado com um eixo de rolo escalonado, uma cavidade de rolo com um perfil minimamente alargado, similar à forma de rosca assimétrica do rolo etc.

[0066] Quanto ao terceiro ponto, nenhum item conhecido da técnica anterior utiliza um dispositivo digital de monitoramento de pressão. Todos os dispositivos conhecidos da técnica anterior acredita-se empregarem um medidor de pressão analógico com um marcador para pressão instantânea indicada na fixação. Para ler o medidor de pressão, o usuário necessita estar em estreita proximidade do monitor, tipicamente dentro da linha de visão e, usualmente, não mais do que cerca de trinta e seis polegadas (91 cm) afastado. O medidor de pressão lê somente a pressão instantânea da corrente. Em consequência, para monitorar a pressão dentro do ciclo de trabalho, como requerido pelas normas governando o tubo usado na indústria de petróleo, o usuário teria que estar em estreita proximidade das grandes partes móveis e pulverização do lubrificante, colocando o usuário no caminho de ferimento. Isto pode violar as normas de segurança OSHA.

[0067] O dispositivo dos Requerentes utiliza um calibre digital com uma função de remarcação min/máx e dá ao usuário a capacidade de monitorar a pressão mais remotamente e de uma distância segura. O usuário pode ler o grande valor do texto que foi digitalmente amortecido, em um monitor de luz traseira, através de uma janela incluída na máquina, em vez de tentar discernir a colocação de uma pequena agulha flutuando violentamente entre finos gradientes. O medidor de pressão digital aperfeiçoado é equipado com uma função de remarcação min/máx. Os valores de pressão alcançados durante a laminação são registrados e podem ser observados após o fato, uma vez que a máquina tenha parado de moer-se e seja seguro aproximar-se da fixação. Usando-se um pacote transdutor de pressão sem fio opcional b, a pressão pode ser continuamente monitorada e registrada remotamente, em um monitor fora do recinto da máquina, ou em um escritório localizado em outra parte da instalação de manufatura ou mesmo via internet em um local mais remoto, tal como um local do cliente. Os valores de pressão podem também ser registrados e rastreados pelo número de série do componente a ser trabalhado, para prover rastreabilidade para os usuários finais e corpos reguladores.

[0068] Quanto ao quarto ponto, nenhum item conhecido da técnica anterior é construído de tal maneira a obviar a necessidade de converter o valor numérico da pressão indicada em libras de força de polimento. As normas que governam esta operação de laminação de base fria, especificamente a especificação T.H. Hill DS-1, requerem que uma força mínima seja aplicada para cada um dos vários tamanhos de rosca. Entretanto, uma vez que os dispositivos da técnica anterior não têm meios para medir a força diretamente, eles usualmente medem a pressão hidráulica em seu lugar e então utilizam um gráfico para converter a pressão registrada para a força calculada. No dispositivo dos Requerentes, a pressão é também registrada. Entretanto, o pistão de trabalho foi dimensionado de modo que sua área de superfície seja exatamente de 1 pol2, de modo que os valores numéricos de pressão também serão o valor numérico de libras de força, sem fator de escalação ou conversão requerido. Uma psi de pressão será igual a uma polegada de força. Isto simplifica a operação e elimina a fonte potencial de erro de cálculo.Modificações

[0069] A presente invenção expressamente contempla que muitas mudanças e modificações possam ser feitas. Por exemplo, os materiais de construção não são considerados críticos. O comprimento de qualquer parte e sua proporção e grau relativo a outra parte não são considerados críticos. A passagem e a câmara podem ser formadas por outras técnicas do que aquela mostrada. O objetivo não é limitado a ser uma extensão de tubo.

[0070] O membro resiliente poderia ser uma mola Belleville, uma pilha de mola Belleville, uma mola de matriz, uma mola usinada, um fole ou um dispositivo pneumático enchido com um gás de carga, tal como nitrogênio.

[0071] Portanto, embora as duas formas do dispositivo de laminação de base melhorado tenham sido mostradas e descritas, e diversas mudanças e modificações delas discutidas, pessoas hábeis nesta técnica facilmente observarão as várias mudanças e modificações adicionais que podem ser feitas, sem desvio do espírito da invenção, como definido e diferenciado pelas seguintes reivindicações.

Claims (15)

1. Dispositivo (20) para laminar base de uma rosca (T) em um objeto (O) com força controlável ao longo de todo o comprimento da rosca (T), caracterizado pelo fato de que compreende:um corpo (21) tendo uma passagem (22) e tendo uma abertura cilíndrica (23) comunicando-se com a passagem (22);um pistão acumulador (24) montado no corpo (21) para movimento deslizante vedado dentro da passagem (23);um parafuso de ajuste grosseiro (25) rosqueadamente fixado sobre o corpo (21);um membro resiliente (26) atuando entre o parafuso de ajuste grosseiro (25) e o pistão acumulador (24);um pistão acionador (28A, 28B) montado no corpo (21) para movimento deslizante vedado dentro da abertura cilíndrica (23), uma câmara (29) sendo definida dentro da passagem (22), entre o pistão acumulador (24) e o pistão acionador (28A, 28B), o pistão acionador (28A, 28B) tendo uma extremidade proximal (30) confrontando dentro da câmara (29) e tendo uma extremidade distal (31);um rolo de rosca (32) rotativamente fixado no pistão acionador (28A, 28B) adjacente à extremidade distal (31);o corpo (21) tendo uma primeira abertura (33) comunicando-se com a câmara (29);um parafuso de minucioso ajuste (34) rosqueadamente fixado no corpo (21) na primeira abertura (33);em que a câmara (29) é completamente enchida com líquido; eem que as posições de pelo menos um dos parafusos de ajuste grosseiro e fino (25, 34), relativas ao corpo (21), podem ser seletivamente ajustadas para variar controlavelmente a pressão do fluido dentro da câmara (29);em que o rolo de rosca (32) tem uma configuração assimétrica;em que o pistão acionador (28A, 28B) tem uma cavidade adaptada para receber o rolo de rosca (32); e,em que a cavidade tem uma configuração assimétrica complementar à configuração assimétrica do rolo de rosca (32) de modo que o rolo de rosca (32) pode apenas ser inserido na cavidade quando o rolo de rosca (32) está na orientação apropriada em relação ao pistão acionador (28A, 28B);por meio do que o dispositivo (20) pode ser fixado sobre uma máquina-ferramenta (35) e seletivamente movido em direção ao objeto (O) para laminar a base de uma rosca (T) no objeto (O) com força controlável ao longo de todo o comprimento da rosca quando o objeto (O) e dispositivo (20) são girados entre si.

2. Dispositivo (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o corpo (21) tem uma superfície de contato (44) circundando uma parte da passagem (22) para limitar o movimento do pistão acumulador (24) em uma direção para longe do parafuso de ajuste grosseiro (25).

3. Dispositivo (20) de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a posição do parafuso de ajuste grosseiro (25), relativa à superfície de contato (44), pode ser ajustada para variar a força exercida pelo membro resiliente (26) no pistão acumulador (24).

4. Dispositivo (20) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a posição do parafuso de ajuste grosseiro (25), relativa à superfície de contato (44), é ajustada de modo que o membro resiliente (26) exerça uma força sobre o pistão acumulador (24), em função do deslocamento.

5. Dispositivo (20) de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o membro resiliente (26) inclui uma molaBelleville (41).

6. Dispositivo (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o corpo (21) tem uma segunda abertura (36) comunicando-se com a câmara (29) e em que o dispositivo (20) inclui um medidor de pressão (39) operativamente disposto na segunda abertura (36), para ler a pressão na câmara (29).

7. Dispositivo (20) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o medidor de pressão (39) é digital e tem a função min/máx de remarcação.

8. Dispositivo (20) de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o medidor de pressão (39) inclui um transmissor para transmitir uma pressão indicada para um local remoto.

9. Dispositivo (20) de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o pistão acumulador (24) é dimensionado de modo que o medidor de pressão (39) indique as libras de força exercidas.

10. Dispositivo (20) de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o corpo (21) tem uma terceira abertura (38) comunicando-se com a câmara (29) e compreendendo ainda um tampão (40), e em que o tampão (40) é rosqueadamente engatado com o corpo (21) para fechar a terceira abertura (38).

11. Dispositivo (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pode ser usado para laminar a base de uma rosca interna (T) ou uma rosca externa (T) no objeto (O).

12. Dispositivo (20) de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que não há conexão externa de fluido com odispositivo (20).

13. Dispositivo (20) de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o corpo (21) tem uma segunda abertura (36)comunicando-se com a câmara (29) e tem uma terceira abertura (38)comunicando-se com a câmara (29), e compreendendo ainda um tampão (40) rosqueadamente engatado com o corpo (21) para fechar uma das segunda ou terceira aberturas (36, 38), e compreendendo ainda um medidor de pressão (39) operativamente disposto em uma das segunda ou terceira aberturas (36, 38) para ler a pressão na câmara (29).

14. Dispositivo (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o rolo de rosca (32) tem um furo tendo um eixo, em que o pistão acionador (28A, 28B) tem um furo tendo um eixo, e em que o furo do rolo de rosca (32) é adaptado para alinhar com o furo do pistão acionador (28A, 28B) quando o rolo de rosca (32) é inserido na cavidade apenas quando o rolo de rosca (32) está na orientação apropriada em relação ao pistão acionador (28A, 28B).

15. Dispositivo (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o rolo de rosca (32) tem faces opostas, em que um cubo de um diâmetro se estende para fora a partir de uma das faces, e um cubo de um diâmetro diferente que se estende para fora a partir de outra das faces, e em que os cubos são gerados ao redor do eixo do furo de rolo de rosca (32).

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