CN107626941A - 一种管材外螺纹加工的内支撑装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种管材外螺纹加工的内支撑装置，包括顶丝、固定盘体、限位套筒、楔块、锥体和支撑体，固定盘体通过紧固螺栓和螺母与限位套筒连接，锥体位于限位套筒内，限位套筒的筒壁上开有矩形孔，楔块的一端为斜面，且插入矩形孔并与锥体的斜面滑动配合，楔块的另一端与支撑体连接，支撑体的上表面曲率与管材内壁的曲率相同，顶丝与固定盘体螺纹连接，通过调整顶丝的伸长量楔块和支撑体沿着限位套筒的矩形孔上下运动，支撑体向上运动时，支撑体与管材的内壁接触，并产生接触力。该装置在油套管材外螺纹极限尺寸试样加工过程中，可防止管材因外部夹持力导致弹性变形，提高了外螺纹极限尺寸试样加工的合格率。

Description

一种管材外螺纹加工的内支撑装置

技术领域：

本发明属于管材机械加工领域，具体涉及一种管材外螺纹加工的内支撑装置，特别适用于薄壁油套管材外螺纹极限公差尺寸试样的加工。

背景技术：

近年来，随着能源需求的不断增长，我国油气田开发环境越来越苛刻，深井、超深井、高压气井、热采井等油气井大量出现，兼有连接强度高和密封性能好的特殊螺纹接头油套管材应用也越来多。

我国很多钢管公司和科研机构加入了特殊螺纹接头开发大军，开展了大量的工作，特殊螺纹接头开发涉及接头设计、有限元分析、极限尺寸试样品加工、实物性能检测评价等多个环节。产品设计性能如何，最终都要通过实物性能检测评价，实物性能检测评价国际上主要依据现行的API 5C5-2017/ISO 13679：2002《套管和油管螺纹连接试验程序》方法进行，该标准明确规定评价试样采用极限样，且要符合相关公差尺寸规定，所以特殊螺纹接头极限尺寸试样品加工是目前各个特殊螺纹开发机构面临的共性难题，主要有以下几种原因：一是油套管径厚比相对较大，极易被加持变形；二是特殊螺纹接头极限尺寸试样品中密封面和中径公差带较窄，一般在3μm左右，螺纹加工过程中管材处于被夹紧的状态，有微小的弹性变形，在线检测螺纹参数都在控制公差范围内，但管体被卡具松开后，弹性变形恢复，从而导致被加工螺纹参数椭圆度超差；三是特殊螺纹接头极限尺寸试样品加工采用的管坯一般是符合API相关标准的管材，这种管材椭圆度一般较大，受夹持外力影响更易发生弹性变形，故特殊螺纹接头极限样品加工成材率低、效率低，延长了产品研发周期。

所以，研制一种管材外螺纹加工的内支撑装置，提高油套管材外螺纹极限公差尺寸试样加工的合格率显得尤为重要；同时，可为新产品研发节省更多的宝贵时间，缩短新产品研发周期也有重要的意义。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种结构简单、支撑后管体无变形，能有效防止管体受夹持力而产生弹性变形的管材外螺纹加工的内支撑装置，通过该支撑装置，提高了管材外螺纹极限公差尺寸试样品加工的成材率，缩短了产品研发周期。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种管材外螺纹加工的内支撑装置，包括顶丝、固定盘体、限位套筒、楔块、锥体和支撑体，所述固定盘体通过紧固螺栓和螺母与限位套筒连接，所述锥体位于限位套筒内，所述限位套筒的筒壁上开有矩形孔，所述楔块的一端为斜面，且插入矩形孔并与锥体的斜面滑动配合，所述楔块的另一端与支撑体连接，所述支撑体的上表面曲率与管材内壁的曲率相同，所述顶丝与固定盘体螺纹连接，通过调整顶丝的伸长量推动锥体轴向运动，所述楔块和支撑体随着锥体轴向运动沿着矩形孔上下运动，所述支撑体向上运动时，支撑体与管材的内壁接触，并产生接触力。

所述固定盘体的中心开有内孔，延内孔外环方向开有3个尺寸相同的通孔，相邻通孔的夹角为120°，所述顶丝通过通孔与固定盘体螺纹连接；沿通孔外环方向开有3个尺寸相同的第一螺栓孔，相邻第一螺栓孔的夹角为120°；所述限位套筒的筒壁侧边有3个与所述第一螺栓孔对应的第二螺栓孔。

所述限位套筒为圆柱型，所述矩形孔位于限位套筒筒壁的中部，所述矩形孔有3个，沿限位套筒筒壁的周向均匀分布；与所述矩形孔对应的楔块和支撑体均有3个。

所述锥体由3个活动锥体组成，所述3个活动锥体的斜面分别与3个楔块的斜面滑动配合。

所述顶丝有3个，每个顶丝的位置分别与3个活动锥体的位置对应，且通过单独调节每个顶丝的伸长量使对应活动锥体轴向运动和对应支撑体上下运动。

本发明的有益效果：

1、本发明的内支撑装置有效解决了油套管材外螺纹极限尺寸试样加工过程中，因车丝机夹具夹持前后管体产生弹性变形，而导致螺纹极限公差尺寸不合格的问题。

2、采用本发明的内支撑装置，可省去因少量极限公差试样加工而需对车丝机进行改造的费用，且不影响车丝机已有性能与结构。

3、本发明内支撑装置中限位套筒为圆柱型，矩形孔位于限位套筒筒壁的中部，且矩形孔有3个，沿限位套筒筒壁的周向均匀分布，与矩形孔对应的楔块和支撑体均有3个，这种内支撑装置采用120°间隔角度设计，不仅与常用车丝机三爪卡盘各爪间夹角一致，可有效支撑车丝机卡爪对管体夹持而产生的夹持力，保证管体变形最小；而且3个支撑体可独立调节，不受管体初始椭圆度限制，可在较大椭圆度的管体上进行油套管材外螺纹极限尺寸试样加工，满足API SPEC5CT标准的管材均可用于极限尺寸试样加工，降低了管体采购难度及成本。

附图说明：

图1为本发明的内支撑装置的主视图。

图2为图1的剖视图。

图3为本发明的内支撑装置的左视图。

图4为本发明的固定盘体结构示意图。

图5为本发明的限位套筒结构示意图。

附图标记说明：1-待加工螺纹管体试样、2-卡爪、3-顶丝、4-固定盘体、5-紧固螺栓、6-螺母、7-限位套筒、8-楔块、9-锥体、10-支撑体、4-1内孔、4-2通孔、4-3第一螺栓孔、7-1矩形孔、7-2第二螺栓孔、9-1活动锥体。

具体实施方式：

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

如图1-5所示，一种管材外螺纹加工的内支撑装置，包括顶丝3、固定盘体4、限位套筒7、楔块8、锥体9和支撑体10，所述固定盘体4通过紧固螺栓5和螺母6与限位套筒7连接，所述锥体9位于限位套筒7内，所述限位套筒7的筒壁上开有矩形孔7-1，所述楔块8的一端为斜面，且插入矩形孔7-1并与锥体9的斜面滑动配合，所述楔块8的另一端与支撑体10连接，所述支撑体10的上表面曲率与管材内壁的曲率相同，所述顶丝3与固定盘体4螺纹连接，通过调整顶丝3的伸长量推动锥体9轴向运动，所述楔块8和支撑体10随着锥体9轴向运动沿着矩形孔7-1上下运动，所述支撑体向上运动时，支撑体与管材的内壁接触，并产生接触力。

采用本发明进行管材外螺纹加工前：

首先，将锥体9插入限位套筒7内。如图2和图5所示，本发明锥体9由3个活动锥体9-1组成，先将3个活动锥体9-1的斜面与限位套筒7的3个矩形孔7-1分别对正；再将3个楔块8斜面朝下分别插入限位套筒7的矩形孔7-1内，直至楔块8的斜面与活动锥体9-1的斜面接触；最后将3个支撑体10分别插至楔块8上。

其次，将3个顶丝3依次旋入固定盘体4的3个通孔4-2内，如图3和图4所示。

最后，将固定盘体4与限位套筒7连接，先将3个紧固螺栓5分别插入固定盘体4的3个第一螺栓孔4-3内，再将3个螺母6分别旋至紧固螺栓5上；最后将3个紧固螺栓5依次旋入限位套筒7侧壁上的3个第二螺栓孔7-2内，调整固定盘体4与限位套筒7对应内侧之间的距离至15mm，旋转螺母6直至与固定盘体4接触。

采用本发明进行管材外螺纹加工时：

首先，将待加工螺纹管体试样1放入车床三爪卡盘的卡爪2内，将本发明内支撑装置整体放入待加工螺纹管体试样1内，使支撑体10与车床三爪卡盘的卡爪2对正，均匀向左旋入顶丝3，顶丝3推动活动锥体9-1向左滑动，楔块8与支撑体10一起沿着活动锥体9-1斜面向上运动，直至支撑体10与待加工螺纹管体试样1内壁接触，并产生一定的接触力。

其次，将管体端部外圆分6等份，用千分尺测量管体试样端部直径尺寸，并在测量点做好原始尺寸记录，启动车床三爪卡盘，使卡爪2夹紧待加工螺纹管体试样1，此时待加工螺纹管体试样1直径尺寸发生了弹性变形。

最后，通过内六方扳手调整顶丝3的旋入量，本发明3个顶丝3的位置分别与3个活动锥体9-1的位置对应，且可单独调节每个顶丝使对应活动锥体9-1轴向运动，从而使对应支撑体10沿着对应的矩形孔7-1上下运动，不受管体初始椭圆度限制，从而调整已发生弹性变形的待加工螺纹管体试样1，用千分尺复测管体试样端部直径尺寸，顶丝3的调整工作直至千分尺复测管体试样端部直径尺寸与原始记录尺寸一致，由此防止管材因外部夹持力导致弹性变形，停止旋转顶丝3，向固定盘体4的方向旋紧螺母6，起到锁止的作用。至此，完成了该油套管材外螺纹极限尺寸试样加工内支撑装置安装于调整，进而进行试样外螺纹加工。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明保护范围。

Claims (5)

1.一种管材外螺纹加工的内支撑装置，其特征在于：包括顶丝(3)、固定盘体(4)、限位套筒(7)、楔块(8)、锥体(9)和支撑体(10)，所述固定盘体(4)通过紧固螺栓(5)和螺母(6)与限位套筒(7)连接，所述锥体(9)位于限位套筒(7)内，所述限位套筒(7)的筒壁上开有矩形孔(7-1)，所述楔块(8)的一端为斜面，且插入矩形孔(7-1)与锥体(9)的斜面滑动配合，所述楔块(8)的另一端与支撑体(10)连接，所述支撑体(10)的上表面曲率与管材内壁的曲率相同，所述顶丝(3)与固定盘体(4)螺纹连接，通过调整顶丝(3)的伸长量推动锥体(9)轴向运动，所述楔块(8)和支撑体(10)随着锥体(9)轴向运动沿着矩形孔(7-1)上下运动，所述支撑体(10)向上运动时，支撑体(10)与管材内壁接触，并产生接触力。

2.根据权利要求1所述的一种管材外螺纹加工的内支撑装置，其特征在于：所述固定盘体(4)的中心开有内孔(4-1)，延内孔(4-1)外环方向开有3个尺寸相同的通孔(4-2)，相邻通孔(4-2)的夹角为120°，所述顶丝通过通孔(4-2)与固定盘体螺纹连接；沿通孔(4-2)外环方向开有3个尺寸相同的第一螺栓孔(4-3)，相邻第一螺栓孔(4-3)的夹角为120°；所述限位套筒(7)的筒壁侧边有3个与所述第一螺栓孔(4-3)对应的第二螺栓孔(7-2)。

3.根据权利要求1所述的一种管材外螺纹加工的内支撑装置，其特征在于：所述限位套筒(7)为圆柱型，所述矩形孔(7-1)位于限位套筒(7)筒壁的中部，所述矩形孔(7-1)有3个，沿限位套筒(7)筒壁的周向均匀分布；与所述矩形孔(7-1)对应的楔块(8)和支撑体(10)均有3个。

4.根据权利要求3所述的一种管材外螺纹加工的内支撑装置，其特征在于：所述锥体(9)由3个活动锥体(9-1)组成，所述3个活动锥体(9-1)的斜面分别与所述3个楔块(8)的斜面滑动配合。

5.根据权利要求4所述的一种管材外螺纹加工的内支撑装置，其特征在于：所述顶丝(3)有3个，每个顶丝(3)的位置分别与3个活动锥体(9-1)的位置对应，且通过单独调节每个顶丝的伸长量使对应活动锥体(9-1)轴向运动和对应支撑体(10)上下运动。