ITMI960757A1

ITMI960757A1 - Sistema di parti di attacco rapido

Info

Publication number: ITMI960757A1
Application number: IT96MI000757A
Authority: IT
Inventors: Ekman Thure
Original assignee: Dart Engineering Ag
Priority date: 1995-04-27
Filing date: 1996-04-19
Publication date: 1997-10-19
Also published as: GB9606122D0; GB2300235A; SE509821C2; US5961159A; GB2300235B; ITMI960757A0; IT1283621B1; JPH094778A; DE19615229A1; FR2733555A1; SE9501563D0; FR2733555B1; SE9501563L

Description

"SISTEMA DI PARTI DI ATTACCO RAPIDO"

DESCRIZIONE

CAMPO TECNICO

La presente invenzione riguarda una disposizione di una prima parte di attacco rapido che può venire portata in interazione con una seconda parte di attacco rapido attraverso una porzione di interazione in cui, in un'interazione, le parti possono venire tenute insieme anche ad elevata pressione del fluido o elevati picchi della pressione del fluido. Elevata pressione o elevati picchi di pressione in questo caso significa 1000 bar o più. Il risultato di tenerle insieme viene ottenuto mediante elementi di bloccaggio che in questo caso possono essere costituiti’ da sfere di bloccaggio, talloni di bloccaggio, sistemi a baionetta e così via che sono in grado di interagire con la suddetta porzione in un bloccaggio delle parti di attacco rapido.'

STATO DELL'ARTE

L'invenzione può venire applicata a vari tipi di attacchi rapidi che devono resistere a pressioni elevate o a elevati picchi di pressione. Come esempio, si può citare l'attacco rapido secondo il brevetto statunitense US 4,289,164 che presenta un nipplo di inserimento che può venire introdotto in una parte femmina e bloccato a quest'ultima con l'ausilio di elementi di bloccaggio nella forma di un certo numero di sfere di bloccaggio. Il nipplo di inserimento fa parte della parte di attacco maschio dell'attacco rapido, con cui il nipplo di inserimento può venire fissato mediante giunti, per esempio giunti filettati, e sigillato mediante guarnizioni. Il nipplo di inserimento deve, tra l’altro, essere prodotto con una durezza tale da resistere alla suddetta alta pressione e da essere conforme con le norme di sicurezza associate ad essa. Le suddette norme significano per esempio che l'attacco deve resistere in pratica a pressioni che sono tre o quattro volte più elevate rispetto a quella nominale. Questo fatto significa che il nipplo di inserimento dell'attacco per alta pressione viene in generale prodotto con uno strato superficiale duro e di dimensioni relativamente grandi.

DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE

PROBLEMA TECNICO

La durezza superficiale per esempio nel nipplo e nel suo giunto filettato porta ad un certo numero di svantaggi. Alla suddetta pressione elevata, il nipplo presenta la tendenza a fessurarsi nello strato superficiale. Le fessure si allargano col procedere dell'uso e alla fine portano al collasso del nipplo sotto l'alta pressione o gli elevati picchi di pressione in questione. L'obiettivo della presente invenzione è tra l'altro di evitare tale formazione di fessure e in questo modo di aumentare la capacità di resistenza del componente di attacco rapido in questione nei confronti della suddetta pressione elevata o dei suddetti picchi elevati di pressione.

La formazione di fessure può venire iniziata da elementi di bloccaggio che sono sottoposti a sforzi come risultato del carico di pressione prodotto dal fluido, di sforzi provenienti dalle connessioni filettate del nipplo nel caso di filettature coniche, forze esterne che producono sforzi, e così via. Gli elementi di bloccaggio o le sfere di bloccaggio causano carichi puntiformi molto grandi nello strato superficiale del nipplo o in uno strato superficiale equivalente. Questi carichi puntiformi favoriscono la formazione delle suddette fessure, che gradualmente peggiorano. Lo strato superficiale duro, per parte sua, può provocare danni indesiderabili agli elementi di bloccaggio che possono subire un peggioramento funzionale come conseguenza di ciò. La presente invenzione intende risolvere anche questo problema.

In certe situazioni, vi è la necessità che l'attacco rapido possa presentare dimensioni convenzionali nonostante il fatto che esso può dare luogo a, ed è resistente a, pressioni relativamente elevate. L'invenzione risolve anche questo problema.

In associazione con l'interazione o il bloccaggio delle parti di attacco rapido, vi è il desiderio che la funzione di contatto tra l'elemento di bloccaggio in questione (sfera, gancio e così via) e la superfìcie del nipplo o equivalente possa lavorare con una funzione di contatto superficiale esteso, cioè evitare una pura e semplice interazione a punto singolo. L'obiettivo di ciò è che la sfera, il gancio o equivalente debba essere in grado di supportare o assorbire un carico relativamente grande senza deformazioni, senza la formazione di fessure, e così via. L'invenzione risolve anche questo problema.

Vi è il desiderio che sia possibile evitare la comparsa di microfessurazioni nel nipplo e/o nel materiale dell'elemento di bloccaggio, le quali microfessure possono costituire indicazioni di rottura a successivi aumenti di pressione.

L'obiettivo, evitando la formazione di microfessurazioni, è sostanzialmente quello di aumentare la pressione di scoppio del nipplo. La presente invenzione risolve anche questo problema e elimina in una misura molto grande il rischio di microfessurazioni, il che in pratica significa che la resistenza del nipplo contro carichi di pressione aumenta almeno di tre volte in confronto con componenti di accoppiamento corrispondenti proposti in passato.

Esiste anche il desiderio, nei caso di connessioni filettate con filettature coniche in parti di attacco rapido, di essere in grado di trarre vantaggio dalla resistenza di un materiale quando si serra il nipplo o il componente equivalente sull'altro corpo della parte di accoppiamento allo scopo di ottenere una sigillatura soddisfacente nella filettatura di connessione senza che nascano rischi di formazione delle suddette fessure. La presente invenzione risolve anche questo problema.

Il nipplo costituisce un componente che può essere sottoposto a grandi forze esterne di rottura che si presentano come risultato di carichi sull'attacco rapido nel suo uso pratico. Carichi elevati possono anche essere provocati da linee di connessione o tubi di connessione lunghi e pesanti. Vi è la necessità di contrapporsi alla formazione di fessure nel nipplo o equivalente anche nel caso di queste grandi forze esterne. La presente invenzione risolve anche questo problema.

Nella fabbricazione di attacchi rapidi, esiste la necessità che sia possibile mantenere i costi di materiale e di produzione bassi, e anche di utilizzare metodi di fabbricazione che sono appropriati dal punto di vista tecnico. La presente invenzione risolve anche questo problema.

SOLUZIONE

L'invenzione indica un modo nuovo in relazione a quello che viene normalmente utilizzato su attacchi rapidi precedentemente noti e in metodi per la fabbricazione degli stessi. Ciò che in questo contesto può essere considerato caratteristico di una disposizione secondo la presente invenzione è il fatto che la suddetta porzione di interazione (per esempio il nipplo) è progettata con uno strato superficiale che dà luogo ad una flessibilità sostanzialmente esente da fessurazioni per gli elementi di bloccaggio. Una caratteristica ulteriore è il fatto che uno o più strati sottostanti al suddetto strato superficiale presentano una durezza più elevata rispetto allo strato superficiale, allo scopo di produrre la necessaria resistenza nei confronti della suddetta elevata pressione del fluido.

In una forma di realizzazione preferita, lo strato superficiale è progettato in modo da permettere l'interazione con una superficie sferica sul rispettivo elemento di bloccaggio attraverso una parte a forma di cappuccio su quest'ultimo. La superficie di supportazione dell'elemento di bloccaggio contro Io strato superficiale risulta così considerevolmente ingrandita rispetto alle disposizioni note in passato., Nel caso di una forma sferica del rispettivo elemento di bloccaggio, la parte a forma di cappuccio può costituire 1/2000-1/500 della superficie di forma sferica.

La presente invenzione può venire usata, tra l'altro, in una parte a nipplo che è inclusa nella prima parte di attacco rapido e che può venire inserita nella seconda parte di attacco rapido (femmina) con o attraverso la suddetta parte a nipplo. L'intero nipplo o almeno le parti del nipplo che interagiscono con gli elementi di bloccaggio ha o hanno la suddetta disposizione degli strati con uno strato superficiale che è meno duro rispetto agli strati di materiale sottostante. I suddetti contatti di interazione estesa possono venire ottenuti mediante uno strato superficiale relativamente morbido. L'elasticità esistente nello strato superficiale viene utilizzata e previene la suddetta formazione di microfessure. Il contatto rispettivo tra il rispettivo elemento di bloccaggio (sfera di bloccaggio) e il materiale della superficie, della porzione di interazione (il nipplo) al verificarsi della suddetta pressione del fluido relativamente elevata o dei suddetti picchi relativamente elevati della pressione del fluido fa sì che l'elemento di bloccaggio sia in grado di appoggiarsi su una funzione cuscinetto offerta dal materiale della superficie, senza che si verifichi la suddetta considerevole formazione di fessure. Questo significa che si verifica il suddetto ampliamento delle superfici di contatto tra l'elemento di bloccaggio e il materiale della superficie e che in questo modo vi è una maggiore capacità di supportazione, attraverso il supporto fornito dagli strati più duri sottostanti, per l'elemento di bloccaggio.

In una forma di realizzazione preferita, lo strato superficiale presenta uno spessore compreso nell'intervallo di 0,05-0,4 mm, preferibilmente compreso neH'intervallo di 0,1 -0,3 mm. La durezza nel materiale dello strato superficiale è minore della durezza negli strati sottostanti / di anima in misura di 10-50 unità Hvl< (unità Vickers con forza di misurazione 1 kp). Lo strato superficiale presenta una durezza di 500-540 Hvl. Gli strati sottostanti o l'anima hanno/ha una durezza di 530-570 Hvl.

In una forma di realizzazione, la porzione di interazione o il nipplo è fatta/fatto di materiale che è possibile rendere più tenace (toughenable), con adatti contenuti di carbonio e di manganese. Lo zolfo che normalmente è presente in tale materiale in questo caso è sostituito con piombo che è incluso allo scopo di evitare la formazione di solfuri che altrimenti ridurrebbero la resistenza trasversale nel materiale della porzione di interazione o del nipplo.

VANTAGGI

Come risultato di quanto viene proposto sopra, il rispettivo elemento di bloccaggio può appoggiarsi su una funzione cuscineto salda ma ciononostante morbida e in questo modo sopportare un carico relativamente molto più grande in confronto con il caso nel quale la sfera o equivalente si appoggia contro una superficie dura. Il nipplo o equivalente ha la capacità di compensare deformazioni elastiche come risultato di un aumento della pressione del fluido, il che evita le tendenze alla formazione di fessure. Grazie al fato che le sfere non possono deformarsi, si otiene una funzione di bloccaggio migliorata e più sicura. Viene per esempio impedito che deformazioni delle sfere provochino l'adesione della sfera nel foro di supporto ad essa associato nell'effettiva parte di accoppiamento. Grazie all'invenzione, si ottiene una buona resistenza facendo uso di una combinazione di durezza e tenacità nel materiale. Questa combinazione fornisce al nipplo o equivalente i suoi vantaggi, speciali precedentemente nominati. Il materiale può essere costituito da acciaio convenzionale per macchine reso più tenace (toughened). I costi di tale materiale sono particolarmente vantaggiosi, e la; lavorazione meccanica e la fabbricazione possono avere luogo senza che si abbia un sostanziale aumento di complessità.

DESCRIZIONE DELLE FIGURE

Una forma di realizzazione attualmente proposta di una disposizione avente le carateristiche significative della presente invenzione verrà descrita nel seguito con simultaneo riferimento ai disegni allegati, nei quali

la Figura 1 mostra in sezione longitudinale un attacco rapido con parti maschio e femmina nello stato accoppiato insieme, le parti essendo bloccate con elementi di bloccaggio nella forma di sfere di bloccaggio, e in linea di principio è mostrato anche un collegamento per la parte maschio, la Figura 2 mostra in sezione longitudinale parti della funzione di bloccaggio secondo la Figura 1,

la Figura 3 mostra in modo notevolmente ingrandito, in sezione longitudinale, in qual modo la superficie di un elemento di bloccaggio interagisca con uno strato superficiale di una parte a nipplo o equivalente nell’attacco rapido secondo la Figura 1 e anche gli strati sottostanti sono inclusi sotto allo strato superficiale, e

la Figura 4 mostra, in una vista dall’estremità, parti di strati secondo la Figura 3. REALIZZAZIONE DETTAGLIATA

La presente invenzione è mostrata, in associazione con le Figure, per l'uso nel caso di una parte a nipplo 1 che viene fissata in un corpo 2 della parte maschio attraverso un giunto filettato 3. La parte maschio può venire inserita con la parte a nipplo 1 in una parte femmina 4, e le parti maschio e femmina possono venire bloccate una con l'altra in una maniera nota con elementi di bloccaggio nella forma di un certo numero di sfere di bloccaggio 5 che sono disposte lungo la periferia; della parte a nipplo e che, nella rispettiva posizione di bloccaggio, subiscono un'influenza verso la linea centrale 6 dell'attacco rapido per produrre interazione con la parte a nipplo attraverso una rientranza anulare 7. Per la funzione degli elementi di bloccaggio e per la struttura dettagliata dell'attacco rapido, si faccia riferimento alla suddetta descrizione di brevetto statunitense.

La rispettiva sfera di bloccaggio si appoggia contro la superficie 7a della rientranza 7. Attraverso le parti di attacco rapido accoppiate insieme, viene fornita una pressione in un fluido di lavoro che preferibilmente può essere costituito da olio idraulico. In una maniera nota, alla parte maschio è collegata una linea di connessione o un tubo di connessione 8.

Una forza di attuazione F della sfera 5' contro la superficie 7a' secondo la Figura 2 può, secondo quanto visto sopra, essere considerevole.

La Figura 3 mostra il fatto che la struttura del materiale della parte a nipplo è costituita da o comprende uno strato superficiale 9 e uno o più strati sottostanti 10. Lo strato superficiale è relativamente morbido ed elastico e questo significa che la sfera 5" può sprofondare nel materiale della superficie allo scopo di costituire una superficie di contatto 5a che è estesa, o aumentata in confronto con la supportazione a punto singolo, e nell'esempio mostrato presenta una forma di cappuccio. La calotta della sfera 5" è indicata mediante 5b. Lo strato superficiale in questo caso è progettato in modo tale che lo sprofondamento della sfera possa avvenire senza una formazione significativa di micro- fessurazioni. L'elasticità nel materiale della superficie viene utilizzata e dà luogo alla formazione di una funzione di cuscinetto 11 nello strato superficiale che aumenta la capacità di supportazione di carico per la sfera senza la formazione di fessurazioni nè nello strato superficiale nè nella sfera. Lo strato superficiale presenta uno spessore di! 0,05-0,4 mm, preferibilmente di 0,1 -0,3 mm.

La Figura 4 mostra che ci può essere un certo numero di strati sottostanti 10', 12. La parte femmina 4 può essere costruitami una maniera simile, cioè può avere sulla sua superficie interna 4a uno strato meno duro e strati sottostanti più duri. La disposizione di bloccaggio può essere differente e per esempio può partire dall'elemento di bloccaggio supportato nella parte a nipplo con elementi di bloccaggio che sporgono in una rientranza presente nella parte femmina. In questo caso la parte femmina può essere la sola ad avere la suddetta disposizione di strati, e così via.

Allo scopo di realizzare le suddette proprietà dello strato superficiale, la scelta del materiale per il nipplo è importante. Il materiale deve permettere un cosiddetto rinforzo (toughening - aumento della tenacità), il che significa che il materiale deve avere adatti contenuti di carbonio e manganese, rispettivamente, per l'aumento di tenacità. L'aggiunta di zolfo, che normalmente aumenta la sensibilità alle forze di taglio, in questo caso deve essere sostituita con piombo in modo tale che si riduca al minimo la formazione di solfuri, che riduce la resistenza trasversale. Un trattamento termico deve venire effettuato in un'atmosfera di gas di protezione completamente esente da ammoniaca. La presenza di eventuale ammoniaca nell'atmosfera del gas di protezione ridurrebbe la possibilità di far rinvenire il materiale, che rimarrebbe allora duro e fragile nonostante venga eseguito il processo di rinvenimento. La durezza superficiale deve essere minore della durezza negli strati sottostanti, secondo quanto visto sopra, e i valori minimo e massimo citati devono rispettivamente seguirsi uno con l'altro variando in parallelo. Per la fabbricazione del nipplo in questione o del componente equivalente, è importante che il rinvenimento venga effettuato in un intervallo di' temperature di 200-230°C, che si trova al di sotto della zona di fragilità del materiale. Se il processo di rinvenimento viene effettuato all'interno deU'intervallo di fragilità del materiale, la resistenza viene seriamente minacciata e il materiale non può venire utilizzato in associazione con la presente invenzione. In questo contesto, si fa uso dei concetti di durezza contro tenacità e anche fragilità. Una buona resistenza nel contesto dell'oggetto della presente invenzione è costituita da una combinazione di durezza e tenacità. Questa combinazione fornisce le proprietà suddette che sono particolarmente vantaggiose nel caso dell'oggetto della presente invenzione. Il materiale che viene utilizzato può essere costituito da acciaio convenzionale per macchine di cui si può aumentare la tenacità. Il prezzo di questo materiale è particolarmente vantaggioso.

L'oggeto della presente invenzione pertanto è costituito da o comprende un'uriità (nipplo, parte a nipplo, parte femmina e così via) che viene fabbricata a partire da un'unica sostanza e che è stata tratata in superficie per ottenere uno strato superficiale che è più tenace rispeto allo strato o agii strati che giacciono all'interno o all'anima, secondo quanto visto sopra.

E1 possibile ottenere un certo effeto di ritorno elastico attraverso lo strato superficiale quando la forza F' secondo la figura 3 si arresta. Questo effeto di rimbalzo può avvenire in modo completo o parziale, cioè può corrispondere completamente o parzialmente all'altezza della calotta. Per quanto riguarda l'elasticità o la tenacità nello strato superficiale, il carico permesso del materiale (per esempio acciaio per macchine) deve cadere al di sotto del limite di 0,2. Una sfera di bloccaggio da 5 mm secondo quanto visto sopra può dare luogo per esempio ad una depressione a forma di calotta nello strato superficiale dove il diametro della depressione (che eventualmente rimane) è approssimativamente di 0,5 mm.

L'invenzione non è limitata alla forma di realizzazione mostrata sopra a scopo esemplificativo ma può venire sottoposta a modifiche rimanendo nell'ambito delle rivendicazioni brevettuali che seguono e dell'idea dell'invenzione. La fabbricazione dell'elemento (per esempio del nipplo) può iniziare con la progettazione del corpo in acciaio con un grado di durezza relativamente basso (facile da lavorare meccanicamente), per esempio acciaio con un contenuto di carbonio dello 0,05-0, 15%C. Il corpo prodotto viene poi carburato in atmosfere di forno comprendenti gas con un contenuto di carbonio (prodoto liquefatto). In questa maniera il contenuto di carbonio viene aumentato allo 0,4-0, 9% nello strato superficiale, che è adattato con un certo spessore, per esempio 0,4-0, 8 mm. Dopo la creazione di un tale strato superficiale, il corpo viene sottoposto a trattamento termico (si veda più su) allo scopo di ridurre la durezza, per esempio a 10-50 HY1, nella porzione di strato esterno del suddetto strato superficiale. La porzione di strato esterno può essere scelta su uno spessore di 0,05-0,4 mm, preferibilmente di 0,1 -0,2 mm. In un tal modo, viene creato uno strato esterno con una durezza minore, in conformità con l'idea dell'invenzione, supportato da uno strato sottostante con una durezza più elevata. Sotto lo strato citato per ultimo, la durezza del materiale è minore della durezza del suddetto strato sottostante. Mediante il suddetto processo e le suddette caratteristiche, l'elemento di corpo interessato dell'attacco rapido può venire fabbricato a basso costo e con tecniche non complicate.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Una disposizione di una prima parte di attacco rapido (1, 2) che può venire portata in interazione con una seconda parte di attacco rapido (4) attraverso una porzione di interazione (1) in cui, in un'interazione, le parti possono venire tenute insieme anche ad elevata pressione dei fluido o elevati picchi della pressione del fluido, per esempio 1000 bar o più, mediante elementi di bloccaggio (5), per esempio sfere di bloccaggio, talloni e così via, che possono interagire con la suddetta porzione (1) in un bloccaggio delle parti di attacco rapido, in cui la suddetta porzione di interazione è progettata con uno strato superficiale (9) che dà luogo ad una flessibilità sostanzialmente senza fessurazioni per gli elementi di bloccaggio (5), e in cui uno o più strati (10, 12) sottostanti al suddetto strato superficiale (9) presentano una durezza più elevata rispetto allo strato superficiale, tutto ciò allo scopo di produrre la necessaria resistenza nei confronti della suddetta elevata pressione del fluido.
2. La disposizione come rivendicata nella rivendicazione 1, in cui la porzione di interazione è costituita da una parte a nipplo sulla prima parte di attacco rapido (1, 2) che può venire inserita nella· seconda parte di attacco rapido (4) attraverso o con la suddetta parte a nipplo.
3. La disposizione come rivendicata nella rivendicazione 1 o 2, in cui gli elementi di bloccaggio sono del tipo che in funzione di bloccaggio dà luogo a contatti puntiformi estesi (5a) con il materiale di superficie della porzione di interazione, e in cui la porzione di interazione presenta la suddetta disposizione di superficie e strato sottostante almeno nelle parti che interagiscono con gli elementi di bloccaggio.
4. La disposizione come rivendicata in una qualunque delle rivendicazioni precedenti in cui il rispettivo contatto tra il rispettivo elemento di bloccaggio (sfera di bloccaggio) e il materiale superficiale della porzione di interazione produce il risultato che, al verificarsi della suddetta pressione del fluido relativamente elevata 0 dei suddetti picchi di pressione del fluido relativamente elevati, l'elemento di bloccaggio è in grado di appoggiarsi su una funzione ammortizzatrice fornita dal materiale della superficie senza che si verifichi una considerevole formazione di fessurazioni, le superfici di contatto tra l'elemento di bloccaggio e il materiale della superficie essendo ingrandite ed essendovi una maggiore capacità di supportazione di carico dell'elemento di bloccaggio.
5. La disposizione come rivendicata nella rivendicazione 4, in cui il materiale della superficie lavora con una elasticità per le suddette interazioni dell'elemento di bloccaggio. .
6. La disposizione come rivendicata in una qualunque delle rivendicazióni precedenti in cui la porzione di interazione può essere ancorata nell'effettiva parte1 di attacco attraverso giunti, per esempio giunti filettati, e in cui la suddetta disposizione di superficie e strato sottostante, per quanto riguarda la durezza, è disposta anche nei suddetti giunti.
7. La disposizione come rivendicata in una qualunque delle rivendicazioni precedenti in cui lo strato superficiale presenta uno spessore di 0,05-0,4 mm, preferibilmente di 0,1 -0,3 mm.
8. La disposizione come rivendicata in una qualunque delle rivendicazioni precedenti in cui la durezza nel materiale dello strato superficiale è minore della durezza nello strato sottostante / anima in misura di 10-50 unità Hvl.
9. La disposizione come rivendicata nella rivendicazione 8 in cui lo strato superficiale presenta una durezza di 500-540 Hvl.
10. La disposizione come rivendicata nella rivendicazione 8 in cui lo strato sottostante o gli strati sottostanti / anima è o sono scelti con una durezza di 530-570 Hvl.
11. La disposizione come rivendicata nella rivendicazione 1 in cui la porzione di interazione (1) è fatta di materiale adatto ad essere reso più tenace (toughenable), con adatti contenuti di carbonio e manganese, in aggiunta a cui è incluso piombo essenzialmente allo scopo di evitare la formazione di solfuri, al fine di ottenere una resistenza trasversale ottimale nel materiale della porzione di interazione.
12. La disposizione come rivendicata in una qualunque delle rivendicazioni precedenti in cui lo strato superficiale è progettato in modo da permettere l'interazione con una superficie sferica sul rispettivo elemento di bloccaggio attraverso una parte (5b) a forma di calotta e in cui, nel caso di una forma sferica del rispettivo elemento di bloccaggio, la parte a forma di calotta costituisce 1/2000- * 1/500 della superficie di forma sferica.