RU2019352C1

RU2019352C1 - Threaded surface forming method

Info

Publication number: RU2019352C1
Authority: RU
Inventors: М.З. Хостикоев; А.Н. Овсеенко; В.А. Губарь; А.И. Терещенко; Н.И. Лукинов; А.А. Губарь
Original assignee: Государственная академия нефти и газа им.И.М.Губкина
Priority date: 1991-07-15
Filing date: 1991-07-15
Publication date: 1994-09-15

Abstract

FIELD: plastic working of metals. SUBSTANCE: method involves moving knurling tool along generatrix surface of article by a succession of longitudinal passes and transverse feed imparted during intervals between longitudinal passes. To effectuated each consecutive pass, knurling tool is installed in the initial position in spaced relation with respect to the initial position of the previous pass in the direction opposite to that of longitudinal pass, with space value being equal to axial elongation of article after previous pass. Knurling tool is moved in the transverse feed direction for a value inversely proportional to the number of longitudinal passes. Longitudinal passes are effectuated with threaded surface pitch value discretely increasing for each subsequent pass by a value equal to axial elongation of pitch after previous pass to nominal pitch value during effectuating terminating longitudinal pass providing forming of threaded surface. EFFECT: increased efficiency and simplified construction. 3 dwg

Description

Изобретение относится к металлообработке и может быть использовано для формирования резьбовых поверхностей пластическим деформированием. The invention relates to metal working and can be used to form threaded surfaces by plastic deformation.

Известен способ формирования поверхностей, заключающийся в том, что вращающаяся заготовка обкатывается однороликовым накатывающим инструментом с осевой его подачей, в результате чего заготовка приобретает требуемую форму и размеры. A known method of forming surfaces, which consists in the fact that the rotating workpiece is rolled in with a single-roll rolling tool with its axial feed, as a result of which the workpiece acquires the desired shape and size.

Известен способ формирования резьбовых поверхностей перемещением накатывающего инструмента из исходного положения вдоль образующей поверхности обрабатываемого вращающегося изделия, путем выполнения последовательных продольных формобразующих проходов и поперечной рабочей подачи, сообщаемой в промежутках между продольными проходами. A known method of forming threaded surfaces by moving a rolling tool from its initial position along the generatrix of the surface of the rotatable workpiece by performing successive longitudinal forming passages and a transverse working feed communicated between the longitudinal passages.

Однако известные способы формирования резьбовых поверхностей не обеспечивают получения изделий высокого качества. При выполнении накатывающим инструментом каждого продольного формобразующего прохода, вытесняемый металл заготовки перемещается не только из впадины резьбы в ее выступ, но также и вдоль формируемой канавки резьбовой поверхности, что вызывает осевое удлинение (осевую вытяжку) заготовки и ее скручивание вокруг своей оси. However, the known methods of forming threaded surfaces do not provide high quality products. When the rolling tool performs each longitudinal forming passage, the extruded metal of the workpiece moves not only from the cavity of the thread into its protrusion, but also along the formed groove of the threaded surface, which causes axial elongation (axial drawing) of the workpiece and its twisting around its axis.

В результате каждого продольного формообразующего прохода формируемая резьбовая поверхность, торец заготовки и начала захода резьбы перемещаются в осевом направлении, при этом, как следствие, искажается шаг образуемой резьбовой поверхности. После каждого продольного формообразующего прохода накатывающий инструмент, устанавливаемый в прежнее исходное положение, оказывается не сориентированным на начало захода резьбы, а бывает смещен относительно него на величину, которая соответствует величине осевого удлинения заготовки от деформирующего воздействия на нее предыдущего продольного формообразующего прохода инструмента. As a result of each longitudinal forming passage, the formed threaded surface, the end face of the workpiece and the beginning of the thread approach move in the axial direction, and, as a result, the pitch of the formed threaded surface is distorted. After each longitudinal forming pass, the rolling tool, set to its original starting position, is not oriented towards the beginning of the thread approach, but is shifted relative to it by a value that corresponds to the axial elongation of the workpiece from the deforming effect of the previous longitudinal forming pass of the tool.

В известных способах формообразования резьбовых поверхностей этот недостаток, обусловленный неизменностью в осевом направлении исходного положения накатывающего инструмента для выполнения каждого последующего продольного формообразующего прохода, приводит к разбивке канавки резьбы, увеличению размеров впадины и уменьшению размеров вершины резьбы, искажению ее профиля и, в ряде случаев - при значительном осевом удлинении заготовки - к браку деталей по резьбе или к неосуществимости процесса обработки. In known methods of forming threaded surfaces, this drawback, due to the axial direction of the initial position of the rolling tool for each subsequent longitudinal forming pass, leads to a breakdown of the groove of the thread, an increase in the size of the depression and a decrease in the size of the tip of the thread, distortion of its profile and, in some cases, with significant axial elongation of the workpiece - to the rejection of parts by thread or to the impracticability of the processing process.

Целью настоящего изобретения является улучшение качества резьбы изделия. The aim of the present invention is to improve the quality of the thread of the product.

Поставленная цель достигается тем, что для формирования резьбовых поверхностей накатывающий инструмент перемещают из исходного положения вдоль образующей поверхности вращающегося обрабатываемого изделия, осуществляя последовательно продольные формообразующие проходы и поперечную рабочую подачу, сообщаемую в промежутках между продольными проходами, причем отличием предложенного способа является то, что с целью улучшения качества резьбы изделия накатывающий инструмент устанавливают для выполнения каждого последующего продольного формообразующего прохода в исходное положение, смещенное относительно исходного положения инструмента при выполнении предыдущего прохода в направлении, противоположном направлению продольного формообразующего прохода, на величину осевого удлинения заготовки после предыдущего прохода и в направлении поперечной рабочей подачи инструмента на величину, обратно пропорциональную числу продольных формообразующих проходов, и выполняют последовательно продольные формообразующие проходы с шагом винтовой резьбовой поверхности, дискретно увеличивающимся для каждого последующего прохода до номинального значения шага в последнем продольном формообразующем проходе. This goal is achieved by the fact that for the formation of threaded surfaces, the rolling tool is moved from its initial position along the forming surface of the rotating workpiece by sequentially longitudinal forming passages and a transverse working feed communicated between the longitudinal passages, and the difference between the proposed method is that with the aim improve the quality of the thread of the product rolling tool set to perform each subsequent longitudinal about the forming passage to the initial position, offset from the initial position of the tool when performing the previous passage in the direction opposite to the direction of the longitudinal forming passage, by the amount of axial elongation of the workpiece after the previous passage and in the direction of the transverse working feed of the tool by an amount inversely proportional to the number of longitudinal forming passes, and perform sequentially longitudinal forming passages with a pitch of a screw threaded surface, discre but increasing for each successive pass up to the nominal value in the last step of shaping the longitudinal passage.

На фиг.1-3 представлена схема формирования резьбовых поверхностей предлагаемым способом и циклограмма перемещения накатывающего инструмента, где в качестве примера число продольных формообразующих проходов принято равным 5. Figure 1-3 presents a diagram of the formation of threaded surfaces of the proposed method and a cyclogram of movement of the rolling tool, where as an example the number of longitudinal forming passages is taken to be 5.

Описание предлагаемого способа формирования резьбовых поверхностей является примером его осуществления. Для осуществления способа требуются известные технические средства: токарно-винторезный станок или токарно-резьбонарезной полуавтомат и инструмент, представляющий собой держатель с установленным в нем свободно вращающимся накатывающим роликом. Режимы накатывания устанавливаются с учетом конкретных условий обработки, исходя из существующих нормативов. Description of the proposed method of forming threaded surfaces is an example of its implementation. To implement the method, well-known technical means are required: a screw-cutting machine or a semi-automatic turning and thread-cutting machine and a tool, which is a holder with a freely rotating rolling roller installed in it. Modes of rolling are set taking into account specific processing conditions, based on existing standards.

Инструмент, несущий свободно вращающийся накатывающий ролик, перемещают при выполнении первого продольного формообразующего прохода A₁ из исходного положения 1₁ в конечное положение 2₁, после чего отводят от заготовки перемещения B₁ в положение 3₁. Обратное перемещение С в точку 4 не равно по длине рабочему перемещению A₁. Обратное перемещение больше рабочего на величину Δ l₁ осевого удлинения заготовки, являющегося результатом приращения ее длины вследствие выполнения первого продольного формообразующего прохода A₁. Поперечная подача D₂для выполнения следующего (второго) продольного формообразующего прохода несколько больше величины отвода инструмента B₁ по окончании предыдущего прохода, что определяет величину припуска под обработку во втором проходе, т.е. величину поперечной рабочей подачи S_n2инструмента. Второй продольный формообразующий проход выполняют из нового исходного положения 1₂ повторением описанной последовательности перемещения инструмента. При выполнении каждого последующего формообразующего прохода накатывающий инструмент устанавливают в новое исходное положение 1₃, 1₄, 1₅, т.е. с учетом приращения длины заготовки Δ l₂, Δ l₃, Δ l₄после осуществления каждого предыдущего продольного прохода. Таким образом, исходное положение накатывающего инструмента для осуществления каждого последующего продольного формообразующего прохода последовательно смещают вдоль оси заготовки в направлении приращения ее торца, т.е. в сторону, противоположную направлению продольного формобразующего прохода на величину Δ l₁, Δ l₂, Δ l₃, Δ l₄, соответствующую осевому удлинению заготовки в результате предыдущего прохода. Кроме того, исходное положение инструмента смещают в направлении поперечной его подачи S_n1, S_n2,S_n3,S_n4,S_n5на величину, обратно пропорциональную числу i продольных формообразующих проходов. Обработка всего припуска и формирование готовой винтовой поверхности полного профиля осуществляется за i последовательных продольных формообразующих проходов инструмента. В промежутках между продольными проходами, поперечным перемещением инструмента ему сообщается рабочая подача S_n = H/i, где H - общая высота (глубина) обработки.A tool carrying a freely rotating rolling roller is moved when the first longitudinal forming passage A _{1 is} made from the initial position 1 ₁ to the final position 2 ₁ , and then it is moved away from the workpiece of movement B ₁ to position 3 ₁ . The reverse movement of C to point 4 is not equal in length to the working movement of A ₁ . The reverse movement is greater than the working one by the value Δ l _{1 of the} axial elongation of the workpiece, which is the result of an increment of its length due to the first longitudinal forming passage A ₁ . The transverse feed D ₂ to perform the next (second) longitudinal forming pass is slightly larger than the amount of tool retraction B ₁ at the end of the previous pass, which determines the amount of machining allowance in the second pass, i.e. the value of the transverse working feed S _n2 tool. The second longitudinal shaping passage is performed from the new starting position 1 _{2 by} repeating the described sequence of tool movement. When performing each subsequent forming pass, the rolling tool is set to a new initial position 1 ₃ , 1 ₄ , 1 ₅ , i.e. taking into account the increment of the length of the workpiece Δ l ₂ , Δ l ₃ , Δ l ₄ after each previous longitudinal passage. Thus, the initial position of the rolling tool for the implementation of each subsequent longitudinal forming passage is sequentially shifted along the axis of the workpiece in the direction of increment of its end face, i.e. in the direction opposite to the direction of the longitudinal forming passage by Δ l ₁ , Δ l ₂ , Δ l ₃ , Δ l ₄ corresponding to the axial elongation of the workpiece as a result of the previous pass. In addition, the initial position of the tool is shifted in the direction of its transverse feed S _n1 , S _n2 , S _n3 , S _n4 , S _n5 by an amount inversely proportional to the number i of longitudinal forming passages. The processing of the entire allowance and the formation of the finished helical surface of the full profile is carried out for i consecutive longitudinal shaping tool passes. In the intervals between the longitudinal passages, the transverse movement of the tool, he is informed of the working feed S _n = H / i, where H is the total height (depth) of the treatment.

Осевое удлинение заготовки при выполнении каждого продольного формообразующего прохода приводит к осевой растяжке шага обрабатываемой винтовой резьбовой поверхности. Для обеспечения номинальной величины шага P в готовом изделии, т.е. в результате выполнения последнего прохода, учитывает осевую растяжку шага, сопровождающую каждый продольный проход инструмента. The axial elongation of the workpiece during each longitudinal forming passage leads to axial stretching of the pitch of the machined screw threaded surface. To ensure the nominal step size P in the finished product, i.e. as a result of the last pass, it takes into account the axial stretching of the step that accompanies each longitudinal pass of the tool.

С целью исключения возможности выхода величины шага за номинальный размер, все проходы, предшествующие последнему, выполняют с шагами P₁, P₂... P_i, меньшими номинального шага на величину, учитывающую осевую растяжку шага, обусловленную осевым удлинением заготовки от выполнения каждого прохода: P₁<P₂<...<P_i. Шаг формируемой винтовой резьбовой поверхности на промежуточных проходах, исключая последний проход, равен соответственно для каждого из проходов
P₁=

; P₂=

; ... P_i-1=

, где l - исходная длина накатываемой части заготовки;
Δ l₁, Δ l₂, Δ l_i-1 - величина осевого удлинения заготовки в результате соответствующего промежуточного прохода инструмента;
n₁, n₂,...n_i-1 - количество выступов винтовой резьбовой поверхности на накатанной части заготовки в результате выполнения соответствующего промежуточного прохода инструмента.In order to exclude the possibility of the step size exceeding the nominal size, all passes preceding the last are performed with steps P ₁ , P ₂ ... P _i less than the nominal step by an amount taking into account the axial stretching of the step, due to the axial elongation of the workpiece from each passage : P ₁ <P ₂ <... <P _i. The step of the formed screw threaded surface on the intermediate passages, excluding the last pass, is respectively equal for each of the passages
P ₁ =

; P ₂ =

; ... P _i-1 =

where l is the initial length of the rolled part of the workpiece;
Δ l ₁ , Δ l ₂ , Δ l _i-1 - the axial elongation of the workpiece as a result of the corresponding intermediate passage of the tool;
n ₁ , n ₂ , ... n _i-1 - the number of protrusions of the screw threaded surface on the knurled part of the workpiece as a result of the corresponding intermediate passage of the tool.

Перед последним проходом шаг формируемой винтовой резьбовой поверхности в результате его суммарной растяжки от всех предшествующих проходов приближается к номинальному. Последний продольный формобразующий проход выполняется с шагом P_i, соответствующим номинальному шагу винтовой резьбы
P_i=

, где Δ l_i - величина осевого удлинения заготовки в результате последнего прохода инструмента,
n_i - количество выступов винтовой резьбовой поверхности на накатанной части изделия в результате выполнения последнего прохода инструмента.Before the last pass, the pitch of the formed screw threaded surface as a result of its total extension from all previous passages approaches the nominal one. The last longitudinal shaping passage is performed with a step P _i corresponding to the nominal pitch of the screw thread
P _i =

where Δ l _i is the axial elongation of the workpiece as a result of the last pass of the tool,
n _i - the number of protrusions of the screw threaded surface on the knurled part of the product as a result of the last pass of the tool.

Результатом последовательной дискретно управляемой растяжки шага за i продольных формообразующих проходов является приведение шага формируемой резьбовой поверхности на последнем проходе к номинальному значению. Величины осевого удлинения заготовки при накатывании винтовых резьбовых поверхностей определяется расчетным путем по известным зависимостям. The result of a sequential discretely controlled stretching of the step for i longitudinal forming passages is to bring the step of the formed threaded surface on the last pass to the nominal value. The magnitude of the axial elongation of the workpiece during rolling of screw threaded surfaces is determined by calculation by known dependencies.

Режимы обработки устанавливаются исходя из конкретных условий обработки по существующим нормативам. Processing modes are set based on specific processing conditions in accordance with existing standards.

Пример конкретного выполнения. An example of a specific implementation.

Накатывалась трапецеидальноупорная коническая резьба ОТТГ 1 при использовании резьбонарезного станка 1Н983 за 5 последовательных продольных формообразующих проходов инструмента, имеющего свободно вращающийся на оси накатывающий ролик с одним резьбовым кольцевым витком. Обрабатываемая сталь имела следующие исходные физико-механические свойства: временное сопротивление разрыву G_в = 900 МПа, предел текучести G_т = 750 МПа относительное удлинение δ₅ = 12%, δ₁₀ = 10%. Шероховатость заготовки под накатывание - R_x = 20-40 мкм. Охлаждающие - смазывающая жидкость - масло индустриальное 30. Материал накатывающего ролика - сталь 6Х6 ВЗМФС по ГОСТ 5950-73. Для получения сравнительных данных проводилось накатывание резьбы с помощью универсальной резьбонакатной головки за один проход инструмента при прочих равных условиях осуществления способов обработки. Номинальные значения основных параметров резьбы и отклонения этих значений от номинальных при накатывании сопоставляемыми обработки представлены в таблице.The OTTG 1 trapezoidal conical thread was rolled using an 1N983 thread-cutting machine for 5 consecutive longitudinal forming passes of a tool having a rolling roller freely rotating on the axis with one threaded ring turn. Processed raw steel had the following physical properties: tensile strength _{in the} G = 900 MPa, yield strength G _m = 750 MPa, elongation δ ₅ = 12%, δ ₁₀ = 10%. The roughness of the workpiece for rolling - R _x = 20-40 microns. Cooling - lubricating fluid - industrial oil 30. Material of the rolling roller - steel 6X6 VZMFS according to GOST 5950-73. To obtain comparative data, the thread was rolled using a universal thread rolling head in one pass of the tool, ceteris paribus conditions of the processing methods. The nominal values of the main parameters of the thread and the deviations of these values from the nominal values when rolling by comparable processing are presented in the table.

Наряду с двумя сопоставляемыми способами обработки, приведенными в таблице, проводилось накатывание резьб ОТТГ 1 за 5 продольных формообразующих проходов третьим сопоставляемым способом. Технологические условия осуществления процесса не отличались от условий реализации предлагаемого способа, однако инструмент после выполнения каждого продольного формообразующего прохода, устанавливался вдоль оси заготовки в прежнее исходное положение. Циклограмма перемещений инструмента по третьему способу обработки аналогична циклограмме перемещений резьбонарезной гребенки при работе на токарно-резьбонарезном полуавтомате. Результаты измерения резьбы накатанной этим способом наказывают, что отклонения значений шага резьбы в 3-4 раза превышают допустимые ТУ 14-3-902-80. Параметры шероховатости обработанной поверхности находятся в пределах, близких к указанным в таблице. Along with the two comparable processing methods shown in the table, the OTTG 1 threads were rolled for 5 longitudinal forming passages in a third comparable way. Technological conditions for the implementation of the process did not differ from the conditions for the implementation of the proposed method, however, the tool after each longitudinal forming passage was installed along the axis of the workpiece in its original starting position. The cycle diagram of tool movements according to the third processing method is similar to the cycle diagram of movements of a thread-cutting comb during operation on a turning-thread-cutting semiautomatic device. The results of measuring the thread knurled in this way punish that the deviations of the thread pitch are 3-4 times higher than the permissible TU 14-3-902-80. The roughness parameters of the processed surface are within the limits close to those indicated in the table.

Анализ данных, приведенных в таблице, показывает, что при формировании винтовой резьбовой поверхности предлагаемым способом (по сравнению с накатыванием резьбонакатной головкой) обеспечивается улучшение качества резьбы изделия, увеличивается точность ее параметров, уменьшается шероховатость поверхности. При этом среднее количество деталей, обработанных до полного износа инструмента составило: при обработке предлагаемым способом - 990 шт. , при обработке резьбонакатной головкой - 765 шт. An analysis of the data given in the table shows that when forming a screw threaded surface by the proposed method (as compared to rolling a thread rolling head), the thread quality of the product is improved, the accuracy of its parameters increases, and the surface roughness decreases. In this case, the average number of parts processed to complete tool wear was: when processing the proposed method - 990 pcs. , when processing a thread rolling head - 765 pcs.

Использование предлагаемого способа формирования наружных и внутренних, цилиндрических и конических винтовых резьбовых поверхностей обеспечивается по сравнению с существующими способами следующие преимущества: улучшение качества деталей по точности и шероховатости обработанной поверхности; повышение работоспособности инструмента; возникновение новой области применения процесса накатывания резьб на трубках и муфтах с использованием токарно-резьбонарезных полуавтоматов; возможность накатывания высокопрочных материалов и тонкостенных труб, благодаря возможности увеличения числа продольных проходов инструмента и уменьшения величин подач инструмента; возможность управления в определенных пределах промежуточными объемами деформаций материала изделий без изменения конструкции инструмента. Using the proposed method of forming the outer and inner, cylindrical and conical screw threaded surfaces, the following advantages are provided in comparison with existing methods: improving the quality of parts in terms of accuracy and roughness of the processed surface; increase tool performance; the emergence of a new field of application of the thread rolling process on tubes and couplings using semi-automatic turning and thread-cutting machines; the ability to roll high-strength materials and thin-walled pipes, due to the possibility of increasing the number of longitudinal tool passes and reducing tool feeds; the ability to control, within certain limits, intermediate volumes of deformations of the material of products without changing the design of the tool.

В настоящее время операция формирования наружных и внутренних цилиндрических и конических винтовых резьбовых поверхностей на рубах нефтяного сортамента осуществляется способом многопроходного нарезания на токарно-резьбонарезных полуавтоматах. Использование предлагаемого способа обработки на существующем оборудовании позволяет повысить качество резьбы по параметрам точности и шероховатости поверхности. Currently, the operation of forming the outer and inner cylindrical and conical screw threaded surfaces on the oilfield gauges is carried out by the multi-pass cutting method on semi-automatic turning and thread-cutting machines. Using the proposed processing method on existing equipment can improve the quality of the thread in terms of accuracy and surface roughness.

Claims

METHOD FOR THREADED SURFACES FORMATION by moving the rolling tool from its initial position along the forming surface of the rotating workpiece by means of successive forming passages and a transverse working feed communicated between the longitudinal passages, characterized in that the rolling tool for making each subsequent longitudinal forming pass is set to the initial position offset from the initial position of the tool pr and performing the previous pass in the direction opposite to the direction of the longitudinal forming pass by the axial elongation of the workpiece after the previous pass and in the direction of the transverse feed of the tool by an amount inversely proportional to the number of longitudinal forming passages, and successively performing longitudinal forming passages with a pitch of a screw threaded surface, discretely increasing for each subsequent pass by the value of the axial elongation of the step after the previous pass the nominal value in the last step of shaping the longitudinal passage.