СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ КОНИЧЕСКОЙ РЕЗЬБЫ ДЕТАЛЕЙ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО РЕЗЬБОВОГО УЧАСТКА НЕФТЕПРОМЫСЛОВОЙ ТРУБЫ, И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК B23P6/00 B23G1/22 

Изобретение относится к области восстановительных и упрочняющих методов обработки в машиностроении, а именно к технологии и оборудованию, которые применяются в процессе ультразвуковой обработки наружного или внутреннего резьбового участка деталей, преимущественно, таких составных элементов нефтяной колонны как насосно-компрессорная, бурильная и обсадная труба или же таких как переводник и муфта, посредством которых производится соединение труб в нефтяную колонну. Настоящее изобретение может быть использовано для восстановительно-упрочняющей ультразвуковой обработки резьбовых участков составных элементов нефтяной колонны после их соответствующей эксплуатации в скважине или же для упрочняюще-корректирующей ультразвуковой обработки резьбовой поверхности новых, т.е. только что изготовленных, составных элементов нефтяной колонны.

Известен способ ультразвуковой обработки резьбового участка составного элемента нефтяной колонны, который заключается в одновременно проводимых ультразвуковом воздействии (Далее под термином "Ультразвуковое воздействие" подразумевается возбуждение акустических волн в системе "инструмент-деталь" с обеспечением в зоне их контакта относительных ультразвуковых колебаний с заданной амплитудой) на резьбовой участок и пластическом деформировании его резьбовой поверхности, которые выполняют во время цикла операций с навинчиванием, развинчиванием резьбового участка обрабатываемой детали и ответного резьбового участка инструмента, а также с выстоем между ними. Способ осуществляют посредством сообщения вращательно-поступательного движения обрабатываемой детали и поступательного перемещения рабочему инструменту. При осуществлении этого способа ультразвуковое воздействие начинают во время первой операции с навинчиванием, продолжают при выстое участков в навинченном положении и выполняют его в течение времени, определяемого с учетом физико-механических свойств материала обрабатываемой детали и температуры окружающей среды, а заканчивают перед разъединением участков.

Вместе с этим, согласно данному способу ультразвуковые колебания в зону обработки вводят через рабочий инструмент, а вращение в направлении навинчивания выполняют с измерением момента сопротивления вращению. Вращение останавливают при достижении нормированного значения крутящего момента, осуществляют выстой и последующее относительное вращение в направлении развинчивания на 1-2 оборота. Такие операции проводят, при необходимости, повторно до достижения осевого натяга, соответствующего аттестации резьбового участка "годным по калибру" [1].

Основной недостаток этого способа заключается в том, что ультразвуковое воздействие избирательно на фронтальную вставную или тыльную нагрузочную сторону головки профиля резьбы не производится. В результате этого резьбовой участок обрабатываемой детали не приобретает в полной мере всех эксплуатационных возможностей, которые могут быть достигнуты при его ультразвуковой обработке.

Известен также способ ультразвуковой обработки конической резьбы детали, преимущественно резьбового участка трубной заготовки для составного элемента нефтяной колонны, включающий введение резьбовых участков обрабатываемой детали и рабочего инструмента в первичное соприкосновение между ними, посадку резьбовых участков по вершинам их резьбы, проведение операций с относительным вращением участков в направлениях навинчивания и развинчивания, преимущественно с выстоем между ними, сопровождающимся прижимом участков фронтальными резьбовыми поверхностями, а также последующее разъединение резьбовых участков, при осуществлении которого контролируют крутящий момент и глубину посадки резьбовых участков, а ультразвуковое воздействие осуществляют вводя колебания в зоны контакта резьбовых участков, преимущественно через инструмент, начиная его во время первой операции с навинчиванием, продолжая при операции с выстоем и завершая его по окончании обработки до заключительного разъединения резьбовых участков [2].

Основной недостаток этого способа заключается в том, что весьма подверженные износу вершины профиля резьбы не подвергаются обработке с ультразвуковым воздействием. В результате этого степень ультразвукового упрочнения вершин при фронтальной вставной грани резьбовой поверхности детали, а также глубина создаваемого упрочненного слоя на вершине головки профиля не достигают тех значений, которые обеспечили бы обрабатываемому резьбовому участку наиболее высокие эксплуатационные возможности.

Данный способ является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и принят в качестве прототипа.

Этот способ может быть осуществлен с помощью установки, включающей станину с расположенными на ней узлами фиксации продольного положения и зажима обрабатываемой детали и приводами, реализующими навинчивание и развинчивание резьбовых участков обрабатываемой детали и рабочего инструмента, каретку с узлом крепления инструмента, установленную на станине с возможностью возвратно-поступательного движения по направляющим, систему контролирующих датчиков, обеспечивающих измерение крутящего момента и глубины посадки участков, а также и ультразвуковую колебательную систему, которая с помощью подвески установлена в каретке с возможностью вращательного и поступательного перемещения относительно ее геометрического центра и имеет связанные между собой источник ультразвуковых колебаний и стержнеобразный рабочий резьбовой инструмент [2].

Основной недостаток этой установки, принятой в качестве прототипа, заключается в том, что она не обеспечивает требуемых точности и качества обработки вершин резьбы.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание технологии ультразвукового воздействия на резьбовой участок составного элемента нефтяной колонны и оборудования, ее реализующего, обеспечивающих обрабатываемому элементу максимальные эксплуатационные возможности, которые позволят повысить надежность резьбовых соединений, в частности, нефтяной колонны и, следовательно, увеличить количество спуско-подъемных операций, проводимых на нефтяной скважине с одними и теми же трубами.

Технический результат настоящего изобретения заключается в обеспечении наиболее рационального использования энергии ультразвуковых колебаний и в повышении точности выполняемых технологических переходов при осуществлении навинчивания и развинчивания.

Данный технический результат в способе ультразвуковой обработки конической резьбы деталей, преимущественно резьбового участка нефтепромысловой трубы, включающем введение резьбовых участков обрабатываемой детали и рабочего инструмента в первичное соприкосновение между ними, посадку резьбовых участков по вершинам их резьбы, проведение операций с относительным вращением участков в направлениях навинчивания и развинчивания, преимущественно, с выстоем между ними, сопровождающимся прижимом участков фронтальными резьбовыми поверхностями, а также последующее разъединение резьбовых участков, при осуществлении которого контролируют крутящий момент и глубину посадки резьбовых участков, ультразвуковые колебания вводят в зоны контакта резьбовых участков, преимущественно через инструмент, а ультразвуковое воздействие начинают во время первой операции с навинчиванием, продолжают при операции с выстоем и завершают его при окончании обработки до заключительного разъединения резьбовых участков, согласно настоящему изобретению достигается за счет того, что резьбовой участок обрабатываемой детали подвергают дополнительному ультразвуковому воздействию, которое осуществляют до начала проведения первой операции с навинчиванием и/или после окончания развинчивания перед заключительным разъединением резьбовых участков или после него.

Этому способствует и то, что ультразвуковые колебания при дополнительном воздействии вводят, по аналогии с основным ультразвуковым воздействием, на частоте в диапазоне 16-80 кГц с амплитудой в 1,0-30 мкм, преимущественно, в зоны контакта закруглений вершин ниток резьбы со стороны вставной фронтальной грани резьбовой поверхности обрабатываемого резьбового участка. При этом продолжительность дополнительного ультразвукового воздействия задают в связи с маркой материала детали или группой прочности трубы, температурой окружающей среды и устанавливают обеспечивающей упрочнение поверхности металла на закруглениях вершин обрабатываемой резьбы со стороны ее фронтальной грани до микротвердости в диапазоне 2000-6500 Н/мм² и на глубину 10-40 мкм.

Достижению технического результата способствует также и то, что при проведении дополнительного ультразвукового воздействия относительное вращение выполняют в направлении развинчивания, причем вращение осуществляют, по меньшей мере, на один полный оборот, определяемый по изменению глубины посадки на 1 шаг резьбы, основное и дополнительное ультразвуковое воздействие осуществляют с одинаковыми и/или разными амплитудами колебаний, а навинчивание и развинчивание резьбовых участков осуществляют с одинаковыми и/или разными технологическими скоростными режимами, при этом для осуществления дополнительного ультразвукового воздействия после окончания развинчивания резьбовые участки обрабатываемой детали и рабочего инструмента после их разъединения вновь вводят в механическое соприкосновение между ними и осуществляют посадку участков по вершинам резьбы.

Вышеуказанный технический результат в установке для ультразвуковой обработки конической резьбы деталей, преимущественно резьбового участка нефтепромысловой трубы, включающей станину с узлом зажима обрабатываемой детали, каретку с узлом крепления инструмента, механические приводы, обеспечивающие соприкосновение, навинчивание, развинчивание и разъединение резьбовых участков обрабатываемой детали и рабочего инструмента и ультразвуковую колебательную систему, которая образована соединенными между собой источником ультразвуковых колебаний и стержнеобразным или трубчатым волноводом с рабочим инструментом, резьбовой участок которого выполнен ответным обрабатываемому резьбовому участку детали, согласно настоящему изобретению достигается за счет того, что она дополнительно снабжена датчиком-индикатором механического соприкосновения обрабатываемой детали и рабочего инструмента, который выполнен в виде регистратора электрического или акустического замыкания в цепи инструмент-деталь, подключенным к цепи управления приводами.

Предлагаемый способ ультразвуковой обработки резьбового участка составного элемента нефтяной колонны предопределяет различные варианты его осуществления и, следовательно, разные конструкции установок, посредством которых может быть реализован какой-то один из всех возможных вариантов его осуществления. Вместе с этим также возможно и создание такой одной установки, на которой могут быть реализованы все возможные варианты осуществления предлагаемого способа.

Так, например, при реализации настоящего изобретения в зависимости как от состояния резьбовой поверхности обрабатываемого элемента, так и от того, какие эксплуатационные свойства необходимо ему обеспечить, вращательное движение и/или возвратно-поступательное перемещение можно сообщать обрабатываемому элементу и/или рабочему инструменту, при этом введение ультразвуковых колебаний в зону обработки как при основном, так и при дополнительном ультразвуковом воздействии можно проводить через рабочий инструмент и/или обрабатываемый элемент, используя для этого один или несколько источников ультразвуковых колебаний. При этом во время выполнения навинчивания и/или развинчивания можно проводить и/или не проводить реверсирование направления вращения и/или возвратно-поступательного перемещения, а основное и дополнительное ультразвуковое воздействие - осуществлять с одинаковой и/или с разными частотами, амплитудой и интенсивностью колебаний, устанавливая их индивидуальную и суммарную продолжительность воздействий с учетом физико-механических свойств материала обрабатываемого элемента, состояния геометрических параметров профиля его резьбовой поверхности и акустических характеристик ультразвукового воздействия. Причем, основное ультразвуковое воздействие можно проводить во время всего процесса обработки резьбового участка детали или же только на одном из его этапов, а дополнительное ультразвуковое воздействие можно выполнять как до начала навинчивания, так и/или после завершения развинчивания, осуществляя постоянное вращение, например рабочего инструмента, в направлении, соответствующем направлению вращения при проведении развинчивания.

Настоящее изобретение иллюстрируется чертежами:

На Фиг.1 - представлен продольный разрез установки, в которой вращательное движение совершает обрабатываемая деталь;

На Фиг.2 - показано расположение резьбовых участков рабочего инструмента и обрабатываемой детали в момент посадки по вершинам резьбы, что совпадает с их расположением после скачкообразного перемещения инструмента к детали при дополнительном ультразвуковом воздействии на вершины обрабатываемой резьбы с относительным вращением участков в направлении развинчивания.

Ниже приводятся примеры конкретного выполнения установки для ультразвуковой обработки резьбового участка составного элемента нефтяной колонны и реализации предлагаемого способа, не исключающие других вариантов их осуществления в объеме формулы изобретения.

Установка для автоматизированной ультразвуковой обработки (Фиг.1) резьбового участка 1 составного элемента 2 нефтяной колонны, в частности, наружной конической резьбы ниппельного конца насосно-компрессорной трубы (далее НКТ), включает станину 3 с продольными направляющими 4, каретку 5, которая снабжена опорами в виде колес 6 и силовым пневмоприводом 7, сообщающим ей через кронштейн 8 возвратно-поступательное перемещение, ультразвуковую колебательную систему, которая посредством подвески установлена в каретке 5, систему контролирующих датчиков и расположенные на станине 3 узлы фиксации положения и зажима НКТ, а также привод, обеспечивающий вращение НКТ.

Ультразвуковая колебательная система установки включает связанные между собой посредством резьбовой шпильки (позицией не обозначена) источник ультразвуковых колебаний, образованный магнитострикционным преобразователем 9 и концентратором 10, и рабочий инструмент 11, выполненный трубчатым. Конический резьбовой участок 12 рабочего инструмента расположен на внутренней поверхности его свободного конца, выполнен (Фиг.2) со стружкоотводящими выемками и со сквозными пазами 13 и по геометрическим размерам и по параметрам профиля своей резьбовой поверхности практически полностью соответствует всем параметрам нормативной внутренней резьбы резьбового участка муфтового элемента нефтяной колонны.

Подвеска ультразвуковой колебательной системы в установке образована бачком 14 охлаждения магнитострикционного преобразователя 9 (подводы охлаждающей среды и электропитания к преобразователю не показаны), гильзой 15, выполненной в виде полого цилиндра, и кольцами 16, которые жестко соединены с корпусом каретки 5 и по скользящей посадке - с гильзой 15. Пружины 17 связывают внутреннюю поверхность гильзы 15 с внешней поверхностью бачка охлаждения 14 преобразователя и обеспечивают соосность расположения рабочего инструмента 11 и обрабатываемой детали 2 во время навинчивания и развинчивания их резьбовых участков.

Жестко закрепленный на станине 3 узел фиксации положения НКТ, обеспечивающий расположение ее резьбового участка 1 в зоне его обработки, представляет собой силовой пневмоцилиндр 18, на штоке которого расположена фиксирующая пластина 19, превышающая в своих поперечных размерах внешний диаметр торца резьбового участка обрабатываемой детали. Узел зажима НКТ установки смонтирован на стойке 20, жестко соединенной со станиной 3, и образован полым клиновым патроном 21, зажимными кулачками 22 и полым гидроприводом 23, обеспечивающим перемещение зажимных кулачков.

В установке привод вращения НКТ выполнен в виде взаимосвязанных между собой электродвигателя 24, ведущей 25 и ведомой 26 шестерен, последняя из которых жестко соединена с патроном 21. Система контроля работы установки состоит из датчика 27 крутящего момента, датчика 28 усилия фронтального поджима резьбовых участков 12 и 1, датчика 29 соприкосновения участков, датчика 30 глубины посадки участков. Датчики 27 и 28 установлены на внутренней поверхности гильзы 15 и связаны с внешней цилиндрической поверхностью бачка 14 охлаждения, также входящего и в состав ультразвуковой колебательной системы, которая в полости гильзы 15 установлена на пружинах 17 и, вследствие этого, имеет возможность ограниченного вращения вокруг своей продольной оси и перемещений в разных направлениях относительно геометрического центра гильзы 15. Датчик 29 соприкосновения инструмента и детали закреплен на корпусе 14 и выполнен в виде акселерометра продольных ускорений, регистрирующего акустическое замыкание в цепи инструмент-деталь по резкому изменению декремента затухания акустических колебаний в волноводной системе бачок 14 - концентратор 10 - инструмент 11 - резьбовой участок 1 НКТ. Датчик 30 глубины посадки закреплен на станине 3 и установлен с возможностью попеременного взаимодействия, соответственно, с фиксирующей пластиной 19 и с фланцем концентратора 10, который во время работы установки совершает поступательное движение совместно с инструментом.

Пример 1. Процесс восстановительно-упрочняющей ультразвуковой обработки достаточно изношенного резьбового участка НКТ после ее неоднократного соответствующего использования в составе нефтяной колонны, согласно предлагаемому способу, может быть осуществлен следующим образом.

Предварительно шток силового пневмоцилиндра 18 переводят в крайнее верхнее положение, в результате чего фиксирующая пластина 19 занимает свое рабочее положение. Затем с помощью рольганга (не показан) ниппельный конец трубы 2 через полости гидропривода 23 и клинового патрона 21 подают в зону обработки ее резьбового участка 1. При соприкосновении торца участка 1 трубы 2 с поверхностью фиксирующей пластины 19 поступательное перемещение трубы прекращается, и она под действием гидропривода 23 зажимается кулачками 22 клинового патрона 21. После этого фиксирующая пластина 19 пневмоцилиндром 18 отводится в ее исходное положение, включается силовой пневмоцилиндр 7 (рабочий диапазон 5 - 300 Н), который через кронштейн 8 со статическим усилием 15 Н сообщает каретке 5 поступательное перемещение по направляющим 4. При первичном соприкосновении рабочего инструмента 11 с резьбовым участком 1 трубы 2, в момент которого срабатывает датчик 29 соприкосновения, автоматически включается привод 24 на вращение детали 2 в направлении развинчивания (60 об/мин), а при срабатывании датчика 28, указывающего на достижение посадки резьбовых участков по вершинам резьбы с заданным фронтальным усилием поджима 15 Н, останавливают привод 7 продольного перемещения и включают ультразвуковой генератор. Фронтальные поверхности нескольких первых витков своими сегментами с высотой h₀ (см. Фиг.2) не более h₀ ^*=PK=0,16 мм (где Р - шаг резьбы, K - ее конусность) входят в так называемый Герцев контакт (выпуклостями) между собой и ультразвуковые колебания начинают передаваться от рабочего инструмента 11 зонам контакта фронтальной поверхности (В) первых витков обрабатываемого участка 1, что обуславливает начало процесса дополнительного ультразвукового воздействия на вершины резьбы. После завершения, например, ста оборотов вращения трубы 2, что эквивалентно дополнительному ультразвуковому воздействию в течение ста секунд, предварительно заданных для группы прочности Д и комнатной температуры как достаточного интервала для создания в винтовой полосе следов контактных зон на вершинах резьбы упрочненного слоя с микротвердостью в диапазоне 200-650 кгс/мм² и глубиной 10-40 мкм (когда датчик 30 сто раз выдаст сигнал о скачке глубины посадки на величину Р шага резьбы), осуществляется остановка электродвигателя 24. Реверсируется направление его вращения, выключается ультразвуковой генератор. В результате этого труба 2 начинает совершать вращение в направлении навинчивания в отсутствие ультразвуковых колебаний, чем обеспечивается защита обрабатываемой резьбы от повреждений захода в нитку прежде устойчивого расположения головок резьбы в канавках ответной. После завершения двух оборотов вращения в направлении навинчивания автоматически включается ультразвуковой генератор. При этом осуществляется как навинчивание резьбовых участков трубы 2 и рабочего инструмента 11, так и процесс основного ультразвукового воздействия по фронтальной вставной грани (В) резьбовой поверхности обрабатываемого участка трубы.

В тот момент времени, когда при выполнении навинчивания величина крутящего момента сопротивления в первый раз, равно как и в последующие, достигает предварительно устанавливаемого по датчику 27 значения (М=100 Н·м), равного нормированному его значению (10-15% от нормативного для эксплуатации НКТ), датчик 27 выдает команду на электродвигатель 24, который останавливается на 1-2 секунды, затем электродвигатель 24 реверсирует направление своего вращения. Совершив два полных оборота в направлении развинчивания, фиксируемых датчиком 30 глубины посадки, вращение останавливают на 1-2 секунды, затем снова реверсируют направление вращения электродвигателя 24 и продолжают вращение в направлении навинчивания до тех пор, пока датчик 27 крутящего момента вновь не выдаст сигнала на остановку привода 24. Такое реверсирование направлений вращения электродвигателя 24 при обработке сильно изношенных резьбовых поверхностей во время проведения цикла операций с навинчиванием и развинчиванием может проводиться несколько раз, пока при операции с навинчиванием не будут одновременно достигнуты заданное по датчику 27 значение крутящего момента (100 Н·м) и заданное по датчику 30 значение L₁(t) глубины посадки навинчиванием (48±2,5 мм), что соответствует аттестации резьбы "годной по калибру". При этом останавливают электродвигатель 24 привода вращения и проверяют соответствие суммарного времени основной ультразвуковой обработки при выстое резьбовых участков в навинченном положении заданному (для группы прочности Д трубы и комнатной температуры) минимуму (120 сек). Если указанное минимальное значение не достигнуто, ультразвуковое воздействие продолжается при выстое в течение дополнительного (до суммарных 120 секунд) времени. Этим обеспечивается достижение необходимого качества обработки граней резьбовой поверхности посредством основного ультразвукового воздействия.

После этого, не выключая ультразвукового генератора, т.е. не прерывая работы источника ультразвуковых колебаний, и не изменяя каких-либо акустических режимов обработки, включают электродвигатель 24 в направлении развинчивания, а при регистрации датчиком 30 скачкообразного увеличения глубины посадки на величину порядка шага Р резьбы, отключают пневмоцилиндр 7. Далее, при обработке НКТ для эксплуатации в составе рядовой лифтовой колонны отключают ультразвуковой генератор, разъединяют резьбовые участки с помощью пневмоцилиндра 7 и выгружают обработанную трубу.

Пример 2. При обработке НКТ технологического назначения для применения при ремонтах скважин со значительным количеством спускоподъемных операций, выполняют все операции, описанные выше, исключая разъединение участков и выгрузку трубы, осуществляют второй этап (100 сек) дополнительного ультразвукового воздействия, не выключая генератора и приводов 24 и 7 при относительном вращении участков в направлении развинчивания со скачками инструмента по направлению к детали. В результате этого, привершинные сегменты высотой h₀ (фиг.2) фронтальной поверхности (В) у нескольких первых витков резьбового участка 1 подвергаются второму этапу дополнительного ультразвукового воздействия, при котором, также как и на первом этапе, по сигналам датчика 30 судят о скачках глубины посадки. После завершения второго этапа дополнительного ультразвукового воздействия на отличную от обработанной на первом этапе винтовую полосу следов зон контактирования и, следовательно, окончания цикла операций ультразвуковой обработки резьбового участка 1 трубы 2 отключается ультразвуковой генератор, каретка 5 под действием силового пневмоцилиндра 7 по направляющим 4 возвращается в свое исходное положение, кулачки 22 клинового патрона 21 - разжимаются, рольганг - выводит трубу 2 из зоны обработки и удаляет из установки, а силовой пневмоцилиндр 18 подает фиксирующую пластину 19 в ее рабочее положение.

Сопоставительный анализ известного и предлагаемого способов ультразвуковой обработки конической резьбы деталей (резьбового участка составного элемента нефтяной колонны) показывает значительные преимущества последнего из них. Так, например, износостойкость резьбы повышается за счет наиболее рационального использования ультразвукового воздействия, в том числе, на экстремально повреждаемые при эксплуатации детали участки вершин резьбовой поверхности и повышения точности позиционирования инструмента для обработки вершин резьбового участка в моменты первичного соприкосновения и/или разрывов их контакта. Микротвердость зон контактирования вершин увеличивается в 2-4 раза, толщина упрочненного слоя металла в указанных зонах увеличивается не менее чем в 2 раза. Это благоприятно сказывается в виде четырехкратного увеличения количества спускоподъемных операций, проводимых с трубой лифтовой колонны НКТ при типичной ее эксплуатации на нефтяной скважине, или в десятикратном увеличении ресурса технологической колонны НКТ, применяемой при подземных и капитальных ремонтах скважин.

Источники информации

1. Патент Российской Федерации №2191097 МПК В23G 1/22. 20.10.2002.

2. Патент Российской Федерации №2092291 МПК В23Р 6/00. 30.12.1992.

Изобретение может быть использовано при упрочняюще-корректирующей ультразвуковой обработке резьбовой поверхности деталей, в частности, составных элементов нефтяной колонны. Резьбовые участки обрабатываемой детали и рабочего инструмента вводят в первичное соприкосновение между собой и осуществляют их относительное вращение в направлениях навинчивания и развинчивания. Контролируют крутящий момент и глубину посадки резьбовых участков. Ультразвуковые колебания вводят в зоны контакта резьбовых участков и начинают во время первой операции с навинчиванием, продолжают при операции с выстоем и завершают его при окончании обработки до заключительного разъединения резьбовых участков. Проводят дополнительное ультразвуковое воздействие до начала проведения первой операции с навинчиванием и/или перед заключительным разъединением резьбовых участков или после него. Способ обеспечивает наиболее рациональное использование энергии ультразвуковых колебаний для упрочнения резьбы и повышение точности выполняемых технологических переходов при осуществлении навинчивания и развинчивания. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ ультразвуковой обработки конической резьбы деталей, включающий введение резьбовых участков обрабатываемой детали и рабочего инструмента в первичное соприкосновение между собой, посадку резьбовых участков по вершинам их резьбы, проведение операций с относительным вращением участков в направлениях навинчивания и развинчивания, сопровождающимся поджимом участков фронтальными резьбовыми поверхностями, а также последующее разъединение резьбовых участков, при осуществлении которого контролируют крутящий момент и глубину посадки резьбовых участков, в зоны контакта которых вводят ультразвуковые колебания, при этом ультразвуковое воздействие начинают во время первой операции с навинчиванием и завершают его до заключительного разъединения резьбовых участков, отличающийся тем, что резьбовой участок обрабатываемой детали подвергают дополнительному ультразвуковому воздействию, которое осуществляют до начала проведения первой операции с навинчиванием и/или после окончания развинчивания перед заключительным разъединением резьбовых участков или после него.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что навинчивание и развинчивание резьбовых участков обрабатываемой детали и рабочего инструмента осуществляют с выстоем между ними, при котором продолжают ультразвуковое воздействие.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что ультразвуковые колебания вводят в зоны контакта резьбовых участков, преимущественно через инструмент.4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при дополнительном ультразвуковом воздействии колебания вводят преимущественно в зоны контакта закруглений вершин ниток резьбы со стороны вставной фронтальной грани резьбовой поверхности обрабатываемого резьбового участка.5. Способ по п.4, отличающийся тем, что суммарную продолжительность дополнительного ультразвукового воздействия задают в соответствии с маркой материала детали или группой прочности трубы и температурой окружающей среды, и устанавливают обеспечивающей создание в контактных зонах на закруглениях вершин обрабатываемой резьбы со стороны ее фронтальной грани упрочненного слоя с микротвердостью 2000-6500 Н/мм² и с глубиной в диапазоне 10-40 мкм.6. Способ по п.4, отличающийся тем, что при дополнительном ультразвуковом воздействии осуществляют поджим участков фронтальными резьбовыми поверхностями в ходе относительного вращательного движения резьбовых участков в направлении развинчивания со скачкообразным перемещением инструмента к детали на расстояние порядка шага резьбы.7. Способ по п.6, отличающийся тем, что относительное вращение резьбовых участков осуществляют до изменения глубины посадки по меньшей мере на один шаг резьбы.8. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительное ультразвуковое воздействие выполняют при осуществлении вращательного движения по меньшей мере одного из резьбовых участков.9. Способ по п.1, отличающийся тем, что ультразвуковые колебания в зону обработки при осуществлении основного и дополнительного ультразвуковых воздействий вводят преимущественно одними и теми же техническими средствами и методами.10. Способ по п.1, отличающийся тем, что основное и дополнительное ультразвуковые воздействия осуществляют с амплитудой 1,0-30 мкм на частоте в диапазоне 16-80 кГц.11. Способ по п.1, отличающийся тем, что основное и дополнительное ультразвуковые воздействия осуществляют с одинаковыми и/или с разными амплитудами колебаний.12. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительное ультразвуковое воздействие до начала навинчивания и после окончания развинчивания выполняют с одинаковыми и/или с разными амплитудами.13. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительное ультразвуковое воздействие до начала навинчивания начинают осуществлять не ранее, чем по истечении одного периода вращения, следующего после первичного соприкосновения обрабатываемой детали и рабочего инструмента.14. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительное ультразвуковое воздействие после окончания развинчивания выполняют, разъединяя резьбовые участки обрабатываемой детали и рабочего инструмента, а затем вновь вводя их в соприкосновение и осуществляя посадку участков по вершинам резьбы.15. Установка для ультразвуковой обработки конической резьбы деталей, включающая станину с узлом зажима обрабатываемой детали, каретку с узлом крепления инструмента, механические приводы, обеспечивающие соприкосновение, навинчивание, развинчивание и разъединение резьбовых участков обрабатываемой детали и рабочего инструмента, ультразвуковую колебательную систему, которая включает источник ультразвуковых колебаний и волновод с рабочим инструментом, резьбовой участок которого выполнен ответным обрабатываемому резьбовому участку детали, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена датчиком-индикатором механического соприкосновения обрабатываемой детали и рабочего инструмента, который выполнен в виде регистратора электрического или акустического замыкания цепи инструмент-деталь, подключенным к цепи управления механическими приводами.