Теоретична основа технологічної неможливості відтворення теоретично точного профілю різьб на трубах нафтогазового сортаменту

Abstract

Існує думка, що найбільш точним різальним інструментом для виготовлення різьби є токарний різець з пласкою передньою поверхнею, яка лежить у осьовій площині гвинтової поверхні різьби. Саме тому для виробництва різьбових кінців труб нафтогазового сортаменту, до яких існують підвищені вимоги щодо механічної міцності і герметичності, використовують одно- або багатониткові різьбові різці чи різцеві головки. Але у більшості випадків прямолінійні різальні кромки таких інструментів є мимобіжними відносно осі різьби. Наприклад тоді, коли кут нахилу їх різальної кромки відповідає куту підйому різьби. Те саме відбувається у випадку, коли передній кут інструмента не дорівнює нулю. У даній статті йдеться про те, що у випадку мимобіжності різальної кромки різця і осі різьби, для формування якої він застосовується, різьбова поверхня формується на основі конволютного гелікоїда і не відповідає заданій формі різьби на основі косого закритого гелікоїда. Шляхом застосування криволінійних циліндричних координат отримано скалярний аналітичний вигляд функції осьового перерізу конволютного гвинта у прямокутній системі координат, аргументами якої є величина переднього кута різця і діаметр різьби, а також висота теоретичного профілю і величина кроку різьби. Дана функція є трансцендентною і не відповідає алгебраїчній функції першого порядку, яка визначає профіль трикутної чи трапецеїдальної різьби, що , власне, і дає підстави зробити висновок про неможливість відтворення теоретично-точного профілю гвинтової різьби токарним різцем.

Существует мнение о том, что наиболее точным режущим инструментом для изготовления резьбы является токарний резец с плоской передней поверхностью, не лежащей в осевой плоскости винтовой поверхности резьбы. Именно поэтому для производства резьбовых концов труб нефтегазового сортамента, к котрым предъявляются повышенные требования по механической прочности и герметичности, используют одно- или многониточные резьбовые резцы, винторезные гребенки и резцовые головки. Но в подавляющем большинстве случаев прямолинейные режущие кромки таких инструментов являются скрещивающимеся относительно оси резьбы. Например тогда, когда угол наклона их режущей кромки соответствует углу подъема резьбы. То же самое наблюдается, если передний угол инструмента не равняется нулю. В данной статье речь идет о том, что в случае срещивающейся режущей кромки резца и оси резьбы для формирования которой он применяется, резьбовая поверхность формируется на базе конволютного геликоида и не отвечает заданной форме резьбы на базе косого закрытого геликоида. Путем применения криволинейных цилиндрических координат получена скалярного вида функция осевого сечения конволютного винта в прямоугольной системе координат, аргументами которой являются величина переднего угла резца и диаметр резьбы, а также висота теоретического профиля и величина шага резьбы. Данная функция является трансцендентной и не отвечает алгебраической функции первого порядка, что собственно и дает основания сделать вывод о невозможности воспроизводства теоретически–точного профиля винтовой резьбы токарным резцом.

It is believed that the most precise cutting tool for making thread is a turning cutter with the flat rake face, which lies in an axled section plane of the screw thread. Therefore, for the production of oil and gas threaded pipe ends, where requirements on the mechanical strength and tightness are more exacting, one or many threaded cutting edges turning tools or chasing tools are used. But in most cases, the right cutting edges are skew to the axis of the thread. For example, when the inclination angle of the cutting edge corresponds to the helix angle. The same happens in case the rake angle of the thread tool is not zero. This article states that if there is a skew cutting edge to the axis of the thread, the threaded surface is formed as a convoluted open helicoid but not as the oblique closed helicoid, which is equal to the given profile of the thread. Having used curved cylindrical coordinates the scalar analytic function of the axled section view of convoluted screw in a rectangular coordinate system, where the value of the tool rake angle, thread diameter, theoretical height profile and pitch of the thread are arguments, is obtained. This function is transcendent and doesn’t correspond to algebraic function of the first order, which defines an angular or leaning thread profile that actually grants us the right to conclude that there is a technological inability to produce a theoretically accurate profile of the screw thread by turning tools.