Межгосударственным стандартом ГОСТ 633-80 регламентируется изготовление стальных бесшовных насосно-компрессорных гладких труб с высаженными наружу концами и гладких высокогерметичных муфт к ним, а также безмуфтовых труб с высаженными наружу концами, применяемых для эксплуатации нефтяных и газовых скважин.
Межгосударственным стандартом ГОСТ 31446-2017 регламентируется изготовление (помимо обсадных и насосно-компрессорных труб) коротких труб с резьбой, переводников, муфт, труб без резьбы, трубных заготовок для муфт и заготовок для соединительных деталей. Исходным сырьем для выпуска муфт НКТ служат горячекатаные бесшовные трубы-заготовки, что позволяет получать высоконадежное и долговечное муфтовое соединение.
Технологический процесс получения муфт НКТ из трубы достаточно распространен и не требует дополнительного описания. Однако, стоимость материала (заготовки трубы), а также стоимость доставки играет существенную роль в формировании себестоимости муфты при крупносерийном производстве.
На сегодняшний день имеются остатки трубы НКТ, ожидающей списания и передачи в металлолом. Наша компания планирует изготовление заготовок муфт из насосно-компрессорной трубы, бывшей в употреблении или отбракованной по тем или иным показателям.
Было разработано техническое задание и УК ООО «ТМС групп» провела предварительную оценку выбора рациональных технологических схем изготовления заготовок муфт НКТ с применением моделирования в программном комплексе QFORM, используемой для расчета больших пластических деформаций, на примере заготовки для муфты НКТ 73. Основная идея заключается в деформации трубы НКТ наружным диаметром 73 мм с условной толщиной стенки 5,5 мм в трубную заготовку наружным диаметром 89,5 мм с условной толщиной стенки 11 мм за счет изменения длины с последующей механической обработкой. В результате были разработаны математические модели, расчетные схемы, обоснованы допущения для решения тепловой, деформационной и совместной задачи моделирования методом МКЭ сгенерированных технологических схем горячей объемной штамповки поковок муфт. Проведено численное моделирование в программном комплексе QForm получения поковок муфт в открытых и закрытых штампах при варьировании геометрических параметров инструмента, заготовки, температурно-скоростных и контактных (смазки) условий деформирования.
При решении тепловой и деформационной задачи в процессе моделирования были установлены рациональные технологические схемы штамповки муфт; температурно-скоростные режимы штамповки; смазки; уточненная форма и размеры поковок с техническими условиями; 3D-модель поковки; определены энергосиловые параметры процесса штамповки.
В результате моделирования полученная поковка по своим размерам, технологии изготовления, материалу заготовки соответствует ГОСТ 633-80 «Трубы насосно-компрессорные и муфты к ним. Технические условия». Технологических дефектов, связанных с формообразованием в теле поковки, не обнаружено. Это позволяет сделать вывод, что использование в качестве заготовок труб, бывших в эксплуатации, не повлияет на прочностные характеристики готового изделия.
Полученные результаты достаточны для проведения дальнейших исследований и разработок, предусмотренных в последующих этапах технического задания и связанных с проектированием штампового инструмента с рациональными параметрами, подбором оборудования, а также проведения дополнительного моделирования в QForm для оценки служебных свойств поковок.
Расчет технико-экономического обоснования показал экономическую эффективность необходимых капитальных вложений в специализированное оборудование, в первую очередь, горизонтально-ковочную машину, отрезной станок, индукционную печь, дробеметную машину и создание специализированного участка в условиях серийного производства.
