Полые детали с тяжелонагруженными упорными резьбами, в частности детали, применяемые в нефтегазовой промышленности, имеют важное народнохозяйственное значение. Существующие технологии их изготовления не всегда обеспечивают требуемое качество, в связи с чем необходимо их совершенствование. В качестве наиболее рациональной технологии выбрана обработка пластическим деформированием, резьбонакатывание, однако традиционные методы накатывания не позволяют получать упорные резьбы. Целью исследования являлась разработка нового метода, позволяющего накатывать упорные резьбы на полых заготовках. При проведении исследований использовались основные положения теоретической механики, аналитической геометрии, теории пластичности и метод конечных элементов. Предлагаемый метод основан на принципе валковой штамповки. При его реализации полую заготовку устанавливают между тремя или большим количеством резьбонакатных роликов. В отверстие заготовки с одной стороны вводят оправку-дорн, а с другого торца заготовку подпирают плавающим упором. Оправка-дорн, перемещаясь в осевом направлении, раздает заготовку, а вращающиеся ролики препятствуют течению металла в радиальном направлении. Таким образом на заготовке формируются впадины накатываемой резьбы. Проведенное моделирование накатывания крупной упорной резьбы на полой заготовке методом конечных элементов в системе DEFORM 3D показало, что метод позволяет получать крупные упорные резьбы с полным заполнением профиля и в рассматриваемой модели признаки разрушения не выявлены. Применение предлагаемого способа позволит накатывать резьбу на полых заготовках. После отработки технологии способ предположительно может быть использован для изготовления прямоугольных, упорных и крупных трапецеидальных резьб.
Hollow parts with heavily loaded buttress threads, particularly those used in the oil and gas industry, are of significant economic importance. Existing manufacturing technologies do not always provide the required quality, necessitating improvement. Thread rolling, a plastic deformation process, was chosen as the most efficient option. However, traditional thread rolling methods do not produce buttress threads. The aim of the study was to develop a new method for rolling buttress threads on hollow workpieces. The research was carried out using the fundamental principles of theoretical mechanics, analytical geometry, plasticity theory and the finite element method. The proposed method is based on the principle of roll forging. It involves placing a hollow workpiece between three or more thread rolling rollers. A mandrel is inserted into the workpiece bore on one side, and a floating stop supports the workpiece on the other end. The mandrel, moving axially, expands the workpiece, while rotating rollers prevent metal flow in the radial direction. This creates the roots of the rolled threads on the workpiece. Finite element modeling of large-thrust thread rolling on a hollow workpiece using the DEFORM 3D system demonstrated that the method produces large-thrust threads with complete profile filling, and no signs of failure were detected in the model under study. The proposed method will enable thread rolling on hollow workpieces. Once the technology has been perfected, the method can be used to produce rectangular, buttress and large trapezoidal threads.
1. Песин М. В., Павлович А. А., Мельников С. А. Особенности процесса резьбонарезания на бурильных трубах // Master’s Journal. 2020. Vol. 2. P. 30–34. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=44602321 (дата обращения: 17.04.2026).
2. Степанчукова А. В. Обзор современных мировых технологий изготовления труб, применяемых в геологоразведочном бурении // Шаг в науку. 2021. № 1. С. 98–101. http://sts.osu.ru/numbers/Step_to_science_1_2021.pdf (дата обращения: 17.04.2026).
3. Schurov A. I., Nemitova E. V., Schurova A. V., Ardashev D. V. Metric Buttress Thread Milling and Turning on CNC Machines // International Journal of Automotive and Mechanical Engineering. 2018. Vol. 15. Is. 2. P. 5146–5160. URL: https://journal.ump.edu.my/ijame/article/view/7 (дата обращения: 17.04.2026).
4. Корепанова К. С., Макаров В. Ф., Песин М. В. Повышение качества поверхности резьбы путем упрочняющей обработки // Аэрокосмическая техника, высокие технологии и инновации. 2020. Т. 2. С. 155–158. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=44802270 (дата обращения: 17.04.2026).
5. Hongwei Liu, Renke Kang, Xianglong Zhu, Zhigang Dong, Zhipeng Xu, Yali Song. Study on the effect of surface rolling process on fatigue behavior and surface integrity of 300M steel thread root // Journal of Materials Research and Technology. 2025. Vol. 38. P. 5996–6010. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2238785425022021 (дата обращения: 17.04.2026). DOI: 10.1016/j.jmrt.2025.08.246.
6. Xuanyu Liu, Lei Li, Haonan Kang, Xiaodong Zheng. Optimization of ultrasonic rolling parameters act on thread root and its influence on the fatigue life of bolts // International Conference on Information Technology, Education and Management Innovation. 2026. Vol. 83. URL: https://www.scilit.com/publications/6fc13c602e7eae4a7de9221beabd5d18 (дата обращения: 17.04.2026). DOI: 10.1051/itmconf/20268301018.
7. Сахаутдинов Т. И., Песин М. В. Анализ технологических методов повышения сопротивления усталости резьбовых соединений деталей бурового оборудования // Актуальные проблемы повышения эффективности и безопасности эксплуатации горношахтного и нефтепромыслового оборудования. 2023. Т. 1. С. 208–211. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=57181374 (дата обращения: 17.04.2026).
8. Киричек А. В., Афонин А. Н. Резьбонакатывание. Библиотека технолога. М.: Машиностроение. 2009. 312 с. ISBN 978-5-94275-428-0.
9. Справочник технолога-машиностроителя. В 2 т. Т. 2. Под ред. А. С. Васильева, А. А. Кутина. 6-е изд. М.: Инновационное машиностроение, 2018. 818 с. ISBN 978-5-6040281-7-9.
10. Jianli Song, Zhiqi Liu, Yongtang Li. Cold Rolling Precision Forming of Shaft Parts. Springer. 2017. 288 P. ISBN 978-3-662-54046-6, 978-3-662-54048-0.
11. Киричек А. В., Афонин А. Н. Накатывание резьб нефтяного сортамента // Упрочняющие технологии и покрытия. 2009. № 7. С. 7–11. URL: https://www.mashin.ru/files/2009/utp_07_2009.pdf (дата обращения: 17.04.2026).
12. Куц В. В., Зубков Д. А. Анализ схем движения накатного ролика при накатывании внутренней замковой конической резьбы // Современные материалы, техника и технологии. 2022. № 1 (40). С. 17–19. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=48686050 (дата обращения: 17.04.2026).
13. Расулов Н. М., Надиров У. М. Обеспечение качества накатанных на трубах конических трубных резьб с управлением кинематических технологических связей // Вестник машиностроения. 2023. № 11. С. 902–905. URL: https://www.mashin.ru/eshop/journals/vestnik_mashinostroeniya/2030/26/ (дата обращения: 17.04.2026). DOI: 10.36652/0042-4633-2023-102-11-902-905.
14. Киричек А. В., Афонин А. Н., Афанасьев Б. И. Способ накатывания наружных прямоугольных резьб // Известия ОрелГТУ. Машиностроение. Приборостроение. 2006. № 2. С. 57–59. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=13040942 (дата обращения: 17.04.2026).
15. Голенков В. А., Радченко С. Ю. Технологические процессы обработки металлов давлением с локальным нагружением заготовки. М.: Машиностроение, 1997. 226 с. ISBN 5-217-02873-4.
16. Писаревский М. И. Новый инструмент для накатывания резьб и шлицев. Л.: Машиностроение, 1966. 150 c.
17. Kukiełka L., Patyk R. M., Kułakowska A., Kałduński P. R., Kukiełka. K. M. Prediction of the metric thread quality after axial thread rolling process on cold using of finite element methods // AIP Conference Proceedings 2019. Vol. 2078. URL: https://pubs.aip.org/aip/acp/article/2078/1/020076/598024/Prediction-of-the-metric-thread-quality-after?searchresult=1 (дата обращения: 17.04.2026). DOI: 10.1063/1.5092079.