淺談石油套管的接箍加工工藝

孫一

【摘 要】石油套管接箍是用來(lái)連接兩油管套管的必要工件。制造方法與無(wú)縫管相同，國(guó)內(nèi)用j55 n80Q等特種鋼材制造。

【關(guān)鍵詞】關(guān)鍵詞：石油套管、工藝

一、前言

石油套管接箍是用來(lái)連接兩油管套管的必要工件。制造方法與無(wú)縫管相同，國(guó)內(nèi)用j55 n80Q等特種鋼材制造。鋼管兩端車有內(nèi)螺紋，以便與上下兩油管連接。為保證接頭處的密封性，對(duì)螺紋精度有較嚴(yán)格的要求。

我們所生產(chǎn)的接箍為石油管件類型，接箍的外圓部分為無(wú)階梯光滑曲面，在沒(méi)有輔助工具的情況下，只能用加工一頭，再加工另一頭的方法來(lái)完成外圓的車削，這樣會(huì)使得接箍的曲面部分產(chǎn)生一個(gè)小小的臺(tái)階，產(chǎn)品的表面質(zhì)量大打折扣，在這種情況下，我們可以加工一對(duì)圖中所示的錐形輔助裝夾工具，簡(jiǎn)稱輔助工具，左側(cè)輔助工具固定在三抓卡盤上，右側(cè)輔助工具用頂尖頂住。加工時(shí)把坯料放在兩輔助工具之間，旋動(dòng)手輪，坯料會(huì)被緊緊的固定住?，F(xiàn)在可以進(jìn)行車削。

二、硬車削的注意事項(xiàng)

由于本工件所選用的為特殊鋼種，所以采用硬車削方法。硬車削的突出優(yōu)點(diǎn)是不用再進(jìn)行磨削加工，但是，至今有些工廠仍然認(rèn)為車削45HRC以上硬度的零件并達(dá)到磨削級(jí)精度的工藝不可行。硬車削的目標(biāo)是隨切屑帶走至少80%的熱量，以保持零件的熱穩(wěn)定性。合理的硬車削系統(tǒng)可以減少甚至省去磨削以及與之相關(guān)的高昂的刀具成本和太長(zhǎng)的加工時(shí)間。采用合理的硬車削工藝可獲得0.28μm的表面光潔度、0.2μm的圓度和±0.005μm的直徑公差，這樣的精度在對(duì)淬硬前工件進(jìn)行“軟車削”的相同機(jī)床上同樣可以達(dá)到，從而最大限度地提高了設(shè)備利用率。

三、工件

盡管45HRC硬度是硬車削的起始點(diǎn)，但硬車削經(jīng)常在60HRC以上硬度的工件上進(jìn)行。硬車削材料通常包括工具鋼、軸承鋼、滲碳鋼以及鉻鎳鐵合金、耐蝕耐熱鎳基合金、鎢鉻鈷合金等特殊材料。根據(jù)冶金學(xué)，在切深范圍內(nèi)硬度偏差?。ㄐ∮?個(gè)HRC）的材料可顯示出最好的過(guò)程可預(yù)測(cè)性。最適合于硬車削的零件具有較小的長(zhǎng)徑比（L/D），一般說(shuō)來(lái)，無(wú)支撐工件的L/D之比不大于4：1，有支撐工件的L/D之比不大于8：1。盡管細(xì)長(zhǎng)零件有尾架支撐，但是由于切削壓力過(guò)大仍有可能引起刀振。為了最大限度地增加硬車削的系統(tǒng)剛性，應(yīng)盡量減小懸伸。刀具伸出長(zhǎng)度不得大于刀桿高度的1.5倍。

四、機(jī)床

機(jī)床剛度決定了硬車削的加工精度。近15～20年內(nèi)制造的機(jī)床幾乎都有很好的剛性，足以承受硬車削。在許多情況下，機(jī)床的總體狀況很大程度上比使用年限更重要，精心維護(hù)的普通車床也可以用于硬車削。為了給硬車削機(jī)床增加剛性和阻尼特性，哈挺將許多先進(jìn)機(jī)床的特性用于了車削中心，其中包括聚合物復(fù)合材料增強(qiáng)機(jī)座、帶彈簧夾頭（使主軸支撐靠近工件）的直接配合式主軸和靜壓導(dǎo)軌。系統(tǒng)剛性最大化意味著盡量減少懸空、刀具延伸和零件伸出，并取消調(diào)隙片和墊圈，其目標(biāo)是保持所有零部件盡可能地接近轉(zhuǎn)塔刀架。

五、刀片

盡管立方氮化硼（CBN）刀片的價(jià)格昂貴，但CBN刀片最適合于硬車削。CBN刀片能夠在斷續(xù)切削過(guò)程中保持定位不變，在連續(xù)切削過(guò)程中提供安全的刀具磨損率。當(dāng)采用合理的硬車削工藝時(shí)，CBN刀片除了在控制直徑公差方面比不上磨削以外，其它性能都是首屈一指的。陶瓷不如CBN耐磨，因此一般不用于公差小于±0.025mm的加工。陶瓷不適合于斷續(xù)切削，而且不能加冷卻液，因?yàn)闊釠_擊可能造成刀片破裂。刀片的鈍緣幾何形狀是陶瓷材料的固有特點(diǎn)，這一特點(diǎn)使切削力增大而工件表面光潔度下降。另外，陶瓷刀片刃口斷裂可能是災(zāi)難性的，它可能導(dǎo)致所有切削刃均不能使用。

金屬陶瓷（立方碳化鈦）對(duì)連續(xù)切削滲碳硬化材料很有效，盡管它不具備CBN那樣的耐磨性，但刀片在大多數(shù)情況下會(huì)成比例地磨損而不斷裂。

正前角刀片由于其切削力較小，通常用在剛性不高的機(jī)床上進(jìn)行硬車削。關(guān)于刀片的最合理應(yīng)用，建議與刀具供應(yīng)商密切合作，特別是在最初階段，以迅速達(dá)到最佳切削速度。

六、冷卻液

其最大問(wèn)題是用還是不用冷卻液。對(duì)于齒輪之類的斷續(xù)切削零件來(lái)說(shuō)，最好采用“干車削”，否則進(jìn)刀和退刀時(shí)的熱沖擊很可能引起刀片破裂。至于連續(xù)切削，刀頭在干車削過(guò)程中產(chǎn)生的高溫足以韌化（軟化）預(yù)切削區(qū)域，從而降低材料硬度使之易于剪切。這個(gè)現(xiàn)象說(shuō)明了干切削時(shí)增大速度是有益的。同時(shí)，無(wú)冷卻液切削方式具有明顯的成本優(yōu)勢(shì)。

在連續(xù)切削中，冷卻液可能有助于延長(zhǎng)刀具壽命和提高表面光潔度。問(wèn)題的關(guān)鍵是要使冷卻液能夠到達(dá)刀頭，高壓冷卻液是解決這個(gè)問(wèn)題的最好辦法，因?yàn)樗蝗菀自诟邷叵抡舭l(fā)。此外，高壓可以減少切屑堆積，從而減少因?yàn)榍行甲枞麑?duì)冷卻液流至刀頭的影響。另一個(gè)辦法是將冷卻液同時(shí)釋放到刀片的頂部和底部，以確保冷卻液連續(xù)到達(dá)刀頭。

如果使用冷卻液，必須是水基的。在完全匹配的硬車削過(guò)程中形成的切屑可以帶走80%～90%的熱量（切削區(qū)域最高溫度可達(dá)1700°F）。如此熾熱的切屑一旦接觸低燃點(diǎn)冷卻油，整個(gè)工序?qū)⒂锌赡茉獾綇氐灼茐摹Ｈ绻诔ㄩ_(kāi)式機(jī)床上進(jìn)行硬車削，必須增加適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)裝置，避免操作人員被切屑燙傷。

七、工藝

因?yàn)橛曹囅鳟a(chǎn)生的熱量大部分由切屑帶走，加工前后對(duì)切屑進(jìn)行檢查可以發(fā)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程是否協(xié)調(diào)。連續(xù)切削時(shí)，切屑應(yīng)該呈熾燃的橙黃色，并象一根緞帶似地飄逸而出。如果切屑冷卻后用手一壓基本斷裂，表明切屑帶走的熱量是正常的。

八、白化層

“白化層（熱影響區(qū)）”可能令人討厭地出現(xiàn)在硬車削和磨削操作中，即在材料表面形成一層肉眼看不見(jiàn)的非常?。ㄍǔ?μm）的硬殼。在硬車削過(guò)程中形成白化層，一般是因?yàn)榈镀g化導(dǎo)致過(guò)多的熱量傳遞到零件內(nèi)。白化層經(jīng)常在軸承鋼上形成，而且對(duì)于軸承圈之類需要承受高接觸壓力的零件是非常有害的，隨著時(shí)間的推移，白化層可能剝離并導(dǎo)致軸承失效。對(duì)于剛開(kāi)始從事硬車削的工廠，建議在生產(chǎn)的頭幾周內(nèi)進(jìn)行隨機(jī)抽查，以確定每個(gè)刀片能夠車削多少零件而不形成白化層。另外，一個(gè)刀片即使可加工400個(gè)零件，也有可能在加工300件后就變鈍并且開(kāi)始使零件產(chǎn)生白化層。

九、鏜孔

鏜削淬硬材料需要很大的切削壓力，因此往往需成倍增加鏜桿承受的扭力和切向力。采用正前角（35°或55°）、小刀尖半徑刀片可以減小切削壓力。在增加切削速度的同時(shí)減小切深和進(jìn)刀速度，也是減小切削壓力的辦法。

鏜孔時(shí)，刀具必須與零件同心或略高于零件中心，因?yàn)榍邢饕鸬膿锨冃问箤?shí)際中心線的位置降低了。最好的夾緊形式是全長(zhǎng)度對(duì)開(kāi)套筒，在鏜削淬硬材料時(shí)，全長(zhǎng)度對(duì)開(kāi)套筒夾頭可提供最高的刀夾剛度。其次是彈簧夾頭和單點(diǎn)螺絲夾頭。

十、車螺紋

采用合適的刀片幾何形狀是在淬硬材料上車螺紋的關(guān)鍵，最好的螺紋刀片是類似于鏜桿上安裝的三角形刀片。在淬硬材料上車螺紋時(shí)，為了控制切削壓力和延長(zhǎng)刀片壽命，有必要增加走刀次數(shù)并減小切深。另一種選擇是采用交替式側(cè)面切入方式，可改變切削力承受位置并延長(zhǎng)刀具壽命。

十一、總結(jié)

接箍的整個(gè)加工工序的設(shè)計(jì)，并通過(guò)了可行性驗(yàn)證。通過(guò)改進(jìn)一系列的加工方法，如刀具路徑的精確計(jì)算和特殊的編程方式，使得加工工序簡(jiǎn)單，易學(xué)，并提高了生產(chǎn)效率，降低了成本，表面質(zhì)量也有所提高。通過(guò)選擇特殊的鋼才，使得產(chǎn)品的綜合力學(xué)性能有了進(jìn)一步的提高。該加工方法具有成本低，效率高等優(yōu)點(diǎn)，有廣闊的應(yīng)用前景。