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連接兩油管套管的必要工件。制造方法與無縫管相同，國內用j55 n80Q等特種鋼材制造。

【關鍵詞】關鍵詞：石油套管、工藝

一、前言

石油套管接箍是用來連接兩油管套管的必要工件。制造方法與無縫管相同，國內用j55 n80Q等特種鋼材制造。鋼管兩端車有內螺紋，以便與上下兩油管連接。為保證接頭處的密封性，對螺紋精度有較嚴格的要求。

我們所生產的接箍為石油管件類型，接箍的外圓部分為無階梯光滑曲面，在沒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完成外圓的車削，這樣會使得接箍的曲面部分產生一個小小的臺階，產品的表面質量大打折扣，在這種情況下，我們可以加工一對圖中所示的錐形輔助裝夾工具，簡稱輔助工具，左側輔助工具固定在三抓卡盤上，右側輔助工具用頂尖頂住。加工時把坯料放在兩輔助工具之間，旋動手輪，坯料會被緊緊的固定住?，F在可以進行車削。

二、硬車削的注意事項

由于本工件所選用的為特殊鋼種，所以采用硬車削方法。硬車削的突出優點是不用再進行磨削加工，但是，至今有些工廠仍然認為車削45HRC以上硬度的零件并達到磨削級精度的工藝不可行。硬車削的目標是隨切屑帶走至少80%的熱量，以保持零件的熱穩定性。合理的硬車削系統可以減少甚至省去磨削以及與之相關的高昂的刀具成本和太長的加工時間。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，這樣的精度在對淬硬前工件進行“軟車削”的相同機床上同樣可以達到，從而最大限度地提高了設備利用率。

三、工件

盡管45HRC硬度是硬車削的起始點，但硬車削經常在60HRC以上硬度的工件上進行。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。根據冶金學，在切深范圍內硬度偏差?。ㄐ∮?個HRC）的材料可顯示出最好的過程可預測性。最適合于硬車削的零件具有較小的長徑比（L/D），一般說來，無支撐工件的L/D之比不大于4：1，有支撐工件的L/D之比不大于8：1。盡管細長零件有尾架支撐，但是由于切削壓力過大仍有可能引起刀振。為了最大限度地增加硬車削的系統剛性，應盡量減小懸伸。刀具伸出長度不得大于刀桿高度的1.5倍。

四、機床

機床剛度決定了硬車削的加工精度。近15～20年內制造的機床幾乎都有很好的剛性，足以承受硬車削。在許多情況下，機床的總體狀況很大程度上比使用年限更重要，精心維護的普通車床也可以用于硬車削。為了給硬車削機床增加剛性和阻尼特性，哈挺將許多先進機床的特性用于了車削中心，其中包括聚合物復合材料增強機座、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軌。系統剛性最大化意味著盡量減少懸空、刀具延伸和零件伸出，并取消調隙片和墊圈，其目標是保持所有零部件盡可能地接近轉塔刀架。

五、刀片

盡管立方氮化硼（CBN）刀片的價格昂貴，但CBN刀片最適合于硬車削。CBN刀片能夠在斷續切削過程中保持定位不變，在連續切削過程中提供安全的刀具磨損率。當采用合理的硬車削工藝時，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。陶瓷不適合于斷續切削，而且不能加冷卻液，因為熱沖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，這一特點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難性的，它可能導致所有切削刃均不能使用。

金屬陶瓷（立方碳化鈦）對連續切削滲碳硬化材料很有效，盡管它不具備CBN那樣的耐磨性，但刀片在大多數情況下會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床上進行硬車削。關于刀片的最合理應用，建議與刀具供應商密切合作，特別是在最初階段，以迅速達到最佳切削速度。

六、冷卻液

其最大問題是用還是不用冷卻液。對于齒輪之類的斷續切削零件來說，最好采用“干車削”，否則進刀和退刀時的熱沖擊很可能引起刀片破裂。至于連續切削，刀頭在干車削過程中產生的高溫足以韌化（軟化）預切削區域，從而降低材料硬度使之易于剪切。這個現象說明了干切削時增大速度是有益的。同時，無冷卻液切削方式具有明顯的成本優勢。

在連續切削中，冷卻液可能有助于延長刀具壽命和提高表面光潔度。問題的關鍵是要使冷卻液能夠到達刀頭，高壓冷卻液是解決這個問題的最好辦法，因為它不容易在高溫下蒸發。此外，高壓可以減少切屑堆積，從而減少因為切屑阻塞對冷卻液流至刀頭的影響。另一個辦法是將冷卻液同時釋放到刀片的頂部和底部，以確保冷卻液連續到達刀頭。

如果使用冷卻液，必須是水基的。在完全匹配的硬車削過程中形成的切屑可以帶走80%～90%的熱量（切削區域最高溫度可達1700°F）。如此熾熱的切屑一旦接觸低燃點冷卻油，整個工序將有可能遭到徹底破壞。如果在敞開式機床上進行硬車削，必須增加適當的保護裝置，避免操作人員被切屑燙傷。

七、工藝

因為硬車削產生的熱量大部分由切屑帶走，加工前后對切屑進行檢查可以發現整個過程是否協調。連續切削時，切屑應該呈熾燃的橙黃色，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）”可能令人討厭地出現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的非常?。ㄍǔ?μm）的硬殼。在硬車削過程中形成白化層，一般是因為刀片鈍化導致過多的熱量傳遞到零件內。白化層經常在軸承鋼上形成，而且對于軸承圈之類需要承受高接觸壓力的零件是非常有害的，隨著時間的推移，白化層可能剝離并導致軸承失效。對于剛開始從事硬車削的工廠，建議在生產的頭幾周內進行隨機抽查，以確定每個刀片能夠車削多少零件而不形成白化層。另外，一個刀片即使可加工400個零件，也有可能在加工300件后就變鈍并且開始使零件產生白化層。

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減小切深和進刀速度，也是減小切削壓力的辦法。

鏜孔時，刀具必須與零件同心或略高于零件中心，因為切削引起的撓曲變形使實際中心線的位置降低了。最好的夾緊形式是全長度對開套筒，在鏜削淬硬材料時，全長度對開套筒夾頭可提供最高的刀夾剛度。其次是彈簧夾頭和單點螺絲夾頭。

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，為了控制切削壓力和延長刀片壽命，有必要增加走刀次數并減小切深。另一種選擇是采用交替式側面切入方式，可改變切削力承受位置并延長刀具壽命。

十一、總結

接箍的整個加工工序的設計，并通過了可行性驗證。通過改進一系列的加工方法，如刀具路徑的精確計算和特殊的編程方式，使得加工工序簡單，易學，并提高了生產效率，降低了成本，表面質量也有所提高。通過選擇特殊的鋼才，使得產品的綜合力學性能有了進一步的提高。該加工方法具有成本低，效率高等優點，有廣闊的應用前景。