盲孔螺纹车削工艺_黄慧.pdf

2023年 第2期 冷加工42工艺方案Technique Solution盲孔螺纹车削工艺黄慧，黎敏长庆油田分公司机械制造总厂陕西西安710201摘要：基于盲孔螺纹加工过程中排屑性能差，刀具寿命低、频繁停机换刀的问题，进行工艺研究。提出改进式反向侧向进给螺纹车削方案，通过选择合适的螺纹刀具和工艺方法，改善切削用量，提高了螺纹切削稳 定性。关键词：缓冲定位器；打捞头；3Cr13不锈钢；盲孔螺纹；车削1 序言应用柱塞气举排水采气装置是低产低效、致密气藏最经济有效的排水采气工艺，也是长庆油田现行的排水采气主要措施之一，平均提高单井产气量32.2%。缓冲定位器是柱塞气举排水采气装置的重要组成部分，主要工作原理：当柱塞下行撞击缓冲定位器时，一方面，缓冲定位器受冲击作用开始下行，通过压缩缓冲弹簧将柱塞动能转换为弹簧势能，大幅降低瞬时撞击冲击载荷，从而缓解自身及柱塞的冲击动能，有效保护柱塞和缓冲定位器的完好性1；另一方面，通过卡定在油管与油管接箍之间的凹槽中，实现柱塞下落的定位功能。图1所示打捞头为缓冲定位器顶部零件，材料为3Cr13不锈钢，经调质处理后硬度为250280HBW。此零件是柱塞落地时直接接触、撞击的零件，也是后期打捞缓冲定位器的关键零件。打捞头盲孔螺纹M222-6H与芯杆联接，用于压缩缓冲弹簧，要求表面粗糙度值Ra3.2m，该螺纹质量可靠性是影响缓冲定位器功能完整性和强度的重要因素。本文以缓冲定位器打捞头（以下简称“打捞头”）M222-6H盲孔螺纹为研究对象，针对该螺纹在实际加工过程中出现的问题开展研究，并结合笔者积累的工作经验提出相应的解决对策，供同行参考。图1打捞头2023年 第2期 冷加工43工艺方案Technique Solution2 存在的问题打捞头批量生产过程中，由于M222-6H盲孔螺纹属于细牙螺距螺纹，所以采用车削的方法是经济、高效的。然而，受限于盲孔螺纹结构和材料切削性能2，该螺纹在实际车削时存在以下问题。1）排屑性能差。与加工外螺纹、通孔螺纹相比，该盲孔螺纹加工时因内部空间狭小，切屑形成后容易在孔内滞留3，4，滞留在孔中的残余切屑会刮伤、拉伤已加工表面，影响螺纹的加工质量。使用切屑清除钩钩出内孔中的切屑存在安全隐患，使用普通高压气枪吹扫切屑的效果也不理想。2）材料强度高，切削温度高，导致刀具寿命低，频繁停机换刀。这是由于：3Cr13材料加工硬化严重，导致剪切滑移区金属材料的切应力增加，使得切削加工后的表面硬度比未加工表面硬度高 1.42.2倍5，加之3Cr13材料中含有高硬度的碳化物微粒（如Cr3C2、SiC），因此刀具容易剧烈磨损，这一点从实际加工过程中可以得到印证。3Cr13材料导热性差、切削热量大，造成切削温度高。采用径向进给方式的螺纹车削方法，切屑控制难，振动倾向大，产生的V形切屑作用于切削刃的弯曲压力大，刀尖圆弧负荷大。3 打捞头加工工艺路线打捞头加工工艺路线如下。（1）下料锯床下45mm91mm/3Cr13圆 钢料。（2）热处理调质处理后的硬度为250280HBW。（3）粗车自定心卡盘夹持，平端面，钻中 心孔。（4）半精车/精车一夹一顶，车外径各部至图样尺寸。（5）半精车/精车自定心卡盘夹持，车端面，保证总长；钻螺纹底孔；加工螺纹。（6）钳分度头自定心卡盘夹持，钻4mm通孔；钻2个6.5mm6.75mm侧孔。4 盲孔螺纹加工4.1 刀具选择车削刀具宜选用螺距为2mm的公制60全牙型螺纹车刀。一方面能确保螺距、牙顶、牙底和牙高精确、一致，螺纹强度高，加工效率高；另一方面可有效避免毛刺的形成，省去后续的去毛刺工序，生产效率高。螺纹刀片选用基于物理气相沉积（PVD）工艺的TiN涂层WC硬质合金材料，相比于YT、YG和YW材料，TiN涂层表面硬度高，耐磨性、耐热性、抗粘附性和耐用性好。镗杆选用整体WC硬质合金材料，保证同时兼顾足够的刚性、强度和容屑空间。4.2工艺方法为降低切削抗力、降低切削温度和改善排屑性能，螺纹车削采用改进式反向侧向进给方法。两刀之间均具有一个轴向进给，轴向进给方向朝外，轴向进给角一般取15，这样可控制切屑，使之流向孔外，避免切屑在盲孔内堆积。具体方法：分7次进刀进行车削，背吃刀量ap依次为0.18mm、0.17mm、0.16mm、0.15mm、0.14mm、0.12mm和0.08mm，两刀之间轴向位移差依次为0.005mm、0.005mm、0.005mm、0.005mm、0.009mm和0.02mm。需要说明的是，最后一次进刀产生的切屑应为完整的、无缺口的V形切屑，确保螺纹牙型完整。切削用量：主轴转速n=800r/min，使用水溶性切削液冷却。螺纹车削进给方法对比如图2所示。a）径向进给 b）改进式反向侧向进给图2螺纹车削进给方法对比4.3 螺纹数控车削参考程序螺纹数控车削参考程序如下。G99;M04 S800;T0202;M08;G00 X18.0 Z25.0;G92 X20.0 Z-21.093 F2.0;（启动螺纹切削循环）G00 X18.0 Z25.005;（轴向位移0.005mm）G92 X20.36 Z-21.088 F2.0;（径向进刀0.36mm）2023年 第2期 冷加工44工艺方案Technique SolutionG00 X18.0 Z25.01;（轴向位移0.005mm）G92 X20.7 Z-21.083 F2.0;（径向进刀0.34mm）G00 X18.0 Z25.015;（轴向位移0.005mm）G92 X21.02 Z-21.078 F2.0;（径向进刀0.32mm）G00 X18.0 Z25.02;（轴向位移0.005mm）G92 X21.32 Z-21.073 F2.0;（径向进刀0.30mm）G00 X18.0 Z25.025;（轴向位移0.005mm）G92 X21.6 Z-21.068 F2.0;（径向进刀0.28mm）G00 X18.0 Z25.034;（轴向位移0.009mm）G92 X21.84 Z-21.059 F2.0;（径向进刀0.24mm）G00 X18.0 Z25.054;（轴向位移0.02mm）G92 X22.0 Z-21.039 F2.0;（径向进刀0.16mm）G00 X100.0 Z100.0;M09;M30;5 现场试验工艺验证试验利用长城机床厂CK71631500数控车床对打捞头M222-6H盲孔螺纹进行车削。打捞头的前序加工工作根据图样和工艺要求已完成，螺纹底孔尺寸控制在（200.03）mm，螺纹底孔表面粗糙度值Ra6.3m。试验选取100件工件作为试验样本，采用前述工艺、刀具，螺纹检测量具使用M222-6H螺纹通止规、公制60螺纹样板、0150mm游标卡尺和表面粗糙度比较样块，试验结果如下。1）试验样本的表面粗糙度值Ra均控制在1.63.2m。2）试验样本均通规通、止规止，符合螺纹规检测要求。3）试验样本的螺纹牙侧与螺纹样板均无透光现象，试验样本牙型角、螺距均满足螺纹样板的检测要求。4）试验样本的螺纹小径控制在（200.03）mm。因此，试验样本M222-6H盲孔螺纹均满足图样要求。6 结束语本文基于盲孔螺纹车削中存在的问题进行工艺研究。通过改进螺纹车削方案，选择合适的螺纹刀具，改善切削用量，提高了螺纹切削性能和加工稳定性，得出以下结论。1）通过改进式反向侧向进给方法在打捞头M222-6H盲孔螺纹车削中的应用，改善了切屑流向，解决了螺纹车削过程排屑性能差的问题。2）通过TiN涂层材料刀片和整体WC硬质合金镗杆在3Cr13材料螺纹加工中的应用，解决了刀具寿命低的问题。3）通过现场试验，得到了车削M222-6H盲孔螺纹的最佳切削用量。参考文献：1 韩强辉.适用于水平气井的新型自缓冲柱塞气举排液装置的设计及应用以鄂尔多斯盆地长庆气区为例J.天然气工业，2016，36（12）：67-71.2 刘阳.石油设备车床车削螺纹常见问题和解决方法J.中国石油和化工标准与质量，2014，34（4）：232.3 高忠和，高路风.锯齿形螺纹车削打刀的解决方法J.机床，1992（10）：22.4 刘欢，田东庄，董萌萌.基于车削路径实现钻杆内螺纹断屑加工J.制造技术与机床，2019（2）：113-115.5 樊琳，程东霁，于江海，等.3Cr13马氏体不锈钢的加工J.苏州大学学报（工科版），2006（6）：47-49.20221109专家点评该文以M222-6H盲孔螺纹为研究对象，针对螺纹加工中出现的排屑困难，刀具寿命低、频繁停机换刀等问题开展工艺研究，结合实践经验提出相应的解决对策，通过选择合适的螺纹刀具和工艺方法，改善切削用量，提高了螺纹切削性能和加工稳定性。文章的实用性很强，工艺改进与实践经验相结合，在数控车床上，通过改进式反向侧向交替进给的方法降低切削抗力，使切屑自动流向孔外，解决了盲孔螺纹车削中的排屑问题；通过涂层刀片和硬质合金镗杆的应用，解决了刀具寿命低的问题。通过现场工艺试验，得到了盲孔螺纹的最佳切削用量。为小孔径盲孔螺纹的数控车削加工积累了经验。