螺紋有振紋如何解決

心靜成茹

車TR135x6,，長度800。在車削最后幾刀時螺紋有振紋如何解決？

itwotwo

3把刀車

面壁深功

反向車

342517802

多加幾次車削,，磨刀

joseph8779

數(shù)控車床加工特殊螺紋接頭產(chǎn)生顫紋的原因及對策
5 h, c( _: W" [# M* W* J1 f% `5 P顫紋是特殊螺紋接頭加工過程中常見的加工缺陷,，直接影響到特殊螺紋接頭的使用性能和產(chǎn)品質(zhì)量。本文結(jié)合特殊螺紋接頭的加工特點,，總結(jié)了特殊螺紋接頭加工過程中顫紋產(chǎn)生的原因及對策,，為特殊螺紋接頭的生產(chǎn)質(zhì)量控制提供了一定參考。
特殊螺紋接頭是針對API螺紋接頭密封性能差,、上扣控制難,、接頭應(yīng)力水平高等不足而專門設(shè)計的具有可靠連接強(qiáng)度和良好密封性能的專用油套管接頭，其結(jié)構(gòu)設(shè)計特點決定了它良好的使用性能和加工精度,。隨著我國石油勘探水平不斷提高,，深井、超深井,、熱采井以及高溫高壓氣井的數(shù)量逐年增加,，對特殊螺紋接頭的性能及質(zhì)量控制要求越來越高。目前，國內(nèi)生產(chǎn)特殊螺紋接頭的廠家大部分都采用進(jìn)口高精度數(shù)控車床,，就是為了更好地控制特殊螺紋接頭的產(chǎn)品質(zhì)量,。
顫紋是特殊螺紋接頭加工過程中常見的加工缺陷，直接影響到特殊螺紋接頭的使用性能和產(chǎn)品質(zhì)量,。本文結(jié)合特殊螺紋接頭的加工特點,，總結(jié)了特殊螺紋接頭加工過程中顫紋產(chǎn)生的原因及對策，為特殊螺紋接頭的生產(chǎn)質(zhì)量控制提供了一定參考,。
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2 K6 c7 O6 K. r' N8 H$ D圖1 管頭甩動(鼠標(biāo)懸浮窗口放大,，單擊查看放大全圖)
1 顫紋產(chǎn)生的原因
(1)加工試樣、刀具或車床本身剛性不足
1 c( B8 ]! m4 h: M特殊螺紋接頭加工過程中,，顫紋常見于螺紋車削階段,。特殊螺紋加工的螺紋成型面是經(jīng)過連續(xù)加工獲得的，理論上會保持較好的加工表面光潔度,，而不會像普通車削加工那樣受進(jìn)給量的影響,。但如果加工剛性較差的薄壁管或者刀具、車床剛性不足,，就會在加工過程中發(fā)生振動,，從而在螺紋加工表面產(chǎn)生顫紋。
  S. |) k  t) T5 X! H  L在剛性較差的薄壁管體上進(jìn)行螺紋加工時,，為避免加工顫紋的產(chǎn)生,，可以根據(jù)螺紋的設(shè)計長度、車床的加工特點和刀具裝夾方式,，確定合理的管體懸出長度(見圖1),，以避免管體懸出過長、管頭擺動造成加工顫紋的產(chǎn)生,。此外,，在進(jìn)行外螺紋加工時，可根據(jù)管體幾何尺寸,，設(shè)計管體內(nèi)支撐和輥道上的浮動支撐輥(見圖2),，這樣可以更有效地降低顫紋的產(chǎn)生。
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圖2 管體內(nèi)支撐和輥道上的浮動支撐輥
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特殊螺紋加工時的進(jìn)給量遠(yuǎn)大于普通車削,，因此刀具會承受非常大的車削力,。為有效避免加工過程中產(chǎn)生顫紋,，要求在設(shè)計時根據(jù)加工管體的材料和特殊螺紋接頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計特點,，制定合理的刀具設(shè)計方案，特別是設(shè)計內(nèi)螺紋刀桿時,，應(yīng)注意刀桿直徑和懸出長度的關(guān)系,。一般懸出長度控制在刀桿直徑的1.5-2倍為宜，如果需要加工內(nèi)孔小且長的內(nèi)螺紋時,，盡量選擇專業(yè)刀具廠家生產(chǎn)的專用防振刀桿,。這些刀桿是為了解決加工孔小行程長的內(nèi)螺紋專門設(shè)計的,，一般懸出長度控制在刀桿直徑的3-4倍。另外,，選擇適當(dāng)?shù)牡毒卟牧虾蜔崽幚砉に囈埠苤匾�,，合理的刀具材料和熱處理工藝可以有效地保證刀具的剛性。盡量選擇剛性較好,、適合重車削的數(shù)控車床,。剛性好的車床可以更有效地控制特殊螺紋接頭加工的質(zhì)量，防止加工過程中出現(xiàn)顫紋,。
( E, y$ m- b% e# P(2)加工試樣的裝夾方式不合理
: G/ x2 u) ?4 y- F: _) V除了車床,、刀具以及管體本身的剛性不足，加工試樣的裝夾方式也是導(dǎo)致顫紋出現(xiàn)的主要原因,，例如夾持壓力不合理或夾具卡爪尺寸不合適等都會造成顫紋,。如果夾持壓力過低，在螺紋加工過程中,，試樣會發(fā)生位置移動,，導(dǎo)致顫紋產(chǎn)生；如果夾持壓力過高,，接頭毛坯在夾緊時有較大的不均勻彈性變形,，盡管切削時接頭內(nèi)壁可以被車成正圓孔，但松開后,，接頭彈性恢復(fù),，導(dǎo)致樣品橢圓度超差。特殊螺紋接頭的密封性能主要靠金屬過盈來實現(xiàn),，當(dāng)橢圓度超差時,，會在原本過盈的地方產(chǎn)生間隙或更大的過盈量，使特殊螺紋接頭泄漏或發(fā)生粘扣,。此外,，卡爪尺寸不合適，不能與加工試樣的外表面完美貼合,，勢必會影響夾持的穩(wěn)定性,。當(dāng)夾持穩(wěn)定性降低到一定程度時，便會在加工過程出現(xiàn)樣品移動,，產(chǎn)生顫紋,。
, a9 q8 }( l* O3 f1 p% |油套管螺紋的加工是一個長期總結(jié)經(jīng)驗的過程，其加工時的夾持壓力就是一個重要的數(shù)據(jù)經(jīng)驗積累,，主要根據(jù)加工樣品的尺寸,、鋼級以及車床本身的特點長期摸索總結(jié)而來。合理的夾持壓力可以消除樣品在加工過程中的移動，同時把樣品變形控制在彈性范圍內(nèi),，這樣既可以有效消除加工顫紋,，還可以保證特殊螺紋的橢圓度。
同樣,，卡爪的設(shè)計也要結(jié)合需要加工樣品的尺寸,、鋼級并結(jié)合車床的特點專門設(shè)計。目前,，常見的有平面卡爪和圓弧包爪,。平面卡爪的夾持形式為點線接觸，這種夾持方式接觸面積小,，可以有效增加卡爪和樣品表面之間的夾持力,，防止加工樣品的移動，但會導(dǎo)致樣品受力不均,，使樣品加工后的尺寸或橢圓度超差,。圓弧包爪夾持方式的優(yōu)點是樣品在加工時接觸面積大，受力均勻,，加工后的樣品尺寸好,，橢圓度佳，但加工時相對容易出現(xiàn)異動,，產(chǎn)生顫紋,。因此，在加工特殊螺紋接頭時,，應(yīng)盡量選擇圓弧包爪,，且包爪與樣品接觸的工作面應(yīng)當(dāng)設(shè)計成平頂齒狀或設(shè)置多個凹槽(見圖3)，以增加其摩擦力,。同時,，圓弧包爪的圓弧直徑應(yīng)盡量與加工樣品外徑相匹配，最好在加工前根據(jù)加工樣品的外徑尺寸,，進(jìn)行圓弧包爪的工作表面的鏜車,，以避免圓弧直徑相差太大而在加工中發(fā)生樣品移動、產(chǎn)生顫紋,。還需注意包裹角度的設(shè)計,，太小可能會導(dǎo)致夾持力不足，太大則會造成裝夾過程中卡爪之間的相互干涉,，導(dǎo)致樣品夾持不緊,，產(chǎn)生顫紋。因此,，在特殊螺紋的加工過程中,，盡量選擇與加工樣品外徑匹配的大摩擦力圓弧包爪，包裹角度應(yīng)達(dá)到整個樣品圓周的中上水平,，這樣不僅可以保證樣品的加工尺寸,，同時還能有效降低加工過程中顫紋的出現(xiàn)幾率。
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圖3 設(shè)置多凹槽圓弧包爪及夾持工件
(3)刀具加工質(zhì)量差或安裝不規(guī)范
0 K$ B, ~3 @2 w2 X6 d9 ]刀片,、刀墊本身加工質(zhì)量參差不齊,、誤差大或緊固裝置設(shè)計不合理以及不規(guī)范安裝都會導(dǎo)致樣品加工時產(chǎn)生顫紋。同時,，刀桿安裝時,，刀尖與車床主軸回轉(zhuǎn)中心(車床中心高)距離相差較大也是產(chǎn)生顫紋的重要原因之一。
% A- Q/ g) n! Z. n" `5 A刀片,、刀墊以及相關(guān)配件的質(zhì)量情況直接決定了樣品的加工質(zhì)量,，質(zhì)量差的刀片、刀墊安裝在刀桿上后,，不能很好地相互配合,，會產(chǎn)生間隙，還有可能存在加工尺寸與設(shè)計方案有出入以及刀具鈍化,，這些都會導(dǎo)致顫紋產(chǎn)生,。因此，在特殊螺紋接頭加工時,，應(yīng)選擇質(zhì)量可靠的專業(yè)刀具,。此外，刀片,、刀墊安裝不規(guī)范,、裝夾不緊或是在車削過程中夾入鐵屑，都會導(dǎo)致加工過程中顫紋的出現(xiàn),。因此,，安裝新的刀片、刀墊時,，應(yīng)按照操作規(guī)范進(jìn)行安裝,。在加工過程中，也要定期檢查刀片,、刀墊是否松動或是夾入鐵屑,，如有隱患應(yīng)及時處理，以防止產(chǎn)生顫紋,。刀片,、刀墊緊固方式的設(shè)計合理性也是影響顫紋出現(xiàn)的重要原因之一，應(yīng)盡量選擇經(jīng)驗豐富的專業(yè)刀片,、刀墊制造廠家或使用較為成熟的刀片,、刀墊緊固設(shè)計方案,，以降低加工過程中產(chǎn)生顫紋的可能性。


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1 ]6 }8 O3 B, g/ l圖4 刀具安裝規(guī)范
  D9 I" v' M) v5 d5 Y4 T" ]7 |刀桿安裝不規(guī)范,、刀尖與車床中心高距離相差大,，會導(dǎo)致刀具在車削時的刀具角度和理想角度偏差太大，刀具受力不在最佳狀態(tài),，從而導(dǎo)致樣品加工過程中產(chǎn)生振動,，出現(xiàn)顫紋。因此,，在進(jìn)行刀具對刀時,，一定要注意刀具安裝的角度，避免刀尖與車床中心高距離相差太大,。很多國外的專業(yè)刀具廠家會配套專用的對刀器來確定刀具的安裝角度,。國產(chǎn)刀具一般不配套對刀器，在確定刀具安裝角度時,，可用基準(zhǔn)刀對拔外皮后實心棒料進(jìn)行平端面車削,，找到棒料的圓心，并留下一個小圓錐臺,，將需要安裝的刀具刀尖調(diào)整到小圓錐臺軸線的高度上即可最終確定刀具安裝角度(見圖4),。通常是通過目測來判斷刀尖與車床主軸回轉(zhuǎn)中心是否共線，因此會存在一定誤差,。根據(jù)經(jīng)驗,，刀尖與車床主軸回轉(zhuǎn)中心的距離相差±0.5mm以內(nèi)，可以有效減少加工顫紋的產(chǎn)生,。
(4)加工參數(shù)及方式選取不當(dāng)
特殊螺紋接頭的加工工藝是決定特殊螺紋接頭質(zhì)量的重要影響因素,，不同的吃刀量、車削速度等都會導(dǎo)致樣品加工質(zhì)量上的差異,。此外,，加工方式的選擇也需要根據(jù)加工樣品的鋼級、尺寸等情況來定,。不同的鋼級,、尺寸對應(yīng)不同的加工工藝及加工方式，才能有效降低加工顫紋出現(xiàn)的幾率,。
特殊螺紋接頭的螺紋形式通常為偏梯螺紋或改良的偏梯螺紋,，因此，該螺紋的車削屬于重車削,。王瀟屹等對油管外螺紋進(jìn)行了相同吃刀量(0.3mm),、不同車削速度(60m/min、80m/min,、100m/min,、120m/min)的研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)進(jìn)給速度過快(120m/min)或過慢(60m/min)時,，在螺紋表面都會產(chǎn)生顫紋；而在中間速度(80m/min和100m/min)加工時,，螺紋表面完好,。因此，在進(jìn)行特殊螺紋接頭加工時,，應(yīng)當(dāng)結(jié)合加工樣品的鋼級、尺寸及結(jié)構(gòu)情況,，摸索出合理的車削速度,，以避免產(chǎn)生顫紋。另外,，合理的吃刀量分配也可大幅降低螺紋車削過程中顫紋的產(chǎn)生幾率,。吃刀量太大時，刀具受到的切削阻力大,。隨著螺紋深度的增加,，刀片與樣品的接觸面積逐漸增大，螺紋車削即將完成時,，刀片會承受非常大的切削載荷,，從而引起刀片出現(xiàn)輕微顫動或崩刀，產(chǎn)生顫紋,，影響螺紋的表面質(zhì)量,。吃刀量過小、轉(zhuǎn)速較高時,，刀具以一定進(jìn)給速度前進(jìn),，被車削的試樣無法緊壓住刀片，導(dǎo)致刀片在車削過程中產(chǎn)生顫動,，引起顫紋,，同時吃刀量太小也會導(dǎo)致加工效率大幅降低，影響制造廠家的經(jīng)濟(jì)效益,。
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圖5 螺紋車削常見進(jìn)刀方式
8 {$ u( Q, b* l2 避免顫紋產(chǎn)生的辦法
選擇合理的車削方式,，可以有效改善螺紋的表面質(zhì)量并提高刀具的使用壽命。圖5為螺紋車削常見進(jìn)刀方式示意圖,。徑向進(jìn)刀的特點為各刀刃同時工作,，排屑困難，切削力較大,，容易扎刀,、振動、刀尖易磨損,，但操作相對簡單,，牙型精度較高,，一般適合于小齒形小螺距的螺紋或脆性材料的螺紋加工；側(cè)向進(jìn)刀的特點是不易扎刀,，單刃切削,，排鐵屑順暢，切削力較小,，但背吃刀量較大,，牙型精度差，螺紋表面粗糙度較大,，易出現(xiàn)顫紋,，而且不參與切削一側(cè)的刀刃磨損大；改進(jìn)型側(cè)向進(jìn)刀則可避免斜向進(jìn)刀刀刃磨損大和工件表面粗糙度大的問題,；交互式進(jìn)刀切削時,，兩側(cè)刀刃磨損均勻，較適用于加工大螺距螺紋,。因此,，對于特殊螺紋的車削，可采用改進(jìn)型側(cè)向進(jìn)刀或交互式進(jìn)刀方式,，以實現(xiàn)單刀刃或雙刀刃切削,，避免3個刀刃同時工作，減小振動出現(xiàn)的機(jī)率,，避免顫紋的發(fā)生,。
4 C6 B$ e* z9 A小結(jié)
顫紋是特殊螺紋接頭生產(chǎn)加工過程中普遍存在的現(xiàn)象，不僅影響特殊螺紋接頭的表面質(zhì)量,，還會導(dǎo)致特殊螺紋接頭的各項性能惡化,，因此，加工過程中應(yīng)避免顫紋的產(chǎn)生,。
! L+ o0 z$ C9 L- o$ R6 O+ y(1)車床,、加工樣品以及刀具本身的剛性不足是引起顫紋的主要因素，應(yīng)當(dāng)選擇剛性高的刀具和車床,，同時根據(jù)加工管體的實際情況,，適當(dāng)設(shè)計或增加一些減振防顫的工裝或工藝；
(2)試樣裝夾不規(guī)范,、刀具安裝不合理也是引起顫紋的因素之一,，生產(chǎn)廠家應(yīng)建立相應(yīng)的試樣裝夾、刀具安裝的管理文件,，定期對樣品裝夾和刀具安裝情況進(jìn)行檢查,；
(3)根據(jù)加工樣品的鋼級、尺寸等情況,，制定合理的加工工藝參數(shù)及加工方式,，有效控制特殊螺紋接頭加工過程中顫紋的產(chǎn)生,。

xinyi0928

磨刀