單極套管頭懸掛器數控加工工藝研究

顏廷超　王文強　李永偉

摘 要：石油套管頭是用來固定鉆進井的井口，連接井口套管柱，用以支持技術套管和油層套管的重力，密封各層管間的環形空間的一種井口裝置。單極套管頭懸掛器是在套管頭內、用內外螺紋連接套管并懸掛套管柱的機構，它是套管頭的重要組成部分，也是重要的承重件。對其的加工精度和質量的標準比一般的構件高。隨著數控加工技術的引進，我們將懸掛器放在新進的CAK63285數控車床上進行加工。數控加工具有工序集中、自動化程度高、加工穩定性好等特點。以前套管頭懸掛器是在不同的三臺普通車床上進行加工。中間環節比較多，包括半成品的搬運與過程檢驗等。而且對加工人員的技術和人數要求也比較高，所以這樣的結果是加工效率很低，加工精度也不能完全保證。為了加快套管頭的生產進度，把套管頭的懸掛器的精車及螺紋加工工序放在CAK63285數控車床上進行加工。目的是提高懸掛器的生產效率，減輕勞動強度，保證螺紋加工精度。

關鍵詞：套管頭；數控加工；加工效率

1.研究的意義

將懸掛器的精車工序放在CAK63285數控車床加工，是為了提升套管頭懸掛器的加工效率。

1.1減少人工操作，提高設備的利用率。現在精車一個懸掛器需要操作3臺設備才能加工完成。用數控加工的話，可以減少人工操作，用1臺設備就可以完成。

1.2保證精度，提高質量。因為數控車床加工穩定性高，批量的加工件誤差率小，進而可以保證質量。

1.3提高生產效率。因為數控車床的加工速度快，成品率高，所以效率快。

2.單極套管頭懸掛器數控加工工藝研究主要技術難點

2.1中心架的問題

由于懸掛器本身長度長，加工螺紋時，為了增加懸掛器的穩定性必須安裝中心架，而數控車床的中心架的觸頭采用的是軸承式支撐，雖然軸承觸頭的耐磨性要好，但是剛性太強。在加工的過程中，一旦受力不均會發生突然的斷裂，直接影響產品在加工過程中的穩定性，造成質量問題。還有一點就是滾動軸承容易受熱變形，中心架支撐的圓心會與懸掛器的圓心發生偏移，造成支撐不穩定的情況，也會影響產品的質量，加工的產品容易產生振紋，造成產品的不合格。在最早的試驗過程中就出現過以上問題，而造成的質量問題不易被修復。所以中心架的改造是首先要解決的問題，選用合適的觸頭會直接影響此次項目的成敗。

2.2加工程序的如何編制

懸掛器屬于精密性較高的工件，加工過程不僅要保證螺紋的光潔度，還要保證螺紋的緊密性。由于單個懸掛器成本較高，還要保證加工的一次成功率，如果加工的過程中出現異常情況，可及時停止進行調整或修復，將損失降到最低。所以加工過程中，只有選用合適的進刀量和吃刀量才能保證光潔度，只有選用合適的加工方式才能保證發生異常后可順利的進行調整和加工螺紋的精度。這些都需要大量的試驗和經驗，才能編好一個最適于懸掛器的加工程序。

3.單極套管頭懸掛器數控加工工藝研究的內容

3.1中心架的改造

由于數控車床的中心架的觸頭采用的是軸承式支撐，在加工的過程中，由于滾動軸承容易受熱變形，中心架支撐的圓心會與懸掛器的圓心發生偏移，造成支撐不穩定的情況，所以加工出來的懸掛器時常會發生有振紋，加工出來的產品不合格，而且對振紋修復較難。在中心架改制過程中，我們通過多種材料對比，通過對幾種不同材料的性能，韌性、受熱變形的情況進行比較，決定采用灰口鑄鐵，將中心架的支撐改制成鑄鐵加工的觸頭式支撐，由于鑄鐵的吸震效果好，受熱時變形小，所以在加工的過程中穩定性好。

3.2單極套管頭懸掛器數控加工程序的編制

由于懸掛器工件比較大，而且加工精度要求較高，一次成功率保持在98%以上，所以我們采用多次循環式的加工方法，在加工螺紋時，將進刀量放小，增加進刀次數，利用數控的循環走刀對螺紋進行加工。這樣雖然加工程序比較繁瑣，但是如果在加工過程中出現異常情況（如刀頭斷裂，顫紋等）操作者發現后可以及時停止程序，進行相應的調整刀具和設備，調整完成后，可繼續沿著上一次的加工路線進行后續的加工，無需從第一個步驟重新開始進行加工。我們通過多次調試，對數控車床的主軸轉速從230-300之間進行逐級調試，刀架的進刀量也從0.2-0.5之間進行逐級調試，通過多次的調試，成功編制了懸掛器螺紋及精車加工程序。同時相應的編制了單級套管頭懸掛器數控加工工序卡。

4.研究后的效果

在保證單級套管頭懸掛器螺紋加工質量符合API標準的同時，還使其精車加工由數控車床完成，減少人力支出，提高產品質量和加工效率。

4.1保證精度，降低勞動強度

在程序調整好的情況下，利用數控車床的加工的穩定性，加工出來的工件精度能夠有一定的保障。同時數控車床自動程度較高，可大大降低工人的勞動強度。

4.2提高加工效率

數控加工省去了人工調整進刀和計量加工的時間，利用自動化程序一氣呵成。以前加工一個懸掛器需要3個人分不同工序進行加工，一般加工時間在8小時左右，現在用數控工藝只需要一個人，加工時間為1.5小時，較以前提高了5倍多。

4.3提高產品質量

數控車床加工的穩定性高，通過對程序的合理調試，設置合理的加工路線，利用成型刀具，在加工時過程規范，進刀勻稱。加工的產品不管是從外觀和質量上來看都相對于人加工出來的產品要好。

參考文獻：

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[3]朱民. 數控加工中常見問題的處理方法[J].制造技術與機床，2002（02）.

作者簡介：

顏廷超（1988.10.21-），男，漢族，重慶大學，材料物理，本科，機械助理工程師。

王文強（1988.8.22-），男，漢族，西安石油大學，石油工程，本科，機械助理工程師。

李永瑋（1986.11.2-），男，漢族，遼寧石油化工大學，過程裝備與控制工程，本科，機械助理工程師。