盲孔螺紋車削工藝

黃慧，黎敏

長慶油田分公司機械制造總廠 陜西西安 710201

1 序言

應用柱塞氣舉排水采氣裝置是低產低效、致密氣藏最經濟有效的排水采氣工藝，也是長慶油田現行的排水采氣主要措施之一，平均提高單井產氣量32.2%。

緩沖定位器是柱塞氣舉排水采氣裝置的重要組成部分，主要工作原理：當柱塞下行撞擊緩沖定位器時，一方面，緩沖定位器受沖擊作用開始下行，通過壓縮緩沖彈簧將柱塞動能轉換為彈簧勢能，大幅降低瞬時撞擊沖擊載荷，從而緩解自身及柱塞的沖擊動能，有效保護柱塞和緩沖定位器的完好性[1]；另一方面，通過卡定在油管與油管接箍之間的凹槽中，實現柱塞下落的定位功能。

圖1所示打撈頭為緩沖定位器頂部零件，材料為3Cr13不銹鋼，經調質處理后硬度為250～280HBW。此零件是柱塞落地時直接接觸、撞擊的零件，也是后期打撈緩沖定位器的關鍵零件。打撈頭盲孔螺紋M22×2-6H與芯桿聯接，用于壓縮緩沖彈簧，要求表面粗糙度值Ra≤3.2μm，該螺紋質量可靠性是影響緩沖定位器功能完整性和強度的重要因素。

圖1 打撈頭

本文以緩沖定位器打撈頭（以下簡稱“打撈頭”）M22×2-6H盲孔螺紋為研究對象，針對該螺紋在實際加工過程中出現的問題開展研究，并結合筆者積累的工作經驗提出相應的解決對策，供同行參考。

2 存在的問題

打撈頭批量生產過程中，由于M22×2-6H盲孔螺紋屬于細牙螺距螺紋，所以采用車削的方法是經濟、高效的。然而，受限于盲孔螺紋結構和材料切削性能[2]，該螺紋在實際車削時存在以下問題。

1）排屑性能差。與加工外螺紋、通孔螺紋相比，該盲孔螺紋加工時因內部空間狹小，切屑形成后容易在孔內滯留[3，4]，滯留在孔中的殘余切屑會刮傷、拉傷已加工表面，影響螺紋的加工質量。使用切屑清除鉤鉤出內孔中的切屑存在安全隱患，使用普通高壓氣槍吹掃切屑的效果也不理想。

2）材料強度高，切削溫度高，導致刀具壽命低，頻繁停機換刀。這是由于：①3Cr13材料加工硬化嚴重，導致剪切滑移區金屬材料的切應力增加，使得切削加工后的表面硬度比未加工表面硬度高 1.4～2.2倍[5]，加之3Cr13材料中含有高硬度的碳化物微粒（如Cr3C2、SiC），因此刀具容易劇烈磨損，這一點從實際加工過程中可以得到印證。②3Cr13材料導熱性差、切削熱量大，造成切削溫度高。③采用徑向進給方式的螺紋車削方法，切屑控制難，振動傾向大，產生的V形切屑作用于切削刃的彎曲壓力大，刀尖圓弧負荷大。

3 打撈頭加工工藝路線

打撈頭加工工藝路線如下。

（1）下料 鋸床下φ45mm×91mm/3Cr13圓 鋼料。

（2）熱處理 調質處理后的硬度為250～280HBW。

（3）粗車 自定心卡盤夾持，平端面，鉆中 心孔。

（4）半精車/精車 一夾一頂，車外徑各部至圖樣尺寸。

（5）半精車/精車 自定心卡盤夾持，車端面，保證總長；鉆螺紋底孔；加工螺紋。

（6）鉗 分度頭自定心卡盤夾持，鉆φ4mm通孔；鉆2個φ6.5mm×6.75mm側孔。

4 盲孔螺紋加工

4.1 刀具選擇

車削刀具宜選用螺距為2mm的公制60°全牙型螺紋車刀。一方面能確保螺距、牙頂、牙底和牙高精確、一致，螺紋強度高，加工效率高；另一方面可有效避免毛刺的形成，省去后續的去毛刺工序，生產效率高。

螺紋刀片選用基于物理氣相沉積（PVD）工藝的TiN涂層WC硬質合金材料，相比于YT、YG和YW材料，TiN涂層表面硬度高，耐磨性、耐熱性、抗粘附性和耐用性好。鏜桿選用整體WC硬質合金材料，保證同時兼顧足夠的剛性、強度和容屑空間。

4.2 工藝方法

為降低切削抗力、降低切削溫度和改善排屑性能，螺紋車削采用改進式反向側向進給方法。兩刀之間均具有一個軸向進給，軸向進給方向朝外，軸向進給角一般取1°～5°，這樣可控制切屑，使之流向孔外，避免切屑在盲孔內堆積。具體方法：分7次進刀進行車削，背吃刀量ap依次為0.18mm、0.17mm、0.16mm、0.15mm、0.14mm、0.12mm和0.08mm，兩刀之間軸向位移差依次為0.005mm、0.005mm、0.005mm、0.005mm、0.009mm和0.02mm。需要說明的是，最后一次進刀產生的切屑應為完整的、無缺口的V形切屑，確保螺紋牙型完整。

切削用量：主軸轉速n=800r/min，使用水溶性切削液冷卻。

螺紋車削進給方法對比如圖2所示。

圖2 螺紋車削進給方法對比

4.3 螺紋數控車削參考程序

螺紋數控車削參考程序如下。

G99;

M04 S800;

T0202;

M08;

G00 X18.0 Z25.0;

G92 X20.0 Z-21.093 F2.0;（啟動螺紋切削循環）

G00 X18.0 Z25.005;（軸向位移0.005mm）

G92 X20.36 Z-21.088 F2.0;（徑向進刀0.36mm）

G00 X18.0 Z25.01;（軸向位移0.005mm）

G92 X20.7 Z-21.083 F2.0;（徑向進刀0.34mm）

G00 X18.0 Z25.015;（軸向位移0.005mm）

G92 X21.02 Z-21.078 F2.0;（徑向進刀0.32mm）

G00 X18.0 Z25.02;（軸向位移0.005mm）

G92 X21.32 Z-21.073 F2.0;（徑向進刀0.30mm）

G00 X18.0 Z25.025;（軸向位移0.005mm）

G92 X21.6 Z-21.068 F2.0;（徑向進刀0.28mm）

G00 X18.0 Z25.034;（軸向位移0.009mm）

G92 X21.84 Z-21.059 F2.0;（徑向進刀0.24mm）

G00 X18.0 Z25.054;（軸向位移0.02mm）

G92 X22.0 Z-21.039 F2.0;（徑向進刀0.16mm）

G00 X100.0 Z100.0;

M09;

M30;

5 現場試驗

工藝驗證試驗利用長城機床廠CK7163×1500數控車床對打撈頭M22×2-6H盲孔螺紋進行車削。打撈頭的前序加工工作根據圖樣和工藝要求已完成，螺紋底孔尺寸控制在φ（20±0.03）mm，螺紋底孔表面粗糙度值Ra≤6.3μm。試驗選取100件工件作為試驗樣本，采用前述工藝、刀具，螺紋檢測量具使用M22×2-6H螺紋通止規、公制60°螺紋樣板、0～150mm游標卡尺和表面粗糙度比較樣塊，試驗結果如下。

1）試驗樣本的表面粗糙度值Ra均控制在1.6～3.2μm。

2）試驗樣本均通規通、止規止，符合螺紋規檢測要求。

3）試驗樣本的螺紋牙側與螺紋樣板均無透光現象，試驗樣本牙型角、螺距均滿足螺紋樣板的檢測要求。

4）試驗樣本的螺紋小徑控制在φ（20±0.03）mm。

因此，試驗樣本M22×2-6H盲孔螺紋均滿足圖樣要求。

6 結束語

本文基于盲孔螺紋車削中存在的問題進行工藝研究。通過改進螺紋車削方案，選擇合適的螺紋刀具，改善切削用量，提高了螺紋切削性能和加工穩定性，得出以下結論。

1）通過改進式反向側向進給方法在打撈頭M22×2-6H盲孔螺紋車削中的應用，改善了切屑流向，解決了螺紋車削過程排屑性能差的問題。

2）通過TiN涂層材料刀片和整體WC硬質合金鏜桿在3Cr13材料螺紋加工中的應用，解決了刀具壽命低的問題。

3）通過現場試驗，得到了車削M22×2-6H盲孔螺紋的最佳切削用量。

20221109

專家點評

該文以M22×2-6H盲孔螺紋為研究對象，針對螺紋加工中出現的排屑困難，刀具壽命低、頻繁停機換刀等問題開展工藝研究，結合實踐經驗提出相應的解決對策，通過選擇合適的螺紋刀具和工藝方法，改善切削用量，提高了螺紋切削性能和加工穩定性。

文章的實用性很強，工藝改進與實踐經驗相結合，在數控車床上，通過改進式反向側向交替進給的方法降低切削抗力，使切屑自動流向孔外，解決了盲孔螺紋車削中的排屑問題；通過涂層刀片和硬質合金鏜桿的應用，解決了刀具壽命低的問題。通過現場工藝試驗，得到了盲孔螺紋的最佳切削用量。為小孔徑盲孔螺紋的數控車削加工積累了經驗。