數控車床加工特殊螺紋接頭（tóu）產生顫紋的（de）原因及對策

特殊螺紋接頭是針（zhēn）對API螺紋接頭密封性能差、上扣控製難、接（jiē）頭應（yīng）力水平高等（děng）不足而專門設計的具（jù）有可靠（kào）連接強度和（hé）良好密封性能的專用油套（tào）管接頭，其結構設計特（tè）點決定了它良好的使用性能和加（jiā）工（gōng）精度。隨（suí）著我國石（shí）油勘探水（shuǐ）平不斷提高，深井、超深井、熱采井（jǐng）以及高溫高壓氣井（jǐng）的數量逐年增加，對特（tè）殊（shū）螺紋接頭的性（xìng）能及質量控製要（yào）求越來越高。目前，國（guó）內生（shēng）產特殊螺紋接頭（tóu）的廠家大部分都采用進口高精度（dù）數控車床，就是（shì）為（wéi）了更好地（dì）控（kòng）製特殊螺紋接頭的產品質量。

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（shū）螺紋接頭的使用性能和產品質量。本文結合特殊螺（luó）紋接頭的（de）加工特點，總結（jié）了特殊螺紋接頭加工過程中顫紋產生的原因及對策，為特殊螺紋接頭的生產質量控製提供了一定參考。

1 顫紋（wén）產生的原因

(1)加工試樣、刀具或車床本身剛（gāng）性不足

特殊螺紋接頭加工過程中，顫（chàn）紋常見於螺（luó）紋車削階段。特殊螺紋加工的螺紋成型麵是經過（guò）連續加工獲得的，理論上會保持較好的加工（gōng）表（biǎo）麵（miàn）光潔度（dù），而不會像（xiàng）普通（tōng）車削加工那樣受進給（gěi）量的影響（xiǎng）。但如果加工剛性較差的薄壁管或者刀具、車床剛（gāng）性不足（zú），就會在加工過程中發生振動，從而在螺紋加工表麵產生顫紋（wén）。

在剛性較差的薄壁管（guǎn）體上（shàng）進行螺紋加工時，為避免加工顫紋的（de）產生，可以根據螺（luó）紋的設計長度、車床的加（jiā）工特點和刀（dāo）具裝夾方式，確定合理的管體懸出長度(見圖1)，以避（bì）免管體懸出過長、管頭擺動造成加工顫紋的產生（shēng）。此外，在進行外螺紋加工時，可根據管體幾何尺（chǐ）寸（cùn），設計管體內支撐和輥道上（shàng）的浮動支撐輥(見圖2)，這（zhè）樣可以更有效地降低顫紋的產生。

特殊（shū）螺紋加工時（shí）的進給量遠大於普通（tōng）車削，因此（cǐ）刀具會承受非常大的車削力。為有效避（bì）免加工過程中（zhōng）產生顫紋，要求在（zài）設計時根據加工管體的材料和（hé）特殊螺紋接頭的結構設計（jì）特點，製定合理（lǐ）的刀具設計方案，特別是設計內螺紋刀杆時，應注意刀杆直（zhí）徑和懸出長度的關係。一（yī）般（bān）懸出長度控製（zhì）在刀杆直徑的1.5-2倍為宜，如果需（xū）要加工內孔小且長的內螺紋時，盡量選擇專業刀具廠家生產的專用防振刀（dāo）杆。這（zhè）些刀杆是為了解（jiě）決加工孔小行程長的內螺紋專門設計的，一般懸出長度控製在刀杆直徑的3-4倍。另外，選擇適當的刀具材（cái）料和熱處理工藝也很重要，合理的（de）刀具材料和熱處理工藝可以有效（xiào）地保證刀具的（de）剛性。盡量選擇剛性較好、適合重車（chē）削的數控車床。剛性好的車床可以更有效地控製特殊螺紋接頭加工的（de）質量，防止加工過程中出現（xiàn）顫紋。

(2)加（jiā）工試樣的裝夾方式不合理

除了車床（chuáng）、刀具（jù）以及管體本身的剛性不足，加工試樣的裝夾方式也是導致顫紋（wén）出現的（de）主要原因，例如夾持壓力不合理或夾（jiá）具卡爪尺寸不合（hé）適等都會造成（chéng）顫（chàn）紋（wén）。如果夾持壓力過低，在螺紋（wén）加工過（guò）程中，試樣會（huì）發生位置移動，導致顫紋產生；如果夾持壓力過高（gāo），接頭毛坯在（zài）夾緊（jǐn）時有（yǒu）較大的不均勻彈性變（biàn）形，盡管切削時接頭內壁可以被車成正圓（yuán）孔，但鬆開後，接頭（tóu）彈性恢複，導致（zhì）樣品橢圓度超差。特殊螺紋（wén）接頭的密封性能主要靠金（jīn）屬過盈來實現，當橢（tuǒ）圓度超差時，會在（zài）原本（běn）過盈的（de）地方產生間隙或更大的過盈量，使特殊螺紋（wén）接（jiē）頭泄漏或發生粘扣。此外，卡爪尺寸不合適，不能與加工試樣的外表麵完美貼合，勢必會影響夾持的穩定性。當（dāng）夾持穩定性降低到（dào）一定程（chéng）度時，便會在加工過程出（chū）現樣品移動，產生顫（chàn）紋。

油套管螺紋的加工是一個長期（qī）總結經驗的過程，其加工時的夾持壓力就（jiù）是一個重要的數據（jù）經驗積累，主要根據加工樣品的尺寸、鋼級以及車床本身的特點長期摸索總結而來。合理（lǐ）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（xíng）控（kòng）製在彈性範圍內，這樣既可以有效消（xiāo）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）計也要結合（hé）需要加（jiā）工樣品的尺寸、鋼級並結合車床的特點專門設計。目前，常見的有平麵卡爪和圓弧包爪。平麵卡（kǎ）爪的夾持形式為點（diǎn）線接觸，這種夾持（chí）方式接（jiē）觸（chù）麵積小，可以有效增加卡爪和樣品表麵之間的夾持力，防止加工樣品的移動，但會導致樣品受力不均，使樣品（pǐn）加工後的尺寸或橢圓度超差。圓弧包爪夾持方式的優點是樣品（pǐn）在加工時接觸（chù）麵積大，受（shòu）力（lì）均（jun1）勻，加工後的（de）樣品尺寸好，橢圓度佳，但加工時相對（duì）容易出現異動（dòng），產生顫紋。因此，在加工特殊（shū）螺紋接頭時，應盡量選擇圓弧包爪，且包爪與樣品接觸的工作麵應當設（shè）計成平頂齒狀或（huò）設置多個凹槽(見圖3)，以增加其摩擦（cā）力。同時，圓（yuán）弧包爪（zhǎo）的圓弧直徑應盡量與加工樣品外徑相匹配，最好在加工前根據加工（gōng）樣品的（de）外徑尺寸，進行圓弧包爪的工作表麵的鏜車，以避免圓弧直徑相差（chà）太大而在加工中發（fā）生樣品移動、產生顫紋（wén）。還需注意包裹角度的設（shè）計，太小可能會導致夾持（chí）力不（bú）足，太大則會造成（chéng）裝夾過（guò）程中卡爪之間的相互幹涉，導致（zhì）樣品夾持不（bú）緊，產生顫紋。因此，在特殊螺紋的加工過程中，盡量選（xuǎn）擇與加工（gōng）樣品外徑（jìng）匹配的大摩擦力圓弧包爪（zhǎo），包裹角（jiǎo）度應達到整個樣品圓周的中上水平，這樣（yàng）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幾率。

(3)刀（dāo）具加工質量差或安裝（zhuāng）不規範

刀片、刀墊本身加工質量參差不齊、誤差大或緊固裝置設計不合理（lǐ）以及不規範安裝都會導致樣品加工時產生顫紋。同時，刀杆安裝時，刀尖（jiān）與車床主軸回轉中（zhōng）心(車床中（zhōng）心高)距離相差（chà）較大（dà）也（yě）是（shì）產生顫紋的重要原因之一。

刀片、刀墊以（yǐ）及相關配件的質量情況直接（jiē）決定了樣品的加（jiā）工質量，質量差的刀片、刀墊安裝在刀杆上後，不能很（hěn）好地相互配合，會產生間隙，還有可能存在加工尺寸與設計方案有出入以及刀具鈍化，這些都會（huì）導致顫紋產生。因此，在特殊螺紋接（jiē）頭加工（gōng）時，應選擇質量可靠的專業刀具（jù）。此外，刀片、刀墊安裝不（bú）規範、裝（zhuāng）夾不（bú）緊或是在（zài）車削過程（chéng）中夾入（rù）鐵屑，都會導致加工過程中顫紋的出現（xiàn）。因此，安裝新的（de）刀片、刀墊時，應按照（zhào）操作規範進行安裝。在加工過程中，也要定（dìng）期檢查刀片、刀墊是否鬆動或是夾入鐵屑，如有隱患應及時處理，以防止產生顫紋。刀片、刀墊緊固方式的設計合理性（xìng）也是影響顫紋（wén）出現的（de）重要原因之一，應（yīng）盡量選擇經驗豐富的專業（yè）刀片、刀墊製造廠家或使用較為成熟的刀片、刀墊緊固設計方案，以降低加工過程中產生顫紋的可能性。

刀杆（gǎn）安裝不規範、刀尖與車床中心高（gāo）距離相差大，會導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，從而導致樣品加工過程中產生（shēng）振動，出現顫紋。因（yīn）此，在進行刀具對刀時，一定要注意刀具安裝的角度，避免刀尖與車床中心高距離（lí）相差太大。很多國外的專業刀具廠家會（huì）配套專用的對刀器來確定刀（dāo）具的安裝角度。國（guó）產刀具（jù）一般不配套對刀器，在確定刀具安（ān）裝角度時，可用基準刀對拔（bá）外皮後實心棒（bàng）料進行平端麵車削，找到棒料的圓心（xīn），並留下（xià）一個小圓錐台，將需（xū）要安（ān）裝的（de）刀具刀尖調整到小圓錐台軸線的高度上即可（kě）最終確定刀（dāo）具安裝角度(見圖4)。通常是通過目測來判（pàn）斷刀尖與車床主軸回轉中心是否共線，因此（cǐ）會存在一定誤差。根據經驗，刀尖與車床主軸回轉中（zhōng）心的距離相差（chà）±0.5mm以內，可以有效減少加工顫紋的產生。

(4)加工參數（shù）及方式選取不當

特殊螺紋（wén）接頭的加工（gōng）工藝是（shì）決定特殊螺紋接頭質量的重要影響因素，不同的吃刀量、車削速度等都會導致樣品加工質量上的（de）差異（yì）。此外，加工方式（shì）的選擇也需要根據加工樣品的鋼級、尺寸等情況來定。不（bú）同的鋼（gāng）級、尺（chǐ）寸對應不同（tóng）的加工工藝及加工方式，才能有效降低加工顫紋出現的幾（jǐ）率。

特殊螺（luó）紋接頭的螺紋（wén）形式通常為偏梯螺紋或改良的（de）偏梯螺紋，因此，該螺紋的車削屬於重車削。王瀟屹等對油管外螺紋進行了相同（tóng）吃刀量(0.3mm)、不同車削速度(60m/min、80m/min、100m/min、120m/min)的研究發現：當進給速度過快(120m/min)或過慢(60m/min)時（shí），在螺紋表麵都會產生顫紋；而在中間速度(80m/min和100m/min)加工時，螺紋表（biǎo）麵完好。因此，在進行特殊螺紋（wén）接頭加工時，應當結合加工樣品的鋼級、尺寸及結構情況，摸索出合理的車（chē）削速度，以避免產生顫紋。另外，合理的吃（chī）刀量分配也可大幅降低螺紋車削過程中（zhōng）顫紋的（de）產生（shēng）幾率。吃刀量太大時，刀（dāo）具（jù）受到的切削阻力大。隨著螺紋（wén）深度的增加，刀片與樣品的接觸麵（miàn）積逐漸增大，螺紋車削即（jí）將完成時，刀片會承受非常大的切削載荷，從（cóng）而引起刀片出現（xiàn）輕微顫動或（huò）崩刀，產生顫紋，影響螺紋的表麵質量。吃刀量過小、轉速（sù）較高時，刀具以一定進給速度（dù）前進，被車削的試樣無法緊壓住刀片，導致刀片在車削過程中產生顫動，引起顫紋，同時吃刀量太小也會導致加工效率大幅降低，影響製造廠家的經濟（jì）效益。

2 避免顫紋產生的辦法

選擇合（hé）理的車削方式，可以有（yǒu）效改善螺（luó）紋的表麵質量並提高刀（dāo）具的使（shǐ）用壽命。圖5為螺紋車削常見進刀方式示意圖（tú）。徑向（xiàng）進刀的特點為各刀刃同時工作，排屑困難，切削力較大，容易紮刀、振動、刀尖易（yì）磨損，但操作相對簡單，牙型精度較高，一般適合於（yú）小齒形小螺距的螺紋或脆性材料的螺紋加工；側向進刀的特點是（shì）不易紮刀，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（dù）差，螺紋表麵粗糙度較大，易出現顫紋，而（ér）且不參與切削（xuē）一側的刀刃磨損大；改進型側向進刀則可（kě）避免斜向進刀刀刃磨損大和工件表麵粗糙度大的問題；交互式進刀切削時，兩側刀刃磨損均勻，較適用於加工大螺距螺紋。因此，對於特殊（shū）螺（luó）紋的車削，可采用改進（jìn）型側向進刀或交互式進刀方式，以實現（xiàn）單刀刃或雙刀刃切削，避免3個刀刃同時（shí）工作，減小振動出現的機率（lǜ），避免顫紋的發生。

小結（jié）

顫紋是特殊螺紋接頭生（shēng）產加工過程中普遍存在的現象，不僅影響特（tè）殊螺紋接頭的表麵質量，還會導（dǎo）致特殊螺（luó）紋接頭的（de）各項性能惡化，因此，加工過程中應避免顫紋的（de）產（chǎn）生。

(1)車床、加工樣品以及刀具本身的剛性不足是引起顫（chàn）紋的主要因素（sù），應當選擇剛性高的（de）刀具和車床，同時根據加工管體的實際（jì）情況，適當設計或增（zēng）加一些減振防（fáng）顫的工裝或工藝；

(2)試樣裝夾不規範、刀具安裝不合（hé）理也是引起顫紋的因素之一，生產廠（chǎng）家應建立相應的（de）試樣裝夾、刀具安裝的管理文件，定期對樣品（pǐn）裝夾和刀具安裝情況進行檢查；

(3)根據加工樣品（pǐn）的鋼級、尺寸等情況，製定（dìng）合理的加工工藝（yì）參數（shù）及加工方（fāng）式，有（yǒu）效控製特殊螺（luó）紋接頭加工過程中顫紋的產生。