API螺紋加工技術(shù)研究

史韻琦++楊琢++何恩緒++朱穎

摘 要：本文主要介紹了軸類(lèi)薄壁零件API螺紋加工的全過(guò)程，闡述了API螺紋的特點(diǎn)，加工過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方法、振刀具紋的控制及不完整螺紋的首扣加工進(jìn)行了分析和闡述。

關(guān)鍵詞：錐螺紋；螺距誤差；銑首扣

中圖分類(lèi)號(hào)：TG85 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

API螺紋是美國(guó)石油協(xié)會(huì)認(rèn)可的石油專(zhuān)用螺紋，執(zhí)行API Spec-7標(biāo)準(zhǔn)，API螺紋系列在井內(nèi)鉆住結(jié)構(gòu)件和井下工具得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用；尤其是連接鉆柱結(jié)構(gòu)件的API系列鉆具接頭螺紋，更是起著不可或缺的作用。因此熟悉和掌握API系列的相關(guān)技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，采用合理的加工參數(shù)及檢測(cè)方法控制API石油管螺紋的質(zhì)量，是公司開(kāi)展石油鉆探行業(yè)不可或缺的。

API螺紋為錐度螺紋，其牙型有偏梯形牙型、三角形，螺紋直徑大，零件壁薄，加工時(shí)剛性差，加工時(shí)需要控制API螺紋的錐度誤差、螺距誤差、牙型誤差及振刀紋的產(chǎn)生，螺紋的檢測(cè)也不同于一般螺紋，需要專(zhuān)用的API螺紋工作量規(guī)。

1.研究目標(biāo)

1.1 API螺紋的設(shè)計(jì)要求

API螺紋執(zhí)行API Spec-7標(biāo)準(zhǔn)，旋轉(zhuǎn)臺(tái)肩式連接，是石油鉆探行業(yè)連接鉆住結(jié)構(gòu)件最主要的機(jī)械結(jié)構(gòu)。這種帶錐螺紋具有通過(guò)軸向位移來(lái)補(bǔ)償連接部分直徑誤差的特點(diǎn)，因此互換性程度高、結(jié)合緊密并且裝拆容易。由于旋轉(zhuǎn)臺(tái)肩式連接在工作中承受高扭矩，故采用螺紋涂料來(lái)防止螺紋擦傷和旋轉(zhuǎn)過(guò)緊問(wèn)題。

2.API螺紋錐度誤差、螺距誤差、牙型誤差的控制

API螺紋的錐度、螺距、牙型是重要的參數(shù)，精度要求較高，對(duì)螺紋連接性能有較大影響。

2.1 API螺紋錐度誤差的控制

API螺紋零件的加時(shí)，當(dāng)錐度的錐度3/8TPF時(shí)，3/8TPF解釋為：每英寸3/8英寸；對(duì)應(yīng)的角度為0.8952°，加工螺紋程度必須沿著0.8952°的角度進(jìn)行加工，通過(guò)角度換算零件的X與Z值的比例關(guān)系是1：64；車(chē)加工螺紋X方向上刀0.01mm時(shí)，Z向方向進(jìn)0.64mm，因此該螺紋的錐度為螺紋的加工帶來(lái)極大的難度。

API螺紋椎體一般分為粗車(chē)及精車(chē)兩個(gè)步驟加工，API螺紋內(nèi)、外椎體粗車(chē)后，單邊留車(chē)量0.2mm～0.3mm，以保證精車(chē)API螺紋牙型的完整性。

2.2 API螺紋緊密距誤差的控制

螺距公差，API螺紋刀制造公差是造成API螺紋連接密封性能的最主要因素。螺距公差在API螺紋連接時(shí)的累積緊密距，在間隙值中所占比例最大，達(dá)到50%，因此螺距誤差是影響API螺紋緊密性能的主要因素。

在數(shù)控車(chē)床上加工API螺紋都是工件旋轉(zhuǎn)，螺紋車(chē)刀沿工件軸線按所要求的螺距參數(shù)等量平移，工件的螺距精度主要靠車(chē)床相關(guān)部件的運(yùn)動(dòng)精度來(lái)保證。雖然API螺紋零件的螺距誤差接近或超過(guò)累積螺距公差狀態(tài)的情況極少，但一旦出現(xiàn)，對(duì)成批零件密封性能的影響是致命的。為了減小工件的螺距誤差，保證API螺紋連接密封性能，應(yīng)采取以下控制措施：

（1）定期檢查機(jī)床，消除和減小機(jī)床的主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌導(dǎo)向誤差和傳動(dòng)誤差等，以提高API螺紋加工時(shí)的螺距精度。

（2）刀具桿的選擇，一般API螺紋的刀具都有對(duì)應(yīng)的刀片及刀桿號(hào)，但由于API螺紋車(chē)加工中產(chǎn)生應(yīng)力很大，在選擇刀桿的過(guò)程中，要盡量選擇直徑粗的刀桿，增加刀具的剛性，減少刀具振動(dòng)造成螺紋的振紋。

（3）振刀紋的消除，API螺紋的加工中，振刀紋是影響螺紋加工最關(guān)鍵最難解決的問(wèn)題，刀桿的裝夾必須先拉直，再根據(jù)程序中Z值盡量讓刀桿少探出，減小刀具的振動(dòng)，避免振刀紋的產(chǎn)生；再通過(guò)增加零件的剛性，減少零件的振動(dòng)，避免振刀紋產(chǎn)生。

2.3 API螺紋牙型誤差的控制

API螺紋是一種特殊的連接，螺紋的牙型對(duì)油管螺紋的連接的密封性能產(chǎn)生重大影響。雖然國(guó)際及API標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的牙型誤差只有兩項(xiàng)（牙型高度公差和牙型角公差），而且從表面上看這兩項(xiàng)公差值都較大，但實(shí)際上API螺紋加工時(shí)因工件裝夾、刀具的問(wèn)題、走刀方式、上刀量而引起的牙型形狀誤差及橫截面圓度誤差都應(yīng)包含在內(nèi)。

為了減小API螺紋的牙型誤差，還應(yīng)采取一下措施：

（1）API螺紋椎體車(chē)好后，先用普通螺紋車(chē)刀粗車(chē)，以減輕車(chē)螺紋時(shí)載荷，保證螺紋牙型正確。

（2）API螺紋粗車(chē)后，再利用螺紋車(chē)刀精車(chē)，精車(chē)走刀3次以上，API螺紋的牙頂，牙側(cè)及牙底必須精車(chē)，以保證牙型的完整正確。

（3）為了保證螺紋車(chē)刀在加工中有效的控制牙型，加工時(shí)注意觀察刀具的磨損情況，及時(shí)更換刀片。

3.API螺紋的工藝性分析

API螺紋直徑大，其螺紋牙型為梯形錐度螺紋且螺距大，零件內(nèi)部是內(nèi)孔加工時(shí)零件壁薄，剛性差容易出現(xiàn)振刀現(xiàn)象。從零件圖中我們知道API螺紋的錐度起于一點(diǎn)，而這一點(diǎn)在加工中不易測(cè)量，難以控制，另外，從牙型放大圖中我們可以看出螺紋尺寸要求嚴(yán)，這些因素勢(shì)必給API螺紋加工帶來(lái)困難。

4.API螺紋的加工

4.1 API螺紋小徑的加工前，必須將螺紋的小徑車(chē)加工到尺寸，且螺紋的小徑的錐度也是3/8，這就要求車(chē)加工徑向值的公差范圍只有0mm～0.1mm。

4.2 API螺紋的加工：API螺紋都有對(duì)應(yīng)加工的刀桿號(hào)與刀片號(hào)，加工螺紋前螺紋刀桿必須拉直，加工螺紋的刀桿要盡量選擇粗的刀桿，刀桿越粗刀具的剛性越好，越能減少振刀紋的產(chǎn)生；API螺紋加工方法是先用專(zhuān)用車(chē)道粗車(chē)去除余量，再用專(zhuān)用車(chē)刀精車(chē)。這種加工方法的優(yōu)點(diǎn)是：（1）粗車(chē)時(shí)，車(chē)刀可以采用較大的前角后角，切削輕快，可減少工件的擠壓變形；（2）在程序中我們使用跳步功能，這樣在螺紋加工時(shí)能先去掉牙型角的大部分余量，精車(chē)螺紋時(shí)減輕切削載荷。

4.3 API螺紋加工的夾具

合理裝夾及提高工件的剛度，API螺紋零件一般是空心薄壁件，安裝時(shí)我們采用專(zhuān)用卡爪，卡爪材料為45#鋼，硬度28-35HRC，而且工件被夾持部位圓柱度應(yīng)控制在0.03mm，卡爪夾持部位定期修切，使之與工件接觸良好，從而使夾緊力均勻，減少工件的加緊變形；當(dāng)工件懸伸較長(zhǎng)時(shí)或剛度較低時(shí)，采用中心架做輔助支撐，中心架靠近螺紋，以便增加零件的輔助剛性。

5.API螺紋首扣的銑加工

根據(jù)S-272632規(guī)定，API螺紋首扣需要進(jìn)行加工，從工藝上我們考慮由于API螺紋尺寸較大用鉗工打磨難以保證API螺紋的錐度，影響API螺紋的密封性。

基于以上考慮我們新開(kāi)發(fā)了數(shù)控車(chē)床動(dòng)力頭，在數(shù)控臥車(chē)上精零件進(jìn)行銑加工，數(shù)控車(chē)床上加工完螺紋后，不能卸下零件，在保證與車(chē)螺紋相同狀態(tài)下，通過(guò)程序G28 C0，來(lái)確定螺紋的起始0度，通過(guò)動(dòng)力頭直接進(jìn)行螺紋首扣的加工，保證API螺紋的加工精度和質(zhì)量。使用動(dòng)力頭銑加工螺紋，對(duì)刀Z值最好與車(chē)加工的Z值一致，在零件每旋轉(zhuǎn)一周，動(dòng)力頭的Z值必須走一個(gè)螺距，用以保證銑刀銑削加工沿著螺紋的旋向進(jìn)行，我們從刀具使用開(kāi)始，程序原點(diǎn)，對(duì)刀點(diǎn)，對(duì)刀方式每一步認(rèn)真考慮，計(jì)算。銑螺紋首扣的過(guò)程，是兩軸聯(lián)動(dòng)的過(guò)程，在試件加工中，便加工邊調(diào)整Z值，Z值調(diào)整后，一定不能改動(dòng)。

結(jié)論

API螺紋加工目前國(guó)內(nèi)加工較少，API螺紋加工是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，從操作者到機(jī)床設(shè)備，到刀具夾具的使用，每一個(gè)環(huán)節(jié)都至關(guān)重要，每一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，都會(huì)影響到API螺紋的螺紋連接的密封性能。因此，需要人人重視螺紋加工過(guò)程，從而使API螺紋的質(zhì)量得到有效控制與保證。

參考文獻(xiàn)

[1]盧秉恒.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，北京：2006.

[2]袁峰.數(shù)控車(chē)床培訓(xùn)教程[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.endprint