油套管管端車絲常見問題與對(duì)策

彭建軍，周雅娣，童楠楠，王 巍，何彥輝，任 勇，吳鵬飛，李洪臣

（1.中國石油寶雞石油鋼管有限責(zé)任公司，陜西 寶雞 721008；2.陜西重型汽車有限公司，西安 710200）

油套管管端螺紋的加工質(zhì)量不僅與螺紋車絲工藝相關(guān)，也與管端螺紋材質(zhì)、類型等有直接的關(guān)系。同時(shí)，車削過程中鐵屑的形成狀態(tài)及斷屑能力的不同，會(huì)導(dǎo)致車削過程中存在纏繞現(xiàn)象，尤其在管端螺紋扒皮、車絲、圓弧、倒角、密封面的處理細(xì)節(jié)中，會(huì)存在大量長條或細(xì)小的鐵屑，均會(huì)影響管端螺紋質(zhì)量，導(dǎo)致加工效率低下。本研究分析了P110鋼級(jí)Φ139.7 mm×9.17 mm規(guī)格BJC-II特殊螺紋加工工藝、斷屑及鐵屑的處理方式，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中遇到的問題，提出了相應(yīng)的解決措施，以期為提升管端螺紋加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量提供參考。

1 管端螺紋車絲機(jī)加工工藝

1.1 管端螺紋加工

以P110鋼級(jí)Φ139.7 mm×9.17 mm規(guī)格BJC-II特殊螺紋的加工為例，管端車絲機(jī)在螺紋加工時(shí)，因毛坯管端面存在一定的切斜，需首先進(jìn)行管端車削，以達(dá)到定位基準(zhǔn)的要求。管端的扒皮（或扒光）及車絲采用跟進(jìn)式加工方法，即一前一后兩把刀同時(shí)加工，管端扒皮按照螺紋的錐度方向進(jìn)行初加工，上通道為精車扒皮刀，下通道為粗車扒皮刀，二者同步車削，減少一次車削量過大的問題；車絲采用跟進(jìn)式加工，能減少螺紋車削整體加工時(shí)間，也能避免因管端車絲扒皮（或扒光）后螺紋加工余量過大導(dǎo)致的打刀或豎紋情況。圖1為管端螺紋車絲機(jī)加工刀具安裝示意圖。

圖1 管端車絲加工刀具安裝示意圖

端面的車削在扒皮遠(yuǎn)離端面后開始，端面的車削量一般保持在2～3 mm，根據(jù)管端情況可縮減至1～2 mm。因端面的車削量較少，時(shí)間較短，可利用扒皮（或扒光）加工過程的時(shí)間實(shí)現(xiàn)端面的車削，以提升整體的加工效率。在螺紋加工完成后，開始進(jìn)行圓弧、密封面及去毛刺的加工處理。

1.2 管端螺紋加工后處理

在管端螺紋加工過程中，螺紋首扣、消失扣、不完整螺紋部分均會(huì)產(chǎn)生一定的毛刺。去除螺紋首扣毛刺一般采用刮除或鏟扣等機(jī)械加工的方法；對(duì)于消失扣、不完整螺紋部分一般采用打磨方式進(jìn)行毛刺及黑皮扣的清除。

2 管端螺紋加工常見問題及處理

2.1 端面刀桿損壞

在管端螺紋加工過程中，管坯端面不平整或存在積削瘤，都會(huì)造成端面刀磨損或打刀，若發(fā)現(xiàn)不及時(shí)會(huì)損壞端面刀桿并加速內(nèi)支撐脹圈磨損。因此，上料時(shí)需要對(duì)管端有明顯缺陷的毛坯管進(jìn)行離線處理或做明顯標(biāo)記，以便于管端車絲人員辨識(shí)。若無法實(shí)現(xiàn)離線處理作業(yè)可在管端車絲機(jī)前翻料臺(tái)架安裝攝像頭，以便崗位人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)，避免不必要的故障停機(jī)。

將端面刀桿易磨損和易損壞的刀夾部分設(shè)計(jì)為分體鑲嵌式，結(jié)構(gòu)如圖2所示。分體刀桿可有效提升整體刀桿的使用壽命，降低故障處理時(shí)間，也便于不同刀片的整合安裝，以實(shí)現(xiàn)不同的車削方案。

圖2 分體式刀桿結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 脹圈磨損及損壞

在加工過程中，管端進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部定位后，內(nèi)支撐伸入管端內(nèi)部，依靠脹圈對(duì)管內(nèi)進(jìn)行封堵，杜絕管內(nèi)殘留過多切削液。當(dāng)管端存在端面不平、內(nèi)翻邊、毛刺及氧化皮過多等現(xiàn)象時(shí)，脹圈易造成過度磨損及損壞。對(duì)管端端面存在明顯缺陷或缺欠的管子進(jìn)行離線處理或做標(biāo)記，是避免脹圈非正常損壞的最直接方法。脹圈的材料及硬度的合理選擇，有利于避免及降低脹圈的磨損。另外，對(duì)脹圈入口外形角度進(jìn)行改造（如圖3 所示），可有效降低脹圈的非正常消耗及損壞。

圖3 脹圈改型前后對(duì)比

2.3 加工效率不匹配

以P110 鋼級(jí)Φ139.7 mm×9.17 mm 規(guī)格LC 螺紋加工為例，目前管加工生產(chǎn)線的加工速度保持在36～40 s/根，各工序的加工切削時(shí)間見表1。提效方案主要依靠優(yōu)化程序、調(diào)整主軸啟停時(shí)間及夾送機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度來實(shí)現(xiàn)。

表1 單根螺紋加工各工序加工切削時(shí)間

優(yōu)化程序是通過減少加工程序中的空刀步驟，縮短走刀行程；優(yōu)化主軸啟停時(shí)間是通過對(duì)主軸速度環(huán)進(jìn)行優(yōu)化，將主軸啟?？刂圃谧罴褧r(shí)間；優(yōu)化輔機(jī)臺(tái)架進(jìn)給速度是通過調(diào)整夾送輥的參數(shù)來實(shí)現(xiàn)鋼管快速對(duì)齊，鋼管在設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行模式下的速度控制過程可分為加速、恒速、減速、緩沖、對(duì)齊，一般通過調(diào)節(jié)加減速、進(jìn)管速度以及進(jìn)管距離3個(gè)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)設(shè)備穩(wěn)定高效運(yùn)行。夾送機(jī)構(gòu)調(diào)整一般通過增大夾送輥尺寸、提升夾送輥硬度來提高夾送過程的穩(wěn)定性。

2.4 常見加工缺陷的處理

2.4.1 黑皮扣的檢查處理

當(dāng)外螺紋黑皮扣較多時(shí)，首先對(duì)輔機(jī)臺(tái)架壓輥、托輥、標(biāo)高進(jìn)行檢查；其次檢查外定心彈簧是否正常，確保外定心伸出時(shí)，外定心臂桿全部進(jìn)入臂桿套筒內(nèi)，外定心輥輪是否正常壓緊鋼管表面；再觀察卡爪夾緊時(shí)管頭是否有下落現(xiàn)象（可進(jìn)行外定心延時(shí)調(diào)整）。內(nèi)支撐頭擺動(dòng)亦會(huì)導(dǎo)致管端偏心，繼而出現(xiàn)黑皮扣，這種情況可對(duì)內(nèi)支撐進(jìn)行更換或?qū)?nèi)支撐精度進(jìn)行檢查，同時(shí)檢查內(nèi)支撐脹圈脹開時(shí)，是否撐起管端內(nèi)壁，管端與內(nèi)支撐旋轉(zhuǎn)是否同步，有無相對(duì)運(yùn)動(dòng)；來料管端外徑偏小、管端直度超差、橢圓度超差等原因造成的黑皮扣可通過修改錐度等工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，但通常無法完全消除。

2.4.2 顫紋的檢查處理

當(dāng)顫紋出現(xiàn)時(shí)，首先檢查前后卡爪是否虛夾，當(dāng)卡爪牙釘磨損嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)及時(shí)更換，確?？ㄗA持穩(wěn)定；鋼管在輔機(jī)臺(tái)架上跳動(dòng)嚴(yán)重，則對(duì)臺(tái)架托輥、壓輥進(jìn)行檢查，對(duì)輔機(jī)標(biāo)高進(jìn)行檢查；螺紋刀吃刀量過大也是顫紋產(chǎn)生的常見因素，可通過減少精車刀具吃刀量進(jìn)行調(diào)試解決；因刀桿、刀具松動(dòng)，絲杠、皮帶等傳動(dòng)鏈上存在較大間隙，導(dǎo)致加工工藝剛性不足的情況，可打表檢查傳動(dòng)誤差并通過調(diào)整消隙機(jī)構(gòu)來解決；針對(duì)來料管端彎曲、橢圓度超差、局部存在內(nèi)應(yīng)力的情況，可通過增加車削次數(shù)減小車削余量來消除顫紋。

2.4.3 “白脖子”的檢查處理

“白脖子”通常是因半成品加厚端橢圓度超差或加厚外徑過大造成，在加厚油管的車絲過程中，使用集成式刀桿完成外螺紋加工后，螺紋刀沿錐線退刀時(shí)，扒皮刀仍會(huì)對(duì)加厚端外徑超差的部分進(jìn)行車削，從而出現(xiàn)“白脖子”現(xiàn)象，一般可通過墊高螺紋刀具、增大扒皮刀與梳刀的相對(duì)位置來解決，或通過嚴(yán)控加厚工藝來解決。

2.4.4 毛刺及倒角的處理

加工過程外倒角毛刺較多，外倒角光潔度較差，除通過加工參數(shù)設(shè)置與刀補(bǔ)值修正等常規(guī)解決方法外，可通過改進(jìn)毛刺刀具的刀刃強(qiáng)度、涂層及斷屑槽型來提升外倒角的加工質(zhì)量，降低螺紋檢驗(yàn)崗位打磨頻次。

3 斷屑常見問題處理

在螺紋車削加工時(shí)，因管坯規(guī)格不同，材質(zhì)、硬度、韌性等存在差異，同種加工切削規(guī)范下產(chǎn)生的鐵屑形狀也存在一定的差異，鐵屑多為團(tuán)狀、帶狀。在生產(chǎn)過程中，因加工過程斷屑效果較差，不可避免地造成人工鉤拉鐵屑頻次增多，影響生產(chǎn)效率。SEW 管坯經(jīng)過熱處理后，鐵屑韌性高，易纏繞，出屑口易堆積，鐵屑通過排屑機(jī)排鏈時(shí)容易回卷于排鏈底部，造成卡滯。

3.1 提升加工過程的斷屑效果

在常規(guī)API油套管加工時(shí)，主要通過在易纏鐵屑的工序增大切削余量分配、增大進(jìn)給量、降低主軸轉(zhuǎn)速的方式使鐵屑不易卷曲。針對(duì)SEW套管材質(zhì)韌性高、不規(guī)則纏繞的問題，可通過加高斷屑器尺寸或在斷屑器上增加卷屑槽來解決纏屑、打刀問題。在特殊扣加工中，根據(jù)刀臺(tái)機(jī)構(gòu)可在刀塔旁加裝萬向噴頭對(duì)纏繞在產(chǎn)品上的鐵屑進(jìn)行二次高壓吹掃。

3.2 避免排屑機(jī)出口鐵屑回卷

鐵屑在排屑機(jī)出屑口易纏繞及堆積，造成了鐵屑回卷現(xiàn)象的發(fā)生，回卷后會(huì)造成排屑機(jī)卡滯，需要排屑機(jī)反向旋轉(zhuǎn)將鐵屑團(tuán)吐出，以防排屑機(jī)鏈板損壞。除崗位人員定期對(duì)排屑機(jī)出口鐵屑進(jìn)行清理外，也可在排屑機(jī)出口增加鐵屑防回卷裝置，即在排屑機(jī)下端安裝插齒裝置將鐵屑鏟掉，或在鏈板出口中上端部位安裝刮板對(duì)鐵屑進(jìn)行刮除，鐵屑防回卷裝置如圖4所示。

圖4 鐵屑防回卷裝置

3.3 對(duì)排屑機(jī)出口鐵屑粉碎

管體車絲機(jī)每8 h 可產(chǎn)生約900 kg 鐵屑，團(tuán)狀鐵屑空間占比大，每班需要更換一次鐵屑斗，給現(xiàn)場鐵屑的存儲(chǔ)、吊運(yùn)等帶來不便，也造成了人力、物力的浪費(fèi)。通過在排屑機(jī)出口安裝鐵屑粉碎機(jī)，可有效改善存儲(chǔ)、吊運(yùn)方面的壓力，提升設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。同時(shí)，粉碎后的鐵屑回收價(jià)格每噸提升至少100 元，單次拉運(yùn)量可增加2～6 倍，運(yùn)輸費(fèi)用大幅降低。另外，鐵屑粉碎可使堆放區(qū)存儲(chǔ)空間充分利用，地面油污減少，環(huán)境得到改善。

4 結(jié) 論

（1）管端螺紋車絲加工程序設(shè)計(jì)時(shí)，通過優(yōu)化走刀路徑、合理利用通道，能夠提升產(chǎn)品加工效率。

（2）合理選擇斷屑方式，提升設(shè)備的整體斷屑效果，增加鐵屑防回卷裝置，減少人員勾拉鐵屑等造成的不必要設(shè)備停機(jī)，能夠有效提升設(shè)備的整體生產(chǎn)效率。

（3）排屑機(jī)增加鐵屑粉碎機(jī)，可有效地改善存儲(chǔ)、吊運(yùn)、運(yùn)輸方面的壓力，提升設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，提升副產(chǎn)品的回收價(jià)格及倒運(yùn)成本。