​數（shù）控車床（chuáng）加工（gōng）特殊螺紋接頭產生顫紋的原（yuán）因

特殊螺（luó）紋接頭是針對API螺紋接（jiē）頭密封性能差、上扣控製（zhì）難、接頭應力水平（píng）高等不足而專（zhuān）門設計的具有可靠連接強度和良好密封性能的專用油套管接頭，其結構設計（jì）特點決定了它（tā）良好的使用性能和加工精度。隨著我國（guó）石油勘探水平不斷提高，深井（jǐng）、超深井、熱采（cǎi）井以及高溫高壓氣井的數量（liàng）逐年增加，對特殊螺紋接頭的性能及質量控製要求越來越高。目前，國內生產特殊螺紋接頭的廠家大部分都采用（yòng）進口高精度（dù）數控車床，就是為了更好地控製特殊螺（luó）紋接頭的（de）產品質量。

顫紋是特殊螺紋接頭加（jiā）工過程中常見的加工缺陷，直接影響到（dào）特殊螺紋接頭的使用性能和產品質量。本文結合特殊螺紋接頭的加工特點，總結了特殊螺紋接頭加工過（guò）程中顫（chàn）紋產生（shēng）的原因及對策，為特殊螺紋（wén）接頭的生產質量控製提供了（le）一定參考。

1 顫紋（wén）產生的原因

(1)加工試樣、刀具或車床本身剛性不足

特殊螺紋接頭加工過程中（zhōng），顫紋常見於螺紋車削階段。特殊螺紋加工的螺紋成（chéng）型麵（miàn）是經過連續（xù）加工獲得的，理論上會保（bǎo）持較好（hǎo）的加工表麵光潔度，而不會像普通車削加工那樣受（shòu）進給量的影響。但如果加（jiā）工剛性較差的薄壁管或（huò）者刀（dāo）具、車床剛性不（bú）足，就會在（zài）加工過程中發（fā）生振動，從而在螺紋加工表麵產生顫紋。

在剛性較差的薄（báo）壁管（guǎn）體上進行螺紋加工時，為避免加工（gōng）顫紋的產生，可以根據螺紋的設計長度、車床的加工（gōng）特點（diǎn）和刀具裝（zhuāng）夾方式，確定合理（lǐ）的管體懸出（chū）長度(見（jiàn）圖1)，以避免管體懸出過長、管頭擺（bǎi）動造成加工顫紋的產生。此外，在進行外螺紋加工時，可根據管體幾何尺寸（cùn），設計管體內支撐和輥道上的浮動支撐輥（gǔn）(見圖2)，這樣可以（yǐ）更（gèng）有（yǒu）效地降低顫（chàn）紋的產生。

特殊螺（luó）紋加工（gōng）時的進給（gěi）量遠大於普通車削（xuē），因此刀具會承受非（fēi）常大的車削（xuē）力。為有效（xiào）避免加（jiā）工（gōng）過程中產生顫（chàn）紋，要求在設計時根（gēn）據加工管體的材料（liào）和特殊（shū）螺紋接（jiē）頭的結構設計特點，製定合理（lǐ）的刀具（jù）設計方案，特別是設計內螺紋刀杆時，應注意刀杆（gǎn）直徑（jìng）和懸出長度的（de）關係。一（yī）般懸出長度控製在刀杆直徑的1.5-2倍為宜，如果需要加工內孔小且長（zhǎng）的內螺紋時，盡（jìn）量選擇專（zhuān）業刀具廠家生產的專用防振刀杆。這些刀杆是（shì）為了（le）解決加工孔小行程長的內螺紋（wén）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（dāng）的刀具材料和熱處理工藝也很重要，合理的刀具（jù）材料（liào）和熱處理工藝可以有效（xiào）地保證刀具的剛性。盡量選擇剛性較好、適合重車削的數控車床。剛性好的車床（chuáng）可以（yǐ）更有效地控製特殊螺（luó）紋接（jiē）頭加工的質量，防止加工過程中（zhōng）出（chū）現顫紋。

(2)加（jiā）工試樣的裝夾方式不（bú）合理

除了車床、刀具以及管體本身的剛性不足，加工試樣的裝夾（jiá）方式也是導致顫紋（wén）出（chū）現的主要原因，例如夾持壓力不合理或夾具卡爪尺寸（cùn）不（bú）合適等都會造成（chéng）顫紋。如果夾持壓力過低，在螺紋加工過程（chéng）中（zhōng），試樣會發生位置移（yí）動，導致顫紋產（chǎn）生；如果（guǒ）夾持壓（yā）力過高，接（jiē）頭毛坯在夾緊時有（yǒu）較大的不均勻彈（dàn）性變形，盡管切削時接頭內（nèi）壁可以被車（chē）成正圓孔，但鬆開後，接（jiē）頭彈性恢複，導致樣品橢圓度超差。特殊螺紋接頭的密封性能主（zhǔ）要（yào）靠（kào）金屬過盈來實現，當橢圓度超差時，會在原本過盈的地方產生間隙或更大的過盈量，使特殊螺紋接頭泄漏或發生粘扣。此外，卡爪（zhǎo）尺寸不合適，不能與（yǔ）加工試樣的外表麵完美（měi）貼合，勢必會影響夾（jiá）持的（de）穩定性。當夾持穩定性降低到一（yī）定程度時，便會在加工過程出現樣品移動（dòng），產（chǎn）生顫紋。

油套管螺紋的加工（gōng）是一個長期總結經驗的過程，其加工時的夾持壓力就是一（yī）個（gè）重要的數據經驗積累，主要根據加工樣（yàng）品的尺寸、鋼級以及車床本身的特點長期摸索總結而來（lái）。合（hé）理的夾持壓（yā）力可以消（xiāo）除樣品在加工過程中的移動（dòng），同時（shí）把樣品變形控製在彈性範圍內（nèi），這樣既可以有效消除加工顫紋（wén），還可以保證特殊螺紋的橢圓度。

同樣（yàng），卡爪的設計也（yě）要結合需要加工（gōng）樣品的尺寸、鋼（gāng）級（jí）並結合（hé）車床的特（tè）點專門設計。目前，常（cháng）見的（de）有平麵卡爪和圓弧包爪。平麵卡爪（zhǎo）的夾持形式（shì）為點線接觸，這（zhè）種夾（jiá）持方式接觸麵積小，可以有效增加卡爪和樣品表麵之間（jiān）的夾持力，防止加工樣品的移動，但會導致樣品受力不均，使樣品加工後的尺寸或橢圓度（dù）超差。圓弧包（bāo）爪（zhǎo）夾持方式的（de）優點是樣品在加工時接（jiē）觸麵（miàn）積大，受力均勻，加工後（hòu）的樣（yàng）品尺寸好，橢圓度佳（jiā），但加工時相（xiàng）對容易出現（xiàn）異動，產生顫紋。因此（cǐ），在加工特殊螺紋接頭（tóu）時，應盡量（liàng）選擇圓（yuán）弧包爪，且包爪與樣品接觸（chù）的工作麵應當設計成平頂齒狀或設置多個凹槽(見圖3)，以增加其（qí）摩擦力。同時，圓弧包爪的圓弧直徑應盡量與加工樣品外徑相（xiàng）匹配，最好在加工前根據加工樣品的（de）外徑尺寸，進（jìn）行（háng）圓弧包爪（zhǎo）的工作表麵的鏜車，以避免圓弧直徑（jìng）相差太大而在加工中發生樣品移動、產生顫紋。還需注意包裹角度的設計，太小可能會導致夾持力不足，太大則會造成裝夾過程中卡爪（zhǎo）之（zhī）間的相互幹（gàn）涉，導致樣品夾持（chí）不（bú）緊（jǐn），產生（shēng）顫（chàn）紋。因此，在特殊螺紋的加工（gōng）過（guò）程中（zhōng），盡量選擇與加工樣品外徑匹配的大摩擦力圓弧包爪，包裹角度應達到整個樣品圓周的中上水平，這樣不僅可以保證樣品（pǐn）的加工尺寸，同時還能有效降低加工過程（chéng）中（zhōng）顫紋的出現幾率。

(3)刀具加工質量差或安裝不規範

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（chuáng）主軸回轉中心(車床中心高)距（jù）離相差較大也是產生顫紋（wén）的重（chóng）要原因之一。

刀片、刀墊以及相關配（pèi）件的質量情況直接決定（dìng）了（le）樣品的加工質量，質量差的刀片、刀墊安裝在刀杆上後，不能很好地相互配合，會產生間隙，還有可能存在加工尺寸與設計（jì）方案有出入（rù）以及刀（dāo）具鈍化，這些都會（huì）導致顫紋產生（shēng）。因此，在特殊螺紋接（jiē）頭加工時（shí），應選擇（zé）質量可靠的專業（yè）刀具（jù）。此外（wài），刀片、刀（dāo）墊安裝不規範、裝夾不緊或（huò）是在車削過程中夾（jiá）入鐵屑，都會導致加工（gōng）過（guò）程中顫紋的出現。因（yīn）此，安裝新的刀片、刀墊時，應按照操作規範進行安裝。在加工過程中，也要定期檢查刀片（piàn）、刀墊是否鬆動或（huò）是夾入鐵屑，如有隱患（huàn）應及時處理，以防止產生（shēng）顫紋。刀片、刀墊緊固方式（shì）的設計合理性也是影響顫紋出現的重（chóng）要原因之一，應盡量選擇經驗豐富的專業刀（dāo）片、刀墊製造（zào）廠家或使用較為（wéi）成熟的刀片（piàn）、刀墊緊固設計方案，以（yǐ）降低加工（gōng）過程中產（chǎn）生顫紋的可能性。

刀杆安裝不規（guī）範、刀尖與車床中心高距離相差大，會導致刀具在車削時的刀具角度和理想角度偏（piān）差太大，刀具受力不在最佳（jiā）狀態，從而導致樣品加工過程中產（chǎn）生振動，出現顫紋（wén）。因此，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（zhōng）心高距離（lí）相差太大。很多國外的專業刀具廠家會配套專用的對刀器來確定刀具的安（ān）裝角度。國產刀具一般不配套對刀器，在確定刀具安裝角度時，可用基準刀對拔外皮後實（shí）心棒料進行平（píng）端麵車削，找到棒料的圓心，並留下一個（gè）小圓錐台，將需要安裝的刀具刀尖調整到小圓錐（zhuī）台軸線的高度上（shàng）即（jí）可最（zuì）終確定刀（dāo）具安裝角度(見（jiàn）圖4)。通常是通過（guò）目測來判斷刀尖與車床主軸回轉（zhuǎn）中心是否共線，因此會存在一定誤差。根（gēn）據經驗，刀尖與車床主軸回轉中心的距（jù）離相差±0.5mm以內，可以有效減少加工（gōng）顫紋（wén）的產生。

(4)加工參數及方式選取不當

特殊（shū）螺紋接頭的加工工藝是決定特殊（shū）螺紋接頭質量的重要影響因素，不同的吃刀量（liàng）、車削速度等都會導致樣品加工質（zhì）量上的差異。此外，加工方式（shì）的選擇也需要根據（jù）加（jiā）工樣品的鋼級、尺寸等情況（kuàng）來定。不同的鋼級、尺寸對應不同的加工工藝及加工（gōng）方式，才能有效降低加工顫紋出現的（de）幾率。

特殊螺紋（wén）接頭的螺（luó）紋形式通常為偏梯螺紋或（huò）改良的偏梯螺紋，因此，該螺紋的車削屬於（yú）重車削。王瀟屹等對油（yóu）管外螺紋進行了（le）相同吃刀量(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（dù）過快(120m/min)或過慢(60m/min)時，在螺紋表麵都會產（chǎn）生顫紋；而在中間速度(80m/min和100m/min)加工時，螺紋表麵完好。因此，在進行特殊螺紋接頭加工時，應當結合加工樣品的鋼級、尺寸及結構情況，摸索出合理的車削速度（dù），以避免（miǎn）產生顫紋。另外，合理的吃刀量分配也可大幅降（jiàng）低螺紋車削過程中顫紋的（de）產生幾率。吃刀量太大時，刀具受（shòu）到的切削阻力大。隨著螺紋深度的增加，刀片與樣品的接觸（chù）麵積（jī）逐漸增大，螺紋車削即將完（wán）成時，刀片會承受非常（cháng）大的切削載荷，從而引起刀片出現輕微（wēi）顫動（dòng）或崩刀，產（chǎn）生顫紋，影（yǐng）響螺紋的表（biǎo）麵質量。吃刀量過小、轉速較高時，刀具以（yǐ）一定進給速度前進，被車削的（de）試樣無法緊（jǐn）壓住刀片，導致刀片在車削過程中產生顫動，引起顫紋，同（tóng）時吃刀（dāo）量太小也會導致加工效率（lǜ）大幅降低，影響製造廠家的經（jīng）濟（jì）效益。

2 避（bì）免顫紋（wén）產生的（de）辦法

選擇合理的車（chē）削方式（shì），可以有（yǒu）效改善螺紋（wén）的表麵質量並提高刀具的使用壽命。圖5為螺紋車削常見（jiàn）進刀方式示意圖。徑向進刀的特點為各刀刃同時工作，排屑困難，切（qiē）削力較大，容易（yì）紮刀、振動、刀尖易磨損，但操作相對簡單，牙型精度較（jiào）高，一般適合於小齒形小螺距的螺（luó）紋或脆性材（cái）料的螺紋加工；側向進刀（dāo）的特點是不易紮刀，單刃切削，排鐵屑順暢，切削力較（jiào）小，但背吃刀量較大，牙型精度差，螺紋表麵粗糙度較大，易出（chū）現（xiàn）顫紋，而且不參與切削一側的刀刃磨損大；改進型側向進刀則可避免（miǎn）斜向進刀刀刃磨損大（dà）和工件（jiàn）表麵粗糙度大的問題；交互式進刀切削時，兩側刀（dāo）刃磨損（sǔn）均勻（yún），較適用於加工大螺距螺紋。因此，對於特殊螺紋的車削，可采用改進型側向進刀或交互式進刀方式，以實現單刀刃或雙刀刃切削，避免3個刀刃同時工作，減小振動出現的機率，避免顫（chàn）紋的發生。

小結（jié）

顫紋是特（tè）殊螺紋接頭生產加工過程中普遍（biàn）存在的現（xiàn）象，不僅（jǐn）影響特殊螺紋接（jiē）頭的表麵質量，還會導致特殊螺（luó）紋接頭的各項性能惡化，因此，加工過程中應避免顫紋（wén）的產生。

(1)車床（chuáng）、加工樣品以及（jí）刀具本身的剛性不足是引起顫紋的主要因素（sù），應當選擇剛性高的刀具和車床，同時根據加工管體（tǐ）的實際情況，適當設計或增加一些減振防顫的工裝或工（gōng）藝；

(2)試樣裝夾不規範、刀（dāo）具安裝不合理也是（shì）引起顫紋（wén）的因素之一，生產廠家應建立（lì）相應的試（shì）樣裝夾、刀具安裝的管理文件，定期對樣品裝夾和刀具安裝情況進（jìn）行檢查；

(3)根據（jù）加工樣品的鋼級、尺寸等情況，製定合理的（de）加工工藝參數及加工方式，有效控製特殊螺紋（wén）接頭加工過程中顫紋的產生。