车削薄壁管内孔及螺纹加工夹具的改进

蔡志超

【摘 要】 在日常普通卧式管床装夹与车削没有足够刚性的工件时，由于切削刀的作用，致使工件在加工时产生偏心、变形、尺寸精度超差，切削螺纹时工件外圆拱起螺纹线甚至穿透等现象，致使工件报废。根据多年的工作经验，研究和改进了一套夹具的方法。

【关键词】 薄壁管 工装刚性 装夹面 切削力 扭力

1 前言

普通车床在机械加工作业中应用非常普遍，特别是在地质钻探、打井、验桩等各方面应用广泛；管螺纹的加工是地质作业中不可少的，一般厚壁管的加工难度都不大，但对于薄壁管，特别是不锈钢的材质、粘性、韧性很强，由于不能满足普通车床加工中的刚性，给加工带来很大的困难，作为一名一线技术人员，有责任解决加工中的各种困难。根据多年的操作经验，结合科学的理论基础，巧妙利用工装夹具的刚性来满足切削力刚性的要求，保证了生产的顺利，提高了效益的收获，减少了车间各种成本的浪费，节约了资源。

2 不锈钢薄壁管在加工中的一些问题

由于管壁太薄，螺纹又是矩形螺纹，工件一般较长，一米至四米不等，管壁一般不超过3mm厚，我们习惯称其为薄壁管，如图一所示。

该工件是不锈钢套管，外径Φ90，壁厚1.1mm左右，螺距为3mm特殊矩形螺纹，管长3000mm，批量生产。

采取一般的加工方法，在管床上加工会出现以下情况：

（1）采用三爪或四爪装夹，由于管壁太薄，夹持力太大容易产生变形，而夹持力太小又容易造成工件打滑，损伤工件外圆表面光洁度。

（2）精车内孔时，工件变形、椭圆、光洁度差、精度达不到，以致无法加工螺纹。

（3）车削螺纹时，外圆拱起螺纹线，甚至穿透，造成报废。有时在机床上，螺纹安位可以旋入，但松开卡爪后，无法旋入安位。

（4）车削速度慢，而且生产振动，发出刺耳震声，影响周围作业。

（5）刀具容易磨损、崩裂，造成磨刀时间过多，浪费刀具，影响生产进度。

3 出现问题的原因

（1）不锈钢薄壁管，由于材质韧性强，而且很粘，又是太薄，没有刚性，内孔一般又不很规则，刀刃受力不均；管壁太薄，不能承受较大的切削力，就容易产生振动和变形。

（2）三爪装夹，爪面宽度太窄，夹持面积和长度有限，不能给工件很好的支承力，也容易造成工件的振动和变形。

（3）工件本身较长，夹持长度有限，造成工件晃动大，扭力很大，也是造成加工难度大的原因。

4 夹具的具体改进方法和原理

（1）工件加工时，轴线方向和径向方向都要承受切削力，因此夹具改进必须考虑刚性问题，使刀具切削力在每个面上受力都均匀。

（2）通过在加工中出现的问题，可以看出，三爪装夹由于夹持面较窄，夹持力集中在三条线上，管又薄，切削时爪的承受力肯定不够，必须考虑增大夹持面积的因素。

（3）工件太长，容易晃动，扭力大，必须考虑管身的扶持、约束晃动，根据多年加工经验，综合以上出现问题的原因，利用三爪定心的原理，依据不锈钢管外圆规则的表面，研制出管内锥套压紧式工装夹具，如图二、三、四所示。

工装夹具的加工步骤：

4.1 加工图二螺母

取45号无缝管Φ145×δ45×35材料，如图在外圆钻三个Φ14等分孔深5mm，取45号圆钢，车削三件如图二（b），长45mm、直径Φ14，台阶5mm、倒角2×45°，焊接在图二（a）上。调质HB217-255，加工螺纹M115×1及各部尺寸，将Φ92孔内端面淬火HRC45-50。此处淬火是增加端面的硬度，使其有一定的耐磨性和抗压力，可长久使用。

4.2 加工图三锥套

a：取45号无缝管Φ105×δ10×55材料，调质HB217-255。

b：车削加工外圆Φ104、内孔、锥度7.5°处外圆留余量0.4mm，总长53.2mm。

c：锥度表面淬火HRC45-50。

d：精车，一次车好Φ104大头端面、内孔、内孔两边倒角1×45°角。

e：两头顶，磨外圆锥度至小头Φ94。

f：线切割三等分，每等份切去3mm。

锥套的调质和淬火，增加工装本身的硬度、刚性、延长其使用寿命，锥面用磨床磨，光洁度高，增加其与管套和工件的配合，增加支承力。

4.3 管套的加工（图四）

a：取45号无缝管Φ125×δ20×150，调质HB217-255

b：车削加工内孔。按图车好各部尺寸，注意Φ125、Φ110和锥度位置的同轴度。

锥管的调质是相对于螺纹面和锥面的要求，增加其硬度，有利于工装的使用寿命。锥面光洁度是增强其与锥套的配合、增加支承力。

以上夹具各做两件。

5 改进夹具后的加工方法

（1）将图四管套装夹上管床前后卡盘里（四爪、三爪都可以），爪夹持位置在Φ110和Φ125台阶位，靠平卡爪，校正Φ125或锥面的位置。

（2）将不锈钢管套入工装内，把三个等分锥块按锥度方向放入，将圆螺母旋入，利用圆螺母内端面，顶住锥套大头端面，先轻轻压紧，用铜棒敲平伸出的不锈钢管部分至圆螺母端面，用套筒套入螺母上三个Φ18的圆柱任意一条，旋紧螺母，不锈钢管刚好伸出2mm。后卡盘工装用手扳紧螺母即可，这样可以完全消除工件过长所产生的晃动扭力，如图五所示。

（3）用YW2硬质合金刀片切削加工。该合金具有耐热、耐磨、耐腐蚀、硬度强度高和韧性较好的优性能，是加工不锈钢的合适材质。

（4）选用刀杆加装小刀头来加工内孔，刀杆用45×45×180如图六，小刀头12×12×50，选用两把，一把车内孔，一把车螺纹。

（5）内孔刀磨削。主偏角Kr：60°左右，副偏角Kr′：30°左右，前角y。：12°左右，后角α。：6°-8°，断屑槽R1.5。如图七。

（6）螺纹刀磨削，将刀头合金线切割至1.6大5-10个丝，砂轮修磨至，前角y。：12°左右，后角α。：10°左右，刀尖圆角0.05，开断屑槽R2。如图八。

（7）用YW2合金端面刀车削端面。

（8）切削内孔，转速90r/min，进刀量0.10mm/r，加放乳化油润滑和冷却工件刀具，有利于工件表面的光洁度和刀具的使用寿命。

（9）切削螺纹，转速50r/min，第一刀：0.30mm，第二刀：0.20mm，第三刀：0.05mm，第四刀：按第三刀走一次刀。

（10）用端面刀去除端面锐棱。

（11）加工好后，卸下前后螺母，用铜棒轻敲锥套，即可取出不锈钢管。

（12）同一方法装卸，一次工装定位，即可批量生产。

（13）也可用高速钢刀磨成型刀，装在刀杆上切削螺纹，必须加乳化油冷却和润滑，速度相对YW2合金刀慢，但效果也不错。

通过改进后的工装夹工件，切削过程中的振动、震声、变形、螺纹线穿透等现象完全消除；由于工件在锥套与螺母的挤压下支承力全面接触，刚性充足，切削力得到满足，加工就完全达到图纸要求，大大提高了经济效益。原来一头螺纹加工工时在35分钟左右，改进后只需15分钟左右。原来一把刀具甚至一头螺纹都加工不好就报废，现在一把刀可车一批管，钝了只要修磨又可使用，同时也大量减少了电费等其他方面的资源，与原先的加工方法对比，效益提高了2至3倍。举一反三，同样的方法亦可以加工类似的各种规格的不锈钢薄壁管，只要加厚减薄锥套即可。

6 结语

在工作中我们常常会碰到各种各样的加工问题，只要我们不墨守陈规、多加探索、总结经验、科学分析，一定能为生产带来低成本、低耗能、高质量和高收益的收获，为厂的发展贡献力量，为自己的操作技能提高一个新的层次。

参考文献：

[1]陆根奎.主编.车工技师培训教材.机械工业出版社，2007.

[2]陈宏钧.主编.机械工人切削技术手册.机械工业出版社，2005.

[3]成大先.主编.机械设计手册.化学工业出版社，2007.endprint

【摘 要】 在日常普通卧式管床装夹与车削没有足够刚性的工件时，由于切削刀的作用，致使工件在加工时产生偏心、变形、尺寸精度超差，切削螺纹时工件外圆拱起螺纹线甚至穿透等现象，致使工件报废。根据多年的工作经验，研究和改进了一套夹具的方法。

【关键词】 薄壁管 工装刚性 装夹面 切削力 扭力

1 前言

普通车床在机械加工作业中应用非常普遍，特别是在地质钻探、打井、验桩等各方面应用广泛；管螺纹的加工是地质作业中不可少的，一般厚壁管的加工难度都不大，但对于薄壁管，特别是不锈钢的材质、粘性、韧性很强，由于不能满足普通车床加工中的刚性，给加工带来很大的困难，作为一名一线技术人员，有责任解决加工中的各种困难。根据多年的操作经验，结合科学的理论基础，巧妙利用工装夹具的刚性来满足切削力刚性的要求，保证了生产的顺利，提高了效益的收获，减少了车间各种成本的浪费，节约了资源。

2 不锈钢薄壁管在加工中的一些问题

由于管壁太薄，螺纹又是矩形螺纹，工件一般较长，一米至四米不等，管壁一般不超过3mm厚，我们习惯称其为薄壁管，如图一所示。

该工件是不锈钢套管，外径Φ90，壁厚1.1mm左右，螺距为3mm特殊矩形螺纹，管长3000mm，批量生产。

采取一般的加工方法，在管床上加工会出现以下情况：

（1）采用三爪或四爪装夹，由于管壁太薄，夹持力太大容易产生变形，而夹持力太小又容易造成工件打滑，损伤工件外圆表面光洁度。

（2）精车内孔时，工件变形、椭圆、光洁度差、精度达不到，以致无法加工螺纹。

（3）车削螺纹时，外圆拱起螺纹线，甚至穿透，造成报废。有时在机床上，螺纹安位可以旋入，但松开卡爪后，无法旋入安位。

（4）车削速度慢，而且生产振动，发出刺耳震声，影响周围作业。

（5）刀具容易磨损、崩裂，造成磨刀时间过多，浪费刀具，影响生产进度。

3 出现问题的原因

（1）不锈钢薄壁管，由于材质韧性强，而且很粘，又是太薄，没有刚性，内孔一般又不很规则，刀刃受力不均；管壁太薄，不能承受较大的切削力，就容易产生振动和变形。

（2）三爪装夹，爪面宽度太窄，夹持面积和长度有限，不能给工件很好的支承力，也容易造成工件的振动和变形。

（3）工件本身较长，夹持长度有限，造成工件晃动大，扭力很大，也是造成加工难度大的原因。

4 夹具的具体改进方法和原理

（1）工件加工时，轴线方向和径向方向都要承受切削力，因此夹具改进必须考虑刚性问题，使刀具切削力在每个面上受力都均匀。

（2）通过在加工中出现的问题，可以看出，三爪装夹由于夹持面较窄，夹持力集中在三条线上，管又薄，切削时爪的承受力肯定不够，必须考虑增大夹持面积的因素。

（3）工件太长，容易晃动，扭力大，必须考虑管身的扶持、约束晃动，根据多年加工经验，综合以上出现问题的原因，利用三爪定心的原理，依据不锈钢管外圆规则的表面，研制出管内锥套压紧式工装夹具，如图二、三、四所示。

工装夹具的加工步骤：

4.1 加工图二螺母

取45号无缝管Φ145×δ45×35材料，如图在外圆钻三个Φ14等分孔深5mm，取45号圆钢，车削三件如图二（b），长45mm、直径Φ14，台阶5mm、倒角2×45°，焊接在图二（a）上。调质HB217-255，加工螺纹M115×1及各部尺寸，将Φ92孔内端面淬火HRC45-50。此处淬火是增加端面的硬度，使其有一定的耐磨性和抗压力，可长久使用。

4.2 加工图三锥套

a：取45号无缝管Φ105×δ10×55材料，调质HB217-255。

b：车削加工外圆Φ104、内孔、锥度7.5°处外圆留余量0.4mm，总长53.2mm。

c：锥度表面淬火HRC45-50。

d：精车，一次车好Φ104大头端面、内孔、内孔两边倒角1×45°角。

e：两头顶，磨外圆锥度至小头Φ94。

f：线切割三等分，每等份切去3mm。

锥套的调质和淬火，增加工装本身的硬度、刚性、延长其使用寿命，锥面用磨床磨，光洁度高，增加其与管套和工件的配合，增加支承力。

4.3 管套的加工（图四）

a：取45号无缝管Φ125×δ20×150，调质HB217-255

b：车削加工内孔。按图车好各部尺寸，注意Φ125、Φ110和锥度位置的同轴度。

锥管的调质是相对于螺纹面和锥面的要求，增加其硬度，有利于工装的使用寿命。锥面光洁度是增强其与锥套的配合、增加支承力。

以上夹具各做两件。

5 改进夹具后的加工方法

（1）将图四管套装夹上管床前后卡盘里（四爪、三爪都可以），爪夹持位置在Φ110和Φ125台阶位，靠平卡爪，校正Φ125或锥面的位置。

（2）将不锈钢管套入工装内，把三个等分锥块按锥度方向放入，将圆螺母旋入，利用圆螺母内端面，顶住锥套大头端面，先轻轻压紧，用铜棒敲平伸出的不锈钢管部分至圆螺母端面，用套筒套入螺母上三个Φ18的圆柱任意一条，旋紧螺母，不锈钢管刚好伸出2mm。后卡盘工装用手扳紧螺母即可，这样可以完全消除工件过长所产生的晃动扭力，如图五所示。

（3）用YW2硬质合金刀片切削加工。该合金具有耐热、耐磨、耐腐蚀、硬度强度高和韧性较好的优性能，是加工不锈钢的合适材质。

（4）选用刀杆加装小刀头来加工内孔，刀杆用45×45×180如图六，小刀头12×12×50，选用两把，一把车内孔，一把车螺纹。

（5）内孔刀磨削。主偏角Kr：60°左右，副偏角Kr′：30°左右，前角y。：12°左右，后角α。：6°-8°，断屑槽R1.5。如图七。

（6）螺纹刀磨削，将刀头合金线切割至1.6大5-10个丝，砂轮修磨至，前角y。：12°左右，后角α。：10°左右，刀尖圆角0.05，开断屑槽R2。如图八。

（7）用YW2合金端面刀车削端面。

（8）切削内孔，转速90r/min，进刀量0.10mm/r，加放乳化油润滑和冷却工件刀具，有利于工件表面的光洁度和刀具的使用寿命。

（9）切削螺纹，转速50r/min，第一刀：0.30mm，第二刀：0.20mm，第三刀：0.05mm，第四刀：按第三刀走一次刀。

（10）用端面刀去除端面锐棱。

（11）加工好后，卸下前后螺母，用铜棒轻敲锥套，即可取出不锈钢管。

（12）同一方法装卸，一次工装定位，即可批量生产。

（13）也可用高速钢刀磨成型刀，装在刀杆上切削螺纹，必须加乳化油冷却和润滑，速度相对YW2合金刀慢，但效果也不错。

通过改进后的工装夹工件，切削过程中的振动、震声、变形、螺纹线穿透等现象完全消除；由于工件在锥套与螺母的挤压下支承力全面接触，刚性充足，切削力得到满足，加工就完全达到图纸要求，大大提高了经济效益。原来一头螺纹加工工时在35分钟左右，改进后只需15分钟左右。原来一把刀具甚至一头螺纹都加工不好就报废，现在一把刀可车一批管，钝了只要修磨又可使用，同时也大量减少了电费等其他方面的资源，与原先的加工方法对比，效益提高了2至3倍。举一反三，同样的方法亦可以加工类似的各种规格的不锈钢薄壁管，只要加厚减薄锥套即可。

6 结语

在工作中我们常常会碰到各种各样的加工问题，只要我们不墨守陈规、多加探索、总结经验、科学分析，一定能为生产带来低成本、低耗能、高质量和高收益的收获，为厂的发展贡献力量，为自己的操作技能提高一个新的层次。

参考文献：

[1]陆根奎.主编.车工技师培训教材.机械工业出版社，2007.

[2]陈宏钧.主编.机械工人切削技术手册.机械工业出版社，2005.

[3]成大先.主编.机械设计手册.化学工业出版社，2007.endprint

【摘 要】 在日常普通卧式管床装夹与车削没有足够刚性的工件时，由于切削刀的作用，致使工件在加工时产生偏心、变形、尺寸精度超差，切削螺纹时工件外圆拱起螺纹线甚至穿透等现象，致使工件报废。根据多年的工作经验，研究和改进了一套夹具的方法。

【关键词】 薄壁管 工装刚性 装夹面 切削力 扭力

1 前言

普通车床在机械加工作业中应用非常普遍，特别是在地质钻探、打井、验桩等各方面应用广泛；管螺纹的加工是地质作业中不可少的，一般厚壁管的加工难度都不大，但对于薄壁管，特别是不锈钢的材质、粘性、韧性很强，由于不能满足普通车床加工中的刚性，给加工带来很大的困难，作为一名一线技术人员，有责任解决加工中的各种困难。根据多年的操作经验，结合科学的理论基础，巧妙利用工装夹具的刚性来满足切削力刚性的要求，保证了生产的顺利，提高了效益的收获，减少了车间各种成本的浪费，节约了资源。

2 不锈钢薄壁管在加工中的一些问题

由于管壁太薄，螺纹又是矩形螺纹，工件一般较长，一米至四米不等，管壁一般不超过3mm厚，我们习惯称其为薄壁管，如图一所示。

该工件是不锈钢套管，外径Φ90，壁厚1.1mm左右，螺距为3mm特殊矩形螺纹，管长3000mm，批量生产。

采取一般的加工方法，在管床上加工会出现以下情况：

（1）采用三爪或四爪装夹，由于管壁太薄，夹持力太大容易产生变形，而夹持力太小又容易造成工件打滑，损伤工件外圆表面光洁度。

（2）精车内孔时，工件变形、椭圆、光洁度差、精度达不到，以致无法加工螺纹。

（3）车削螺纹时，外圆拱起螺纹线，甚至穿透，造成报废。有时在机床上，螺纹安位可以旋入，但松开卡爪后，无法旋入安位。

（4）车削速度慢，而且生产振动，发出刺耳震声，影响周围作业。

（5）刀具容易磨损、崩裂，造成磨刀时间过多，浪费刀具，影响生产进度。

3 出现问题的原因

（1）不锈钢薄壁管，由于材质韧性强，而且很粘，又是太薄，没有刚性，内孔一般又不很规则，刀刃受力不均；管壁太薄，不能承受较大的切削力，就容易产生振动和变形。

（2）三爪装夹，爪面宽度太窄，夹持面积和长度有限，不能给工件很好的支承力，也容易造成工件的振动和变形。

（3）工件本身较长，夹持长度有限，造成工件晃动大，扭力很大，也是造成加工难度大的原因。

4 夹具的具体改进方法和原理

（1）工件加工时，轴线方向和径向方向都要承受切削力，因此夹具改进必须考虑刚性问题，使刀具切削力在每个面上受力都均匀。

（2）通过在加工中出现的问题，可以看出，三爪装夹由于夹持面较窄，夹持力集中在三条线上，管又薄，切削时爪的承受力肯定不够，必须考虑增大夹持面积的因素。

（3）工件太长，容易晃动，扭力大，必须考虑管身的扶持、约束晃动，根据多年加工经验，综合以上出现问题的原因，利用三爪定心的原理，依据不锈钢管外圆规则的表面，研制出管内锥套压紧式工装夹具，如图二、三、四所示。

工装夹具的加工步骤：

4.1 加工图二螺母

取45号无缝管Φ145×δ45×35材料，如图在外圆钻三个Φ14等分孔深5mm，取45号圆钢，车削三件如图二（b），长45mm、直径Φ14，台阶5mm、倒角2×45°，焊接在图二（a）上。调质HB217-255，加工螺纹M115×1及各部尺寸，将Φ92孔内端面淬火HRC45-50。此处淬火是增加端面的硬度，使其有一定的耐磨性和抗压力，可长久使用。

4.2 加工图三锥套

a：取45号无缝管Φ105×δ10×55材料，调质HB217-255。

b：车削加工外圆Φ104、内孔、锥度7.5°处外圆留余量0.4mm，总长53.2mm。

c：锥度表面淬火HRC45-50。

d：精车，一次车好Φ104大头端面、内孔、内孔两边倒角1×45°角。

e：两头顶，磨外圆锥度至小头Φ94。

f：线切割三等分，每等份切去3mm。

锥套的调质和淬火，增加工装本身的硬度、刚性、延长其使用寿命，锥面用磨床磨，光洁度高，增加其与管套和工件的配合，增加支承力。

4.3 管套的加工（图四）

a：取45号无缝管Φ125×δ20×150，调质HB217-255

b：车削加工内孔。按图车好各部尺寸，注意Φ125、Φ110和锥度位置的同轴度。

锥管的调质是相对于螺纹面和锥面的要求，增加其硬度，有利于工装的使用寿命。锥面光洁度是增强其与锥套的配合、增加支承力。

以上夹具各做两件。

5 改进夹具后的加工方法

（1）将图四管套装夹上管床前后卡盘里（四爪、三爪都可以），爪夹持位置在Φ110和Φ125台阶位，靠平卡爪，校正Φ125或锥面的位置。

（2）将不锈钢管套入工装内，把三个等分锥块按锥度方向放入，将圆螺母旋入，利用圆螺母内端面，顶住锥套大头端面，先轻轻压紧，用铜棒敲平伸出的不锈钢管部分至圆螺母端面，用套筒套入螺母上三个Φ18的圆柱任意一条，旋紧螺母，不锈钢管刚好伸出2mm。后卡盘工装用手扳紧螺母即可，这样可以完全消除工件过长所产生的晃动扭力，如图五所示。

（3）用YW2硬质合金刀片切削加工。该合金具有耐热、耐磨、耐腐蚀、硬度强度高和韧性较好的优性能，是加工不锈钢的合适材质。

（4）选用刀杆加装小刀头来加工内孔，刀杆用45×45×180如图六，小刀头12×12×50，选用两把，一把车内孔，一把车螺纹。

（5）内孔刀磨削。主偏角Kr：60°左右，副偏角Kr′：30°左右，前角y。：12°左右，后角α。：6°-8°，断屑槽R1.5。如图七。

（6）螺纹刀磨削，将刀头合金线切割至1.6大5-10个丝，砂轮修磨至，前角y。：12°左右，后角α。：10°左右，刀尖圆角0.05，开断屑槽R2。如图八。

（7）用YW2合金端面刀车削端面。

（8）切削内孔，转速90r/min，进刀量0.10mm/r，加放乳化油润滑和冷却工件刀具，有利于工件表面的光洁度和刀具的使用寿命。

（9）切削螺纹，转速50r/min，第一刀：0.30mm，第二刀：0.20mm，第三刀：0.05mm，第四刀：按第三刀走一次刀。

（10）用端面刀去除端面锐棱。

（11）加工好后，卸下前后螺母，用铜棒轻敲锥套，即可取出不锈钢管。

（12）同一方法装卸，一次工装定位，即可批量生产。

（13）也可用高速钢刀磨成型刀，装在刀杆上切削螺纹，必须加乳化油冷却和润滑，速度相对YW2合金刀慢，但效果也不错。

通过改进后的工装夹工件，切削过程中的振动、震声、变形、螺纹线穿透等现象完全消除；由于工件在锥套与螺母的挤压下支承力全面接触，刚性充足，切削力得到满足，加工就完全达到图纸要求，大大提高了经济效益。原来一头螺纹加工工时在35分钟左右，改进后只需15分钟左右。原来一把刀具甚至一头螺纹都加工不好就报废，现在一把刀可车一批管，钝了只要修磨又可使用，同时也大量减少了电费等其他方面的资源，与原先的加工方法对比，效益提高了2至3倍。举一反三，同样的方法亦可以加工类似的各种规格的不锈钢薄壁管，只要加厚减薄锥套即可。

6 结语

在工作中我们常常会碰到各种各样的加工问题，只要我们不墨守陈规、多加探索、总结经验、科学分析，一定能为生产带来低成本、低耗能、高质量和高收益的收获，为厂的发展贡献力量，为自己的操作技能提高一个新的层次。

参考文献：

[1]陆根奎.主编.车工技师培训教材.机械工业出版社，2007.

[2]陈宏钧.主编.机械工人切削技术手册.机械工业出版社，2005.

[3]成大先.主编.机械设计手册.化学工业出版社，2007.endprint