盲孔螺纹车削工艺

黄慧，黎敏

长庆油田分公司机械制造总厂 陕西西安 710201

1 序言

应用柱塞气举排水采气装置是低产低效、致密气藏最经济有效的排水采气工艺，也是长庆油田现行的排水采气主要措施之一，平均提高单井产气量32.2%。

缓冲定位器是柱塞气举排水采气装置的重要组成部分，主要工作原理：当柱塞下行撞击缓冲定位器时，一方面，缓冲定位器受冲击作用开始下行，通过压缩缓冲弹簧将柱塞动能转换为弹簧势能，大幅降低瞬时撞击冲击载荷，从而缓解自身及柱塞的冲击动能，有效保护柱塞和缓冲定位器的完好性[1]；另一方面，通过卡定在油管与油管接箍之间的凹槽中，实现柱塞下落的定位功能。

图1所示打捞头为缓冲定位器顶部零件，材料为3Cr13不锈钢，经调质处理后硬度为250～280HBW。此零件是柱塞落地时直接接触、撞击的零件，也是后期打捞缓冲定位器的关键零件。打捞头盲孔螺纹M22×2-6H与芯杆联接，用于压缩缓冲弹簧，要求表面粗糙度值Ra≤3.2μm，该螺纹质量可靠性是影响缓冲定位器功能完整性和强度的重要因素。

图1 打捞头

本文以缓冲定位器打捞头（以下简称“打捞头”）M22×2-6H盲孔螺纹为研究对象，针对该螺纹在实际加工过程中出现的问题开展研究，并结合笔者积累的工作经验提出相应的解决对策，供同行参考。

2 存在的问题

打捞头批量生产过程中，由于M22×2-6H盲孔螺纹属于细牙螺距螺纹，所以采用车削的方法是经济、高效的。然而，受限于盲孔螺纹结构和材料切削性能[2]，该螺纹在实际车削时存在以下问题。

1）排屑性能差。与加工外螺纹、通孔螺纹相比，该盲孔螺纹加工时因内部空间狭小，切屑形成后容易在孔内滞留[3，4]，滞留在孔中的残余切屑会刮伤、拉伤已加工表面，影响螺纹的加工质量。使用切屑清除钩钩出内孔中的切屑存在安全隐患，使用普通高压气枪吹扫切屑的效果也不理想。

2）材料强度高，切削温度高，导致刀具寿命低，频繁停机换刀。这是由于：①3Cr13材料加工硬化严重，导致剪切滑移区金属材料的切应力增加，使得切削加工后的表面硬度比未加工表面硬度高 1.4～2.2倍[5]，加之3Cr13材料中含有高硬度的碳化物微粒（如Cr3C2、SiC），因此刀具容易剧烈磨损，这一点从实际加工过程中可以得到印证。②3Cr13材料导热性差、切削热量大，造成切削温度高。③采用径向进给方式的螺纹车削方法，切屑控制难，振动倾向大，产生的V形切屑作用于切削刃的弯曲压力大，刀尖圆弧负荷大。

3 打捞头加工工艺路线

打捞头加工工艺路线如下。

（1）下料 锯床下φ45mm×91mm/3Cr13圆 钢料。

（2）热处理 调质处理后的硬度为250～280HBW。

（3）粗车 自定心卡盘夹持，平端面，钻中 心孔。

（4）半精车/精车 一夹一顶，车外径各部至图样尺寸。

（5）半精车/精车 自定心卡盘夹持，车端面，保证总长；钻螺纹底孔；加工螺纹。

（6）钳 分度头自定心卡盘夹持，钻φ4mm通孔；钻2个φ6.5mm×6.75mm侧孔。

4 盲孔螺纹加工

4.1 刀具选择

车削刀具宜选用螺距为2mm的公制60°全牙型螺纹车刀。一方面能确保螺距、牙顶、牙底和牙高精确、一致，螺纹强度高，加工效率高；另一方面可有效避免毛刺的形成，省去后续的去毛刺工序，生产效率高。

螺纹刀片选用基于物理气相沉积（PVD）工艺的TiN涂层WC硬质合金材料，相比于YT、YG和YW材料，TiN涂层表面硬度高，耐磨性、耐热性、抗粘附性和耐用性好。镗杆选用整体WC硬质合金材料，保证同时兼顾足够的刚性、强度和容屑空间。

4.2 工艺方法

为降低切削抗力、降低切削温度和改善排屑性能，螺纹车削采用改进式反向侧向进给方法。两刀之间均具有一个轴向进给，轴向进给方向朝外，轴向进给角一般取1°～5°，这样可控制切屑，使之流向孔外，避免切屑在盲孔内堆积。具体方法：分7次进刀进行车削，背吃刀量ap依次为0.18mm、0.17mm、0.16mm、0.15mm、0.14mm、0.12mm和0.08mm，两刀之间轴向位移差依次为0.005mm、0.005mm、0.005mm、0.005mm、0.009mm和0.02mm。需要说明的是，最后一次进刀产生的切屑应为完整的、无缺口的V形切屑，确保螺纹牙型完整。

切削用量：主轴转速n=800r/min，使用水溶性切削液冷却。

螺纹车削进给方法对比如图2所示。

图2 螺纹车削进给方法对比

4.3 螺纹数控车削参考程序

螺纹数控车削参考程序如下。

G99;

M04 S800;

T0202;

M08;

G00 X18.0 Z25.0;

G92 X20.0 Z-21.093 F2.0;（启动螺纹切削循环）

G00 X18.0 Z25.005;（轴向位移0.005mm）

G92 X20.36 Z-21.088 F2.0;（径向进刀0.36mm）

G00 X18.0 Z25.01;（轴向位移0.005mm）

G92 X20.7 Z-21.083 F2.0;（径向进刀0.34mm）

G00 X18.0 Z25.015;（轴向位移0.005mm）

G92 X21.02 Z-21.078 F2.0;（径向进刀0.32mm）

G00 X18.0 Z25.02;（轴向位移0.005mm）

G92 X21.32 Z-21.073 F2.0;（径向进刀0.30mm）

G00 X18.0 Z25.025;（轴向位移0.005mm）

G92 X21.6 Z-21.068 F2.0;（径向进刀0.28mm）

G00 X18.0 Z25.034;（轴向位移0.009mm）

G92 X21.84 Z-21.059 F2.0;（径向进刀0.24mm）

G00 X18.0 Z25.054;（轴向位移0.02mm）

G92 X22.0 Z-21.039 F2.0;（径向进刀0.16mm）

G00 X100.0 Z100.0;

M09;

M30;

5 现场试验

工艺验证试验利用长城机床厂CK7163×1500数控车床对打捞头M22×2-6H盲孔螺纹进行车削。打捞头的前序加工工作根据图样和工艺要求已完成，螺纹底孔尺寸控制在φ（20±0.03）mm，螺纹底孔表面粗糙度值Ra≤6.3μm。试验选取100件工件作为试验样本，采用前述工艺、刀具，螺纹检测量具使用M22×2-6H螺纹通止规、公制60°螺纹样板、0～150mm游标卡尺和表面粗糙度比较样块，试验结果如下。

1）试验样本的表面粗糙度值Ra均控制在1.6～3.2μm。

2）试验样本均通规通、止规止，符合螺纹规检测要求。

3）试验样本的螺纹牙侧与螺纹样板均无透光现象，试验样本牙型角、螺距均满足螺纹样板的检测要求。

4）试验样本的螺纹小径控制在φ（20±0.03）mm。

因此，试验样本M22×2-6H盲孔螺纹均满足图样要求。

6 结束语

本文基于盲孔螺纹车削中存在的问题进行工艺研究。通过改进螺纹车削方案，选择合适的螺纹刀具，改善切削用量，提高了螺纹切削性能和加工稳定性，得出以下结论。

1）通过改进式反向侧向进给方法在打捞头M22×2-6H盲孔螺纹车削中的应用，改善了切屑流向，解决了螺纹车削过程排屑性能差的问题。

2）通过TiN涂层材料刀片和整体WC硬质合金镗杆在3Cr13材料螺纹加工中的应用，解决了刀具寿命低的问题。

3）通过现场试验，得到了车削M22×2-6H盲孔螺纹的最佳切削用量。

20221109

专家点评

该文以M22×2-6H盲孔螺纹为研究对象，针对螺纹加工中出现的排屑困难，刀具寿命低、频繁停机换刀等问题开展工艺研究，结合实践经验提出相应的解决对策，通过选择合适的螺纹刀具和工艺方法，改善切削用量，提高了螺纹切削性能和加工稳定性。

文章的实用性很强，工艺改进与实践经验相结合，在数控车床上，通过改进式反向侧向交替进给的方法降低切削抗力，使切屑自动流向孔外，解决了盲孔螺纹车削中的排屑问题；通过涂层刀片和硬质合金镗杆的应用，解决了刀具寿命低的问题。通过现场工艺试验，得到了盲孔螺纹的最佳切削用量。为小孔径盲孔螺纹的数控车削加工积累了经验。