XGC1特殊螺紋接頭螺紋加工刀具的選用

張煒，楊力能，張鴻博，上官豐收，閆凱

(中國石油集團石油管工程技術研究院，陜西西安710065)

在車削生產中，主要有兩方面因素影響刀具切削性能:刀具本身的因素和刀具的使用因素［1］。刀具本身的因素主要包含:刀片基體材料質量與性能、刀片表面涂層質量與性能、刀桿材質及熱處理性能、刀具結構設計的合理性、刀片刃面及齒形精度、光潔度及表層組織狀況、刀片刃口強化質量、刀桿制造精度及附件如斷屑器等的質量。刀具的使用因素主要包含:刀具的正確選擇和使用、加工設備狀況、切削冷卻方式及效果、被加工材料的可加工性及材質均勻性、螺紋加工切削規范的正確選擇。第一個因素取決于刀具生產單位，第二個因素取決于刀具使用單位。由此，刀具合理使用的重要性可見一斑。作者根據HTC6330b、SUC8128 數控車床性能和XGC1 特殊螺紋接頭的特點，分析該特殊接頭螺紋刀具的選用和組合研究應用。

1 XGC1 特殊螺紋接頭

XGC1 特殊螺紋接頭是一種采用API 普通偏梯形螺紋連接和金屬對金屬密封的新型特殊扣型，具有連接強度高，密封性能好等優點，但其加工精度和難度都要高于普通螺紋要求。圖1 為XGC1 特殊螺紋接頭手緊裝配。

圖1 XGC1 特殊螺紋接頭手緊裝配結構

2 接頭加工刀具

刀具包括刀片、刀桿以及刀墊等輔助部件。刀具的選用根據所加工產品車削運動的不同而不同。XGC1 特殊螺紋接頭螺紋車削形式為:工件(管體或接箍)作旋轉運動，產生切削主運動;刀具(螺紋梳刀或單刀)作沿錐螺紋母線方向的走刀運動及間斷的吃刀。

2.1 刀片的選用

刀片是切削加工中主要工作部件。管體螺紋選用外螺紋蝶形刀片(梳刀)加工，接箍螺紋選用內螺紋立裝刀片(單刀)加工，如圖2所示。

圖2 外螺紋蝶形刀片和內螺紋立裝刀片

蝶形涂層刀片(梳刀)成本較低，加工效率高，管體外螺紋加工，加工余量小，易于排屑，選用蝶形刀片(梳刀)不但提高加工效率而且節省成本。接箍加工切削余量大，由于在內孔加工不利于排屑，而內螺紋立裝刀片具有強度高、不夾屑和易于退刀的特點，為接箍內螺紋的加工提供了便利。

2.2 刀桿選用

圖3 蝶形偏梯外螺紋刀片用方柄刀桿

刀桿是介于刀片和刀架(或刀座)之間的連接部分，應具有足夠的強度、硬度和精度［2］。刀桿頭部是裝夾刀片的部分，柄部是裝入刀架(或刀座)的部分。刀桿頭部即裝夾刀片部分的結構主要是依據刀片形狀而確定的。除要求本身具有足夠強度和剛性外，還要保證裝夾刀片的剛性、定位可靠性準確性、使用方便以及排屑斷屑等要求。為了保持加工螺紋時刀片兩側刃有大致相同的側刃法向后角，刀片安裝在刀桿上需要傾斜一個角度，其值應等于或接近于螺紋的螺旋升角［3］。根據5 1/2 偏梯形螺紋結構，接頭管體加工選用蝶形偏梯外螺紋刀片用方柄刀桿，如圖3所示。接箍加工選用立裝內螺紋刀片用圓柄刀桿，如圖4所示。

圖4 立裝內螺紋刀片用圓柄刀桿

2.3 刀具裝夾結構

不同結構形狀的刀片和不同結構的刀桿有相應的裝夾結構。XGC1 特殊螺紋接頭外螺紋蝶形刀片和蝶形偏梯外螺紋刀片用方柄刀桿采用斜拉桿內拉式裝夾結構。斜拉桿內拉式為帶雙錐孔刀片的內拉式夾緊結構。具有雙向夾緊作用。刀片雙錐孔應保證需要的精度。結構緊湊、定位可靠、刀片材料利用率高等是其特點。輔助配件主要有:刀墊、φ4 斜拉桿、M6 頂絲和內六角扳手等，如表1所示。

XGC1 特殊螺紋接頭內螺紋立裝刀片和立裝內螺紋刀片用圓柄刀桿采用立裝刀片側面壓緊裝夾結構，立裝刀片側面壓緊主要用于立裝三角形可轉位偏梯形套管螺紋單齒刀片的裝夾結構。刀片強度及剛性較好，夾緊牢固是其特點。此結構在上壓及側壓兩個方向分別加以夾固。輔助配件見表1。

表1 XGC1 特殊螺紋接頭螺紋車削用主要輔助配件

3 刀具磨損

在車削過程中，刀片與切屑和被加工材料不斷摩擦，產生刀具磨損。車削初期，后刀面磨損較快，當磨損量達到0.05 ～0.1 mm 后，磨損變慢，稱為刀具正常磨損階段。此時，車刀磨損與車削時間成正比增加。當磨損達到某一極限值，繼續車削會出現噪聲，產生振動，加工質量變差直至刀片損壞，此階段稱為急劇磨損階段。圖5 為典型的刀具磨損曲線［4］。

圖5 刀具磨損曲線

正常生產中，刀具的磨損和機床的穩定性、切削用量的選擇、切削液、工人的操作方法等因素都有很大關系［5］。特別要提到的是，由于XGC1 特殊螺紋接頭螺紋精度和表面質量要求較高，在刀具初期磨損階段和急劇磨損階段一定要加強對螺紋參數的檢驗，提高產品合格率。XGC1 特殊螺紋接頭采用N80 鋼級和HTC6330b、SUC8128 數控車床，XGC1 特殊螺紋接頭螺紋刀片各磨損階段加工產品數量的統計數據如表2所示。

表2 XGC1 特殊螺紋接頭螺紋刀片各磨損階段加工產品數量 件

刀具的磨損與加工設備以及產品的材料有很大關系，不同鋼級的產品采用不一樣的設備和工藝，刀具壽命就有很大差別。通過生產中的數據統計給出合理的加工標準是提高生產效率和節省生產成本的有效途徑。

4 結束語

刀具的研究和選擇是數控加工工藝中的重要內容之一，不僅影響機床的加工效率，而且直接影響零件的加工質量，刀具的選用是一個較為復雜的探索過程。刀具的選用在考慮到零件材料的切削性能、零件的加工形狀和加工階段、產品加工區域的特點等因素的基礎上，存在很大的經驗值，需要在不斷的加工生產中統計與總結，給出合理的參考標準，更科學地指導生產。

【1】劉獻禮.金屬切削刀具設計手冊:螺紋刀具［M］.北京:機械工業出版社，2009.

【2】成都工具研究所.梳刀與刀桿選用手冊合訂本［M］.6版.成都:成都工具研究所，2009.

【3】技能士の友編集部.螺紋加工［M］.北京:機械工業出版社，2010.

【4】范悅，等.CAXA 數控車實例教程［M］.北京:北京航空航天大學出版社，2007.

【5】HTC6330b 數控車使用說明書(機械部分)［M］.沈陽:沈陽機床(集團)有限責任公司，2006.