CN102717156A - 油井管连接用双线管螺纹单刀一次成型加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种油井管连接用双线管螺纹单刀一次成型加工方法，该方法包括步骤：在管螺纹加工机床上，将待加工螺纹的部件夹持在机床卡爪上随机床主轴一同旋转；装在机床刀杆上的两齿或齿数为2的整数倍的螺纹梳刀随机床刀台实现轴向与径向进给，刀具的移动轨迹与待加工螺纹的锥度线一致；机床的轴向走刀量为主轴每旋转一周刀具沿轴向进给一个螺纹导程，通过一次走刀完成待加工螺纹两条螺旋线的同时切削。该方法的效果是在普通管螺纹机床或数控机床上均可实现双线管螺纹的高效率加工，特别是提高普通管螺纹机床的加工效率更加明显。螺纹加工的尺寸精度高，表面质量好，两条螺旋线形成的螺纹表面的过渡平滑，确保螺纹连接配合的密封可靠性。

Description

油井管连接用双线管螺纹单刀一次成型加工方法

技术领域

本发明涉及油井管螺纹加工技术，特别是一种油井管连接用双线管螺纹单刀一次成型加工方法。

背景技术

在石油天然气钻采行业，作为油气井主体结构的油井管及相关附件，其所组成的管柱是由很多支单根管子用螺纹连接而成的。作为管柱最薄弱环节的螺纹接头的加工质量，直接关乎油气井的施工及服役安全，即使是一个螺纹接头出现问题亦可能造成不可估量的重大损失。

国内外油田广泛应用的API（American Petroleum Institute）螺纹以及后期开发的特殊扣螺纹均为只有一条螺旋线的单线锥管螺纹，加工工艺技术已非常成熟。由于双线锥管螺纹在油井管制造领域至今未见实际应用，因此不存在可以直接借鉴的双线锥管螺纹加工技术。

螺纹有单线和多线之分，沿一条螺旋线形成的螺纹称为单线螺纹，沿两条或两条以上螺旋线形成的螺纹称为双线或多线螺纹。对于非油井管连接用双线或多线螺纹，现有加工技术均采用轴向分线法和圆周分线法来进行螺纹加工，作法是通过改变螺纹的轴向切削起点或改变螺纹切削起始角度来实现。轴向分线法是指当第一条螺旋线加工完毕后，将刀架沿轴向移动或前移或后移一个螺距后再加工第二条螺旋线，即两条螺旋线的加工通过起刀点沿轴向位置的变化来实现；圆周分线法是根据螺旋线在圆周上等距分布的特点，即当加工好一条螺旋线后，使工件随主轴旋转一个角度α，α=360°/螺纹线数，然后再进行第二条螺旋线的加工，即通过起刀点相对于工件的相位变化来实现。

对于普通车床，可通过移动机床小滑板进行轴向分线，这种方法因受小滑板丝杠、丝母间隙以及当螺纹螺距并非小滑板刻度对应移动量的整数倍时，存在主观估值误差的影响，难免会产生较大的分线误差。虽可借助量块及百分表等量具来提高分线精度，但使得螺纹加工变得过于复杂，加工效率低。另外也可利用机床的三爪、四爪卡盘或利用多孔拨盘以及变换机床交换齿轮的方式实现圆周分线，但较小滑板分线方式更加复杂，实际生产中用的较少。上述分线方式存在一个共性的缺点就是第一条螺旋线加工完成后要待机停止机床运转，待分线调整后再进行第二条螺旋线的加工操作；对于圆周分线还存在工件与卡盘松开后的二次装卡定位问题，加工精度无从保证。

数控机床可以解决普通机床加工带来的诸多问题，与普通机床加工原理相同，现有技术也是通过改变螺纹切削起始角度或改变螺纹轴向切削起点的方式来完成多线螺纹的加工，区别是数控机床不需要待机进行手工分线而是采用数控程序指令实现连续加工，分线精度得以保证，加工效率明显提高；相同点是每条螺旋线仍是采用分别加工的方式。

综上，无论是普通机床还是数控机床现有工艺技术均是采用两条螺旋线非同时一次成型的方式进行双头螺纹加工，这对于普通螺栓或传动用丝杠等不存在两条螺纹表面衔接过渡问题的多线螺纹以及不考虑加工效率的情况下是可行的，而对于需紧密过盈配合的油井管螺纹来说是不能允许的。究其原因是：第一，螺纹的加工精度特别是表面质量难以保证，两条螺旋线形成的螺纹表面的衔接很难做到平滑过渡，螺纹表面容易出现小的台肩或划道等质量缺陷，破坏螺纹配合的密封性能，严重者会造成螺纹配合表面的粘着性损伤，使螺纹粘扣；第二，对于螺距较大、牙形较深、需要多次切削才能完成加工的多线螺纹，普通机床的多次手工分线调整会变得过于繁琐，加工效率非常低下，即使数控机床亦不能满足油井管大批量、高效率的生产要求。

发明内容

为克服现有技术加工双线锥管螺纹的缺点，本发明的目的是提供一种油井管连接用双线管螺纹单刀一次成型加工方法，以利于提高现有加工双线锥管螺纹的精度，以及加工效率。

为实现上述目的，本发明提供一种油井管连接用双线管螺纹单刀一次成型加工方法，该方法包括有以下步骤：

在普通管螺纹机床或数控机床上，使用一片两齿或齿数等于2的整数倍的螺纹梳刀加工；

将待加工螺纹的部件夹持在上述机床的卡爪上，并随上述机床的主轴一同旋转，装在上述机床刀杆上的加工内、外螺纹用的所述螺纹梳刀随上述机床刀台沿机床的Z轴实现轴向进给，沿机床的X轴实现径向进给，螺纹梳刀的两个切削齿为与待加工螺纹的螺纹牙槽相对应的两个完整齿形，且螺纹梳刀的两个切削齿在待加工螺纹的轴向的距离等于螺纹的螺距，走刀量为数控机床的主轴每转一周的轴向走刀量作为一个螺纹导程，螺纹梳刀的移动轨迹与待加工螺纹的锥度线一致，通过一次走刀，完成待加工螺纹的两条螺旋线的同时切削；

根据螺纹牙槽深度及单次切削余量确定出的切削次数并重复上述过程，即可最终完成双线管螺纹的成品加工。

本发明的有益效果是：

舍弃现有技术的多线螺纹的分线加工法，在普通管螺纹机床或数控机床上均可实现双线管螺纹的高效率加工，特别是使用普通管螺纹机床效率提高的更加明显。螺纹加工的尺寸精度高，表面质量好，两条螺旋线形成的螺纹表面的过渡平滑，确保螺纹连接配合的密封可靠性。

附图说明

图1为本发明双线管螺纹加工方法的原理图。

图中：

A、待加工螺纹    B、螺纹梳刀    C、机床卡爪

具体实施方式

结合附图对本发明的油井管连接用双线管螺纹单刀一次成型加工方法过程加以说明。

本发明的理论依据是双线螺纹的形成原理，即根据螺纹上任意一点沿同一条螺旋线旋转一周所移动的轴向距离称为螺纹导程的定义。

本发明的油井管连接用双线管螺纹单刀一次成型加工方法,该方法包括有以下步骤：

在普通管螺纹机床或数控机床上，使用一片两齿或齿数等于2的整数倍的螺纹梳刀B加工；

将待加工螺纹的部件夹持在上述机床卡爪C上，并随上述机床的主轴一同旋转，装在上述机床刀杆上的加工内、外螺纹用的所述螺纹梳刀随上述机床刀台沿机床的Z轴实现轴向进给，沿机床的X轴实现径向进给，径向进给量依照螺纹锥度按比例调整，即径向进给量的直径值与轴向进给量的比值等于待加工螺纹的锥度，螺纹梳刀的两个切削齿为与待加工螺纹的螺纹牙槽相对应的两个完整齿形，且螺纹梳刀的两个切削齿在待加工螺纹的轴向的距离等于螺纹的螺距，走刀量为数控机床的主轴每转一周的轴向走刀量作为一个螺纹导程，螺纹梳刀的移动轨迹与待加工螺纹的锥度线一致，通过一次走刀，完成待加工螺纹的两条螺旋线的同时切削。

依据螺纹牙槽深度除以螺纹每一次切削时的吃刀深度所确定的切削次数，并重复上述过程，即可最终完成双线管螺纹的成品加工。

本发明的油井管连接用双线管螺纹单刀一次成型加工方法，对规格为7in的套管的管子外螺纹及接箍内螺纹进行了实际加工试验，机床为数控机床，内、外螺纹加工用刀具均为两齿螺纹梳刀，待加工双线管螺纹主要参数为：螺纹线数2；螺纹齿高1.525mm；螺纹螺距5.08mm；螺纹锥度1：16。

如图1所示，管子待加工螺纹A的加工方法为：待加工螺纹的管子用数控机床卡爪C夹持随主轴一同旋转，装在数控机床刀杆上的加工外螺纹用的两齿螺纹梳刀B随刀台沿数控机床Z轴实现轴向进给，走刀量为数控机床主轴每转一周其轴向的走刀量为一个螺纹导程即10.16mm，螺纹梳刀B的移动轨迹为1：16的锥度线，此加工过程不需分线，仅通过一次走刀完成管子待加工螺纹A两条螺旋线的同时切削。根据实际情况重复上述过程即可最终完成双线管外螺纹的成品加工。

接箍内螺纹的加工方法为：待加工螺纹的接箍用数控机床卡爪夹持随主轴一同旋转，装在数控机床刀杆上的内螺纹加工用两齿螺纹梳刀随刀台沿机床Z轴实现轴向进给，走刀量为数控机床主轴每转一周其轴向的走刀量为一个螺纹导程即10.16mm，刀具的移动轨迹为1：16的锥度线，此加工过程不需分线，仅通过一次走刀完成接箍内螺纹两条螺旋线的同时切削。根据实际情况重复上述过程即可最终完成双线接箍内螺纹的成品加工。

使用上述方法加工的规格为177.80*10.36mm、钢级为L80的双线管螺纹接头，经实验室性能评价，综合使用性能完全满足ISO 13679试验规范的要求。

试验条件及试验结果数据如下：

试验介质－氮气（N₂）；

试验循环温度：常温～180°C；

上卸扣试验：3上/3卸；

最大拉伸及压缩载荷：2820KN；

弯曲度：20°/30.48m（20°/100ft）

最高试验压力：65.6Mpa。

试验结果：

管子外螺纹与接箍内螺纹经过3次上紧与卸扣操作，内、外螺纹表面无损伤现象发生，配合后的螺纹接头在常温～180°循环条件下，通过轴向拉伸、压缩、弯曲、内压复合力的反复循环作用，螺纹接头的结构完整性正常，未发现任何失效现象，满足ISO 13679试验规范的要求。

Claims (1)

1.一种油井管连接用双线管螺纹的单刀一次成型加工方法，该方法包括有以下步骤：

在普通管螺纹机床或数控机床上，使用一片两齿或齿数等于2的整数倍的螺纹梳刀加工；

将待加工螺纹的部件夹持在上述机床的卡爪上，并随上述机床的主轴一同旋转，装在上述机床刀杆上的加工内、外螺纹用的所述螺纹梳刀随上述机床刀台沿机床的Z轴实现轴向进给，沿机床的X轴实现径向进给，螺纹梳刀的两个切削齿为与待加工螺纹的螺纹牙槽相对应的两个完整齿形，且螺纹梳刀的两个切削齿在待加工螺纹的轴向的距离等于螺纹的螺距，走刀量为数控机床的主轴每转一周的轴向走刀量作为一个螺纹导程，螺纹梳刀的移动轨迹与待加工螺纹的锥度线一致，通过一次走刀，完成待加工螺纹的两条螺旋线的同时切削；

根据螺纹牙槽深度及单次切削余量确定出的切削次数并重复上述过程，即可最终完成双线管螺纹的成品加工。

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