CN103909386A - 一种钛合金油管接头的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钛合金油管接头的加工方法。所述方法包括:外拔或拔荒、形成接箍内螺纹、加工内密封面、形成管体外螺纹、加工外密封面等步骤,并控制吃刀深度、切削速度、进给量、刀具冷却方式等参数在预定的范围内。本发明的方法能够有效地克服钛合金油管接头加工时的刀具损耗大、接头合格率低等缺点,满足了钛合金油管接头的生产,降低了生产成本,提高了加工效率,其合格率可达90%。
Description
技术领域
本发明涉及钛合金油井管接头加工技术领域,具体来讲,涉及一种适用于钛合金油管接头加工且合格率高、刀具损耗小的方法。
背景技术
通常,油管(或油井管)用于石油天然气工业的钻探和开采过程中,其是将油气资源从地下到导出到地面的必经通道。油管接头用于将一支支油管连接起来,形成数千米的管柱。钛合金油管接头因具有优异的抗腐蚀性能和力学性能而得以广泛应用。
目前,油管接头的加工技术主要涉及碳钢材料领域;然而,由于钛合金的材料特性与碳钢的材料特性存在很大不同,因此,采用现有技术的方法来加工钛合金接头时存在粘结、刀具损耗大、接头合格率低等诸多问题。因此,亟需提供一种适应于钛合金油管接头的加工方法。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。
例如,本发明的目的在于提供一种适合于加工钛合金油管接头的方法。
本发明提供了一种钛合金油管接头的加工方法。所述加工方法包括步骤:对钛合金管坯的表面硬化层进行外拔或拔荒,其中,吃刀深度控制在0.2~0.3mm的范围内,切削速度控制在30~60mm/min的范围内,进给量控制在0.5~0.8mm/转的范围内;形成接箍内螺纹,该形成接箍内螺纹的步骤包括:用单齿成型梳刀以40~60m/min的切削速度进行6~8次粗车,每次粗车的吃刀深度控制在0.120~0.130mm的范围内,然后,用单齿成型梳刀以40~60m/min的切削速度进行两次精车,每次精车的吃刀深度为0.06mm和0.1mm,进给量为4.230~4.240mm/转;采用物理气相沉积方式在接箍内螺纹刀具上形成涂层;加工内密封面,该加工内密封面的步骤包括粗加工和精加工各一次,采用菱形刀具,切削速度控制在40~60m/min的范围内,粗加工的车削余量和进给量分别控制在0.3~0.5mm的范围内和在0.35~0.45mm/转的范围内,精加工的车削余量和进给量分别控制在0.2~0.25mm的范围内和在0.06~0.07mm/转的范围内;形成管体外螺纹,该形成管体外螺纹的步骤包括:用三齿成型梳刀以40~60m/min的切削速度进行一次粗车,粗车的吃刀深度控制在0.4~0.6mm的范围内,然后,用三齿成型梳刀以40~60m/min的切削速度进行两次精车,每次精车的吃刀深度为0.2~0.3mm,进给量为4.230~4.240mm/转;采用物理气相沉积方式在管体外螺纹刀具上形成涂层;加工外密封面,该加工外密封面的步骤包括粗加工和精加工各一次,采用成型刀,切削速度控制在40~60m/min的范围内,粗加工的车削余量和进给量分别控制在0.3~0.5mm的范围内和在0.5~0.6mm/转的范围内,精加工的车削余量和进给量分别控制在0.2~0.25mm的范围内和在0.07~0.08mm/转的范围内,并且,所述加工方法还包括对外拔或拔荒的步骤、形成接箍内螺纹的步骤、加工内密封面的步骤、形成管体外螺纹的步骤和加工外密封面的步骤中的切削刀具进行冷却。
与现有技术相比,本发明的方法能够有效地克服钛合金油管接头加工时的刀具损耗大、接头合格率低等缺点,满足了钛合金油管接头的生产,降低了生产成本,提高了加工效率,其合格率可达90%。
具体实施方式
在下文中,将结合示例性实施例来详细说明本发明的钛合金油管接头加工方法。
对于钛合金油管材料而言,其具有强度高、抗腐蚀性好、化学活性大、、导热性差、弹性模量小等特性,例如,强度可高达110ksi,在一定的温度条件下,与大气中的H2、O2、N2等产生强烈的化学反应,弹性模量可以为113.8GPa(约16500ksi)左右。发明人针对钛合金油管材料的特性,提供了本发明的钛合金油管接头加工方法,以避免在加工钛合金油管接头时出现的诸多问题中的一项或多项,或降低这些问题出现的可能性。这些问题包括:因导热系数低而造成车丝过程散热差,致使螺纹梳刀(专用刀具)磨损加快,寿命缩短;在切削力作用下,钛合金材料容易产生变形,使加工螺纹表面产生回弹,使螺纹梳刀的后面与已加工表面产生强烈磨损;钛合金材料易与螺纹梳刀产生亲和作用,导致粘结、扩散,磨损快;等等。
根据本发明的钛合金油管接头加工方法包括:外拔或拔荒、形成接箍内螺纹、加工内密封面、形成管体外螺纹、加工外密封面以及采用物理气相沉积方式在加工接箍内螺纹上和管体外螺纹刀具上分别形成涂层(例如,PVD涂层)等步骤,其中,形成接箍内螺纹步骤之后随即进行加工内密封面步骤,形成管体外螺纹步骤之后随即进行加工外密封面步骤,不过,形成接箍内螺纹步骤可在形成管体外螺纹步骤之前或之后。
在本发明的一个示例性实施例中,外拔或拔荒的步骤具体可以为:对钛合金管坯的表面硬化层(例如,表面硬化层的硬度会比基体高4~8个HRC)进行外拔或拔荒,其中,吃刀深度控制在0.2~0.3mm的范围内,切削速度控制在30~60mm/min的范围内,优选地,在40~50mm/min的范围内,进给量控制在0.5~0.8mm/转的范围内,优选地,在0.6~0.75mm/转的范围内。
形成接箍内螺纹的步骤可以包括:用单齿成型梳刀(例如,单齿粗车螺纹梳刀)以40~60m/min(优选为45~55m/min)的切削速度进行6~8次粗车,每次粗车的吃刀深度控制在0.120~0.130mm的范围内,然后,用单齿成型梳刀(例如,单齿精车螺纹梳刀)以40~60m/min(优选为45~55m/min)的切削速度进行两次精车,每次精车的吃刀深度为0.06mm和0.1mm(例如,两次精车的吃刀深度分别为0.2mm和0.3mm),进给量为4.230~4.240mm/转,采用恒定螺距切削。
加工内密封面的步骤可以包括粗加工和精加工各一次,采用菱形刀具,切削速度控制在40~60m/min(优选为45~55m/min)的范围内,粗加工的车削余量和进给量分别控制在0.3~0.5mm(优选为0.35~0.45mm)的范围内和在0.35~0.45mm/转(优选为0.38~0.42mm/转)的范围内,精加工的车削余量和进给量分别控制在0.2~0.25mm(优选为0.22~0.24mm)的范围内和在0.06~0.07mm/转的范围内;
形成管体外螺纹的步骤可以包括:用三齿成型梳刀(例如,三齿粗车螺纹梳刀)以40~60m/min(优选为45~55m/min)的切削速度进行一次粗车,粗车的吃刀深度控制在0.4~0.6mm的范围内,然后,用三齿成型梳刀(例如,三齿精车螺纹梳刀)以40~60m/min(优选为45~55m/min)的切削速度进行两次精车,每次精车的吃刀深度为0.2~0.3mm(例如,两次精车的吃刀深度分别为0.2mm和0.3mm),进给量为4.230~4.240mm/转,采用恒定螺距切削。
加工外密封面的步骤可以包括粗加工和精加工各一次,采用成型刀,切削速度控制在40~60m/min(优选为45~55m/min)的范围内,粗加工的车削余量和进给量分别控制在0.3~0.5mm(优选为0.35~0.45mm)的范围内和在0.5~0.6mm/转的范围内,精加工的车削余量和进给量分别控制在0.2~0.25mm(优选为0.22~0.24mm)的范围内和在0.07~0.08mm/转的范围内,并且,
本发明的加工方法还可包括对外拔或拔荒的步骤、形成接箍内螺纹的步骤、加工内密封面的步骤、形成管体外螺纹的步骤和加工外密封面的步骤中的切削刀具进行冷却,冷却时将冷却液直接喷在刀具的刀尖上和切削区域,冷却液的喷射压力为0.6-0.8MPa。
下面结合具体示例来说明本发明的示例性实施例。
钛合金油管管坯的规格为*6.45mm。目标钛合金油管接头的规格要求为:接箍外径mm。
(1)外拔或拔荒
对钛合金油管管坯的表面硬化层进行外拔或拔荒工序,其中,吃刀深度控制为0.22mm,切削速度控制为45m/min,进给量控制在0.55mm/转。
(2)接箍内螺纹及其密封面加工
内螺纹加工条件为:车丝,采用接箍专用数控车床,根据钛合金油管接头的螺纹齿形要求,采用成型梳刀(单齿,粗车螺纹梳刀和精车螺纹梳刀),并进行特别的物理方式涂层(PVD),切削速度用50m/min,分7次粗车,每次吃刀深度0.1mm;分两次精车,两次吃刀深度为0.06mm和0.1mm。进给量为4.233mm/转(恒定螺距切削)。
密封面加工分为:密封面粗加工和精加工各一次,采用菱形刀具,切削速度控制在50m/min之间,车削余量(吃刀深度)分别控制为0.3mm和0.2mm之间,进给量控制为0.5mm/转和0.06mm/转。
(3)管体外螺纹及其密封面加工
管体外螺纹加工条件为:车丝,采用管体专用数控车床,根据钛合金油管接头的螺纹齿形要求,采用成型梳刀(三齿,粗车螺纹梳刀和精车螺纹梳刀),并进行特别的物理方式涂层(PVD),切削速度用50m/min,1次粗车,吃刀深度0.5mm;分两次精车,两次吃刀深度为0.2mm和0.3mm。进给量为4.233mm/转(恒定螺距切削)。
密封面加工分为:密封面粗加工和精加工(成型刀)各一次,切削速度控制在50m/min之间,车削余量(吃刀深度)分别控制为0.5mm和0.2mm之间,进给量控制在0.5~0.6mm/转和0.07~0.08mm/转之间。
对外拔或拔荒的步骤、形成接箍内螺纹的步骤、加工内密封面的步骤、形成管体外螺纹的步骤和加工外密封面的步骤中的切削刀具进行冷却,冷却时将冷却液直接喷在刀具的刀尖上和切削区域,冷却液的喷射压力为0.6-0.8MPa。
对接头的粗加工和精加工可以采用不同的装夹压力和装夹方式。例如,进行定心卡爪(3个)和卡紧卡爪(3个)依次装夹,粗加工和精加工的装夹压力从25~28bar,调整至18~20bar。当然,也可采用其它合适的庄家方式和装夹压力。
采用本示例的方法加工20个工件。合格产品为18个,合格率为90%。
综上所述,本发明的方法能够有效地克服钛合金油管接头加工时的刀具损耗大、接头合格率低等缺点,满足了钛合金油管接头的生产,降低了生产成本,提高了加工效率。
尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明,但是本领域普通技术人员应该清楚,在不脱离权利要求的精神和范围的情况下,可以对上述实施例进行各种修改。
Claims (5)
1.一种钛合金油管接头的加工方法,其特征在于,所述加工方法包括步骤:
对钛合金管坯的表面硬化层进行外拔或拔荒,其中,吃刀深度控制在0.2~0.3mm的范围内,切削速度控制在30~60mm/min的范围内,进给量控制在0.5~0.8mm/转的范围内;
形成接箍内螺纹,该形成接箍内螺纹的步骤包括:用单齿成型梳刀以40~60m/min的切削速度进行6~8次粗车,每次粗车的吃刀深度控制在0.120~0.130mm的范围内,然后,用单齿成型梳刀以40~60m/min的切削速度进行两次精车,每次精车的吃刀深度为0.06mm和0.1mm,进给量为4.230~4.240mm/转;
加工内密封面,该加工内密封面的步骤包括粗加工和精加工各一次,采用菱形刀具,切削速度控制在40~60m/min的范围内,粗加工的车削余量和进给量分别控制在0.3~0.5mm的范围内和在0.35~0.45mm/转的范围内,精加工的车削余量和进给量分别控制在0.2~0.25mm的范围内和在0.06~0.07mm/转的范围内;
形成管体外螺纹,该形成管体外螺纹的步骤包括:用三齿成型梳刀以40~60m/min的切削速度进行一次粗车,粗车的吃刀深度控制在0.4~0.6mm的范围内,然后,用三齿成型梳刀以40~60m/min的切削速度进行两次精车,每次精车的吃刀深度为0.2~0.3mm,进给量为4.230~4.240mm/转;
加工外密封面,该加工外密封面的步骤包括粗加工和精加工各一次,采用成型刀,切削速度控制在40~60m/min的范围内,粗加工的车削余量和进给量分别控制在0.3~0.5mm的范围内和在0.5~0.6mm/转的范围内,精加工的车削余量和进给量分别控制在0.2~0.25mm的范围内和在0.07~0.08mm/转的范围内,并且,
所述加工方法还包括对外拔或拔荒的步骤、形成接箍内螺纹的步骤、加工内密封面的步骤、形成管体外螺纹的步骤和加工外密封面的步骤中的切削刀具进行冷却。
2.根据权利要求1所述的钛合金油管接头的加工方法,其特征在于,所述外拔或拔荒步骤中,切削速度控制在40~50mm/min的范围内,进给量控制在0.6~0.75mm/转的范围内。
3.根据权利要求1所述的钛合金油管接头的加工方法,其特征在于,所述加工内密封面的步骤中,切削速度控制在45~55m/min的范围内,粗加工的车削余量和进给量分别控制在0.35~0.45mm的范围内和在0.38~0.42mm/转的范围内,精加工的车削余量控制在0.22~0.24mm的范围内。
4.根据权利要求1所述的钛合金油管接头的加工方法,其特征在于,所述加工外密封面的步骤中,切削速度控制在45~55m/min的范围内,粗加工的车削余量控制在0.35~0.45mm的范围内,精加工的车削余量控制在0.22~0.24mm的范围内。
5.根据权利要求1所述的钛合金油管接头的加工方法,其特征在于,所述冷却步骤通过将冷却液直接喷在切削刀具的刀尖上和切削区域来实现。
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