CN111673136B - 一种超长细孔类钢管钻孔加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超长细孔类钢管钻孔加工工艺，包含如下步骤：钻孔准备：加长已有车床床身或制作床身长度尺寸大于超长细孔类超高压合金钢管产品本身长度2倍以上的钻孔设备；将车削加工后的锻造毛坯装卡在钻孔设备上，除首、尾两端采用钻孔设备卡盘和钻孔刀架固定外，再沿坯料长度方向利用中心架进行固定使其呈水平状态；正式钻孔：正式钻孔之前先用引孔刀头对坯料一端进行引孔，引孔完毕改用钻孔刀具进行试钻；转孔的同时判断钻孔刀具的走向等；通过该工艺，可以打通长度超过15000mm以上超长细孔类钢料，并且壁厚相对均匀；本工艺的实施，能够完全摆脱对进口的依赖，节省大量外汇；同时能够填补国内空白技术。

Description

一种超长细孔类钢管钻孔加工工艺

技术领域

本发明涉及超长无缝管道制作加工领域，具体涉及一种超长细孔类钢管钻孔加工工艺。

背景技术

超长细孔类超高压合金钢管通常泛指内径Φ10.0～80.0mm，外径Φ20～150mm，长度8000～15000mm的无缝钢管，其内孔的加工制造方法主要通过钻孔来完成。此类产品广泛应用于石油化工高压聚乙烯装置管式换热器和管式反应器中（属核心部件）。其工作压力为100～400MPa、工作温度在200～350℃之间。由于高压管工作条件恶劣，制造工艺复杂，加工难度大，而且材料必须具备高的纯净度和良好的综合力学性能。特别是长度大于15000mm的高压管由于受深孔加工技术的制约，我国长期以来一直从国外进口。目前国内仅局限于加工制造深孔长度在10000mm左右范围的合金钢管，且也对其缺乏深入研究。而对于12000mm以上甚至更长的根本无法加工。在超长细孔类超高压合金钢管（34CrNi₃MoVA）实际钻孔过程中，尤其钻孔深度超过8000mm后由于受机床运转中工件摆动、坯料中心线弯曲及操作技能未达到一定水平等主、客观综合因素影响，实际钻孔中总会偏离坯料中心线，管壁壁厚超出允许误差，导致钻头还未到达坯料终点就在中途瞬间跑出坯料外面而报废，导致转杆头端会从原料的侧边钻出，难以打通，而且由于钻杆的晃动，使得超长细孔类超高压合金钢管的孔并非是笔直的线性，而是曲线结构，导致超长细孔类超高压合金钢管壁厚不够统一，无法满足使用需求。

随着国内煤化工产品的不断升级和市场需求的日益增长，对该产品的要求越来越高，不仅要求材料具有高的力学性能及稳定性，还要求产品具有高的内外表面光洁度和尺寸精度，正因如此高的门槛，使众多企业、公司难以生产满足客户需求的产品，国内石化行业只好付出高昂的代价。开发生产超高压合金钢管产品既能解决国内市场需求，也能降低采购成本，为国家创造可观的经济效益，同时也是一件扬国威、壮国企的好事，可进一步拓展深孔加工制造技术并使之实现产业化发展目标。目前对于超长细孔类超高压合金（无缝）钢管的加工制造的研究缺乏，超长深孔类超高压合金钢管的加工制造具有重要的现实意义和很好的研究开发价值，可填补国内空白。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超长细孔类钢管钻孔加工工艺，通过该工艺，可以打通长度超过15000mm以上超长细孔类钢料，并且壁厚相对均匀；本工艺的实施，能够完全摆脱对进口的依赖，节省大量外汇；同时能够填补国内空白技术。

一种超长细孔类钢管钻孔加工工艺，包含如下步骤：

s1、钻孔准备：加长已有车床床身或制作床身长度尺寸大于超长细孔类超高压合金钢管产品本身长度2倍的钻孔设备；将车削加工后的锻造毛坯装卡在钻孔设备上，除首、尾两端采用钻孔设备卡盘和钻孔刀架固定外，再沿坯料长度方向利用中心架进行固定，肉眼观察坯料基本呈水平状态，配置与内孔尺寸相匹配的专用钻孔刀具进行钻孔；

s2、正式钻孔：正式钻孔之前先用引孔刀头对坯料一端进行引孔，引孔完毕改用钻孔刀具进行试钻，试钻时要调整进给速度和走刀速度使其达到稳定状态，同时观察排出的钢屑是否均匀，与初始排出的钢屑大小为标准进行对比，不能过厚也不能过大，同时要观察冷却系统及冷却液流动情况是否正常，冷却系统的压力为3-6MPa；上述操作均需与所钻孔材料相结合进行参数调整：对于钻孔材料强度和硬度均偏高的材料，通过降低刀杆转速和钻孔走刀速度进行平稳性调整，反之亦然，钻孔材料为34CrNi₃MoVA，其刀杆转速240~245转/s，主轴转速60~63转/s；

s3、判断钻孔刀具的走向，准确判断钻孔刀具在进给过程中是否能始终保持沿坯料中心线匀速直线前进的同时，全长度范围内管壁壁厚波动要稳定在工艺允许的范围内，首先是观：用肉眼观察，观察冷却液流动情况、钢屑大小及均匀性情况、中心架随着钻孔刀具进给自动移动是否匀速；其次是听：用耳聆听钻孔设备运转声音及钻孔刀具切削过程中产生的声波，即钻孔设备运转过程中无杂音、钻孔刀具切削过程中受油器无杂音、钻孔刀具打刀后发钝的声音；若声音相对初始钻孔时明显增大或出现明显杂音，则钻孔刀具出现偏差；第三是摸：用手感触摸刀杆运动中是否掺杂一些异常因素：钻孔刀具切削中脱离中心线5-7mm后传导出的波动情况，并借助于现代检测仪器（工具）有机结合实现“三合一”判断，通过上述判断，发现出现异常情况后，应当对钻孔刀具和坯料做矫正处理，使钻孔刀具进给方向要尽可能的回归到坯料中心线上，借助中心架采用机械外力将偏离的局部范围进行人工校正，矫正量与偏离量相适配，较正时，矫正作用点位于坯料拐点前的300-700mm进行机械施力；同时，适当调整钻孔刀杆转速和钻孔主轴转速，分别在原转速基础上减少10-20转/s，待正常后逐步恢复刀杆转速和钻孔主轴转速；

S4、检测坯料，通过上述程序实施，完成钻孔加工工序，经检测达到工艺允许指标后转入下一道精车工序，精车后珩磨，最后对其进行全部尺寸和表面光洁度及精度检测合格入库、交验。

优选地，所述车床床身大于产品本身长度2倍2米。

优选地，沿坯料长度方向利用中心架进行固定时，中心架以间隔距离均匀布局，间距为3-4米。

优选地，利用引孔刀头对坯料一端进行引孔，引孔深度为100mm左右。

本发明的有益效果在于：开发中石化聚乙烯装置用超高压合金钢管产品，一是替代进口，为国家节省大量外汇；二是填补国内空白，提升民族品牌的影响力和竞争力，为国争光；三是在满足国内市场需求的同时可进一步走向世界，创造更多更好的效益，体现社会价值。

附图说明

图1为本发明的打孔偏移矫正示意图。

图2为本发明的矫正点位示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明公开了一种超长细孔类钢管钻孔加工工艺，包含如下步骤：

S1、钻孔准备：加长现有车床床身或制作床身长度尺寸大于超长细孔类超高压合金钢管产品本身长度2倍2米的钻孔设备；将车削加工（按预定工艺直径尺寸，表面需见光）后的锻造毛坯装卡在钻孔设备上，除首、尾两端采用钻孔设备卡盘和钻孔刀架固定外，再沿坯料长度方向（既轴向方向）利用中心架进行固定，中心架间隔一定距离均匀布局，每3-4米布局1个，肉眼观察坯料基本呈水平状态，在车床上配置与要加工的内孔尺寸相匹配的专用钻孔刀具进行钻孔；

s2、正式钻孔：正式钻孔之前先用引孔刀头对坯料一端进行引孔，引孔深度为100mm左右，引孔完毕改用钻孔刀具进行试钻，试钻时调整进给速度和走刀速度至适中，具体适中值为刀杆转速为240~245转/s，主轴转速为60~63转/s：以坯料在转动时始终处于平稳状态、观察排出的钢屑是否均匀，与初始排出的钢屑大小为标准进行对比，不能过厚也不能过大，同时还要观察冷却系统及冷却液流动情况是否正常为准，冷却系统的压力应严格控制在3-6MPa；坯料的强度和硬度不同，所需要的进给速度为和走刀速度是不同的，具体以上述判断来确定不同材质坯料的进给速度为和走刀速度的适中情况；对于钻孔材料强度和硬度均偏高的材料，通过降低刀杆转速和钻孔走刀速度进行平稳性（适中）调整，反之亦然，本申请中的钻孔材料为34CrNi₃MoVA，其刀杆转速控制在240~245转/s，主轴转速控制在60~63转/s；

s3、判断钻孔刀具的走向，准确判断钻孔刀具在进给过程中是否能始终保持沿坯料中心线匀速直线前进，全长度范围内管壁壁厚波动要稳定在工艺允许的范围内（允许波动范围是按照工件壁厚来确定的）；具体操作为首先是观：用肉眼观察，观察冷却液流动情况、钢屑大小及均匀性情况、中心架随着钻孔刀具进给自动移动是否顺畅且匀速；其次是听：用耳聆听钻孔设备运转声音及钻孔刀具切削过程中产生的声波，即钻孔设备运转过程中无杂音、钻孔刀具切削过程中受油器无杂音、钻孔刀具打刀后发钝的声音；若声音相对初始钻孔时明显增大或出现明显杂音，则判断为钻孔刀具出现偏差；第三是摸：用手感触摸刀杆运动中是否掺杂一些异常因素：钻孔刀具切削中脱离中心线5——7mm后传导出的波动情况，并借助于现代检测仪器（超声波测距仪）有机结合实现“三合一”判断，一般在钻孔超过8000mm后会出现上述问题，通过上述判断，发现出现异常情况后，应当对钻孔刀具和坯料做矫正处理，使钻孔刀具进给方向要尽可能的回归到坯料中心线上，具体为借助中心架采用机械外力将偏离的局部范围进行人工校正，矫正量与偏离量相适配，较正时，矫正作用点位于坯料拐点前的300-700mm进行机械施力；同时，适当调整钻孔刀杆转速和钻孔主轴转速，分别在原来转速基础上减少10-20转/s为宜，待正常后逐步恢复刀杆转速和钻孔主轴转速；

S4、检测坯料，通过上述程序实施，完成钻孔加工工序，经检测达到工艺允许指标后转入下一道精车工序，精车后珩磨，最后对其进行全部尺寸和表面光洁度及精度检测合格入库、交验。

实施例1

以中石化生产聚乙烯设备所用的34CrNi₃MoVA超高压合金钢管为例，对该材料的坯料进行转孔，该坯料外径一般为Φ20～150mm，长度为15000mm；

S1、钻孔准备：加长现有车床床身或制作床身长度尺寸大于超长细孔类超高压合金钢管产品本身长度32米以上的钻孔设备；将车削加工后的锻造毛坯装卡在钻孔设备上，在首、尾两端采用钻孔设备卡盘和钻孔刀架固定，在沿坯料长度方向（既轴向方向）利用中心架进行固定，中心架间隔为3m/个，肉眼头端或尾端观察坯料基本呈水平状态，对在车床上配置与要加工的内孔尺寸相匹配的专用钻孔刀具进行钻孔；

s2、正式钻孔：正式钻孔之前先用引孔刀头对坯料一端（转孔刀具所在的一端）进行引孔，引孔深度为100mm左右，引孔完毕改用钻孔刀具进行试钻，试钻时调整进给速度为和走刀速度至适中：其中刀杆转速240~245转/s，主轴转速60~63转/s；

s3、判断钻孔刀具的走向，准确判断钻孔刀具在进给过程中是否能始终保持沿坯料中心线（或靠近中心线）匀速直线前进，全长度范围内管壁壁厚波动要稳定在工艺允许的范围内（允许波动范围是按照工件壁厚及工艺精度要求来确定的）；具体操作为首先是观：用肉眼观察，观察冷却液流动情况，如冷却液是否均匀、均量流出、钢屑大小及均匀性情况（以初始转孔时钢屑排出大小、均匀为衡量标准）、中心架随着钻孔刀具进给自动移动是否顺畅且匀速；其次是听：用耳聆听钻孔设备运转声音及钻孔刀具切削过程中产生的声波，即钻孔设备运转过程中无余外杂音（与初始正常运行相比较）、钻孔刀具切削过程中受油器无杂音、是否有刀具打刀后发钝的声音；第三是摸：用手感触摸刀杆运动中是否掺杂一些异常因素：刀具切削中脱离中心线5-7mm后传导出的波动情况，并借助于现代检测仪器（工具）有机结合实现“三合一”判断，一般在钻孔超过8000mm后会出现上述问题，通过上述判断，发现出现异常情况后，应当对钻孔刀具和坯料做矫正处理，使钻孔刀具进给方向要尽可能的回归到坯料中心线上，具体为依靠操作技能借助中心架采用机械外力将偏离的局部范围进行人工校正，矫正量与偏离量相适配，较正时，矫正作用点位于坯料拐点（坯料发生弯曲摆动的点位）前的400mm位置处进行机械施力矫正，通过调节中心架来对坯料进行施压，对于坯料拐点的测定，通过超声波测距仪测得坯料壁薄厚不均匀位置既为拐点位置；同时，适当调整钻孔刀杆转速和钻孔主轴转速，分别在原来转速基础上减少10-20转/s为宜，待正常后逐步恢复刀杆转速和钻孔主轴转速。检测坯料，通过上述程序实施，完成钻孔加工工序，经检测达到工艺允许指标后转入下一道精车工序，精车后珩磨，最后对其进行全部尺寸和表面光洁度及精度检测合格入库、交验。

目前无法加工超长细孔类钢管是因为在打孔时一般在10000mm左右时，会出现钻孔刀具瞬间跑出坯料外面而导致坯料报废，而仅仅通过现代检测仪器很难及时确定刀具是从何时出现波动打偏的，因此及时发现刀具走偏是一个技术难点，另一个就是打偏后的矫正也是技术难点，而本申请通过三合一判断的方式并且通过机械矫正、合理降速、合理根据不同材质选择进给速度和走刀速度实现矫正，实现对超长细孔类钢管的国产化。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种超长细孔类钢管钻孔加工工艺，其特征在于包含如下步骤：

s1、钻孔准备：加长已有车床床身或制作床身长度尺寸大于超长细孔类超高压合金钢管产品本身长度2倍的钻孔设备；将车削加工后的锻造毛坯装卡在钻孔设备上，除首、尾两端采用钻孔设备卡盘和钻孔刀架固定外，再沿坯料长度方向利用中心架进行固定，肉眼观察坯料基本呈水平状态，配置与内孔尺寸相匹配的专用钻孔刀具进行钻孔；

s2、正式钻孔：正式钻孔之前先用引孔刀头对坯料一端进行引孔，引孔完毕改用钻孔刀具进行试钻，试钻时要调整进给速度和走刀速度使其达到稳定状态，同时观察排出的钢屑是否均匀，与初始排出的钢屑大小为标准进行对比，不能过厚也不能过大，同时要观察冷却系统及冷却液流动情况是否正常，其中冷却系统的压力为3~5MPa；上述操作均需与所钻孔材料相结合进行参数调整：对于钻孔材料强度和硬度均偏高的材料，通过降低刀杆转速和钻孔走刀速度进行平稳性调整，反之亦然，其中坯料材料为34CrNi₃MoVA，其刀杆转速为240~245转/s，主轴转速60~63转/s；

s3、判断钻孔刀具的走向，准确判断钻孔刀具在进给过程中是否能始终保持沿坯料中心线匀速直线前进的同时，全长度范围内管壁壁厚波动要稳定在工艺允许的范围内，首先是观：用肉眼观察，观察冷却液流动情况、钢屑大小及均匀性情况、中心架随着钻孔刀具进给自动移动是否匀速；其次是听：用耳聆听钻孔设备运转声音及钻孔刀具切削过程中产生的声波，即钻孔设备运转过程中无杂音、钻孔刀具切削过程中受油器无杂音、钻孔刀具打刀后发钝的声音；若声音相对初始钻孔时明显增大或出现明显杂音，则钻孔刀具出现偏差；第三是摸：用手触摸刀杆运动中是否掺杂一些异常因素：刀具切削中脱离中心线5~7mm后传导出的波动情况，并借助于现代检测仪器有机结合实现“三合一”判断，通过上述判断，发现出现异常情况后，应当对钻孔刀具和坯料做矫正处理，使钻孔刀具进给方向要尽可能的回归到坯料中心线上，借助中心架采用机械外力将偏离的局部范围进行人工校正，矫正量与偏离量相适配，校 正时，矫正作用点位于坯料拐点前的300~700mm并对矫正作用点进行机械施力；同时，适当调整钻孔刀杆转速和钻孔主轴转速，分别在原转速基础上减少10~20转/s，待正常后逐步恢复刀杆转速和钻孔主轴转速；

s4、检测坯料，通过上述步骤实施，完成钻孔加工工序，经检测达到工艺允许指标后转入下一道精车工序，精车后珩磨，最后对其进行全部尺寸和表面光洁度及精度检测合格入库、交验。

2.根据权利要求1所述的一种超长细孔类钢管钻孔加工工艺，其特征在于：沿坯料长度方向利用中心架进行固定时，中心架以间隔距离均匀布局，间距为3~4米。

3.根据权利要求1所述的一种超长细孔类钢管钻孔加工工艺，其特征在于：利用引孔刀头对坯料一端进行引孔，引孔深度为100mm左右。

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