硬质合金石油管螺纹刀(dāo)具的使用(yòng)

一、影响石油管螺纹加工品质和刀(dāo)具切削性能(néng)的三要素

（A） 刀(dāo)具本身的外部要素。包含：

1. 刀(dāo)具结构设计的合理(lǐ)性；
2. 刀(dāo)片刃面及齿形精度、光洁度及表层组织状况；
3. 刀(dāo)片刃口强化品质；
4. 刀(dāo)杆制造精度及附件如断屑器等的品质。

（B） 刀(dāo)片本身的内在要素。主要包含：

1. 刀(dāo)片基體(tǐ)材料品质与性能(néng)；
2. 刀(dāo)片表面涂层品质与性能(néng)；
3. 刀(dāo)杆材质及热处理(lǐ)性能(néng)。

（C） 刀(dāo)片的使用(yòng)要素。主要包含：

1. 刀(dāo)具的正确选择和使用(yòng)；
2. 螺纹加工设备状况；
3. 切削冷却方式及效果；
4. 被加工材料的可(kě)加工性及材质均匀性；
5. 螺纹加工切削规范的正确选择。

要素（A）、 （B）取决于刀(dāo)具生产者单位，要素（C）取决于刀(dāo)具使用(yòng)者单位。刀(dāo)具合理(lǐ)使用(yòng)的重要性可(kě)见一斑。

二、石油管螺纹加工的两种方式

第一种：螺纹車(chē)削方式：（油、套管及钻杆螺纹加工均采用(yòng)）

其切削运动的特点為(wèi)：

工件（管體(tǐ)或接箍、接头）——作旋转运动。产生切削主运动。

刀(dāo)具（螺纹刀(dāo)具及拔荒刀(dāo)）——作沿锥螺纹母線(xiàn)方向的走刀(dāo)运动及间断的吃刀(dāo)。

螺纹車(chē)削方式為(wèi)最广泛应用(yòng)的石油管螺纹加工方式。其中有(yǒu)单个刀(dāo)片切削及成组刀(dāo)片（一般為(wèi)二片刀(dāo)）配合组合刀(dāo)具切削二种，视具體(tǐ)生产条件及車(chē)丝机而定。钻杆接头螺纹加工全部采用(yòng)单刀(dāo)螺纹車(chē)削方式。

第二种：螺纹切头加工方式：（仅油、套管螺纹加工采用(yòng)）

其切削运动的特点為(wèi)：

工件（管體(tǐ)或接箍）——在切削加工时被定位装夹牢固及静止。

刀(dāo)具（螺纹刀(dāo)具及拔荒刀(dāo)）——作绕工件轴線(xiàn)旋转的切削主运动及同时作沿锥辱纹母線(xiàn)方向的走刀(dāo)富动及间断的吃刀(dāo)。

螺纹切头加工方式分(fēn)為(wèi)外切头及内切头两种。适用(yòng)于大量生产油管、套管及其接箍的加工，生产效率高。外切头一般含三片刀(dāo)片的成组螺纹刀(dāo)片及成组的拔荒刀(dāo)，内切头含一片螺纹刀(dāo)片及多(duō)片拔荒刀(dāo)片等。

三、硬质合金石油管螺纹刀(dāo)片的选用(yòng)建议

(1) 油管套管螺纹刀(dāo)片：

(A)大批量生产条件

 (A) 采用(yòng)螺纹切头加工方式的車(chē)丝机选用(yòng)的刀(dāo)片：

加工外螺纹(成组刀(dāo)片)有(yǒu)：

P16ER8RD1-31/ P16ER8RD1-32/ P16ER8RD1-33； P16ER10RD1-31/P16ER10RD1-32/P16ER10RD1-33； P16ER5BU1-31/P16ER5BU1-32/ P16ER5BU1-33 等。

加工内螺纹有(yǒu)：

P25IR8RD1-7； P25IR10RD1-8； P25IR5BU1-5；

(B) 采用(yòng)螺纹車(chē)削方式的車(chē)丝机选用(yòng)的刀(dāo)片：

加工外螺纹成组刀(dāo)片有(yǒu)：

C16ER8RD1-31/C16ER8RD1-32； C16ER10RD1-31/C16ER10RD1-32； C20ER5BU1-31/C20ER5BU1-32

单片刀(dāo)片有(yǒu)：

B17ER8RD2-3； B17ER10RD2-4； B17ER5BU2-2；S24ER8RD2-3； S24ER5BU2-2；SC16ER8RD2-3； SC16ER10RD2-4；R19ER8RD2-4； R19ER5BU2-3； R19ER5BU2-3D；S24IR8RD1-7； S24IR8RD1-7F； S24IR10RD1-7；S24ER5BRD1-3； C25ER5BU1-5；C16ER8RD1-3； C16ER10RD1-4；

加工内螺纹：

C25IR8RD1-7； C25IR10RD1-8； C25IR5BU1-5； C16IR5BU1-2； C16IR5BU1-3；B17IR8RD2-3； B23IR8RD2-5； B17IR10RD2-4； B23IR5BU2-3； B17IR5BU2-2；S16IR8RD2-4； S16IR5BU2-2；R19IR8RD2-4； R19IR5BU2-3； S19IR5BU2-3D；S24IR5BU1-5；S25IR5BU1-5F；S24IR8RD1-3； S24IR8RD1-5

(B)小(xiǎo)批量生产条件(均采用(yòng)螺纹車(chē)削方式加工)选用(yòng)的刀(dāo)片：

加工外螺纹：

L40ER10RD1-2； L40ER8RD1-2；T27ER8RD3-2; T27ER10RD3-2；16ER8APIRD； 16ER10APIRD；T28ER5BU3-1；

加工内螺纹：

S19IR10RD4-2； S19IR8RD4-2；T27IR10RD3-2； T27IR8RD3-2；16IR8APIRD； 16IR10APIRD；T28IR5BU3-1；

(2) 钻杆螺纹刀(dāo)片(均采用(yòng)螺纹車(chē)削方式加工)：

• A型刀(dāo)片：通用(yòng)
• B型刀(dāo)片：优选，刀(dāo)片及刀(dāo)杆通用(yòng)互换性强。
• C型刀(dāo)片：主要适用(yòng)于3"以下小(xiǎo)规规模的钻杆接头内外螺纹加工。

四、石油管螺纹刀(dāo)片切削图形

石油管螺纹刀(dāo)片存在如何合理(lǐ)设计各齿结构的切削图形及各齿切削负荷的分(fēn)配问题，它对于改善及提高螺纹加工品质、效率及刀(dāo)具寿命十分(fēn)重要。单齿刀(dāo)片（如钻杆接头刀(dāo)片）存在设计不同进给及吃刀(dāo)方式决定每次切削行程的切削图形问题，而不由刀(dāo)齿齿形结构决定。

（1）—次走刀(dāo)行程完成全螺纹切削的情况：

在机床功率及刚性足够大时，以一次行程完成全螺纹切削的方案為(wèi)最佳方案，即可(kě)以显著提高效率，又(yòu)可(kě)最為(wèi)合理(lǐ)设计切削图形，提高螺纹刀(dāo)片寿命。必须注意，无论是一次走刀(dāo)行程还是多(duō)次行程完成全螺纹切削的螺纹刀(dāo)片，其最后一个精車(chē)齿即為(wèi)保证螺纹精度的齿形，必须覆盖全螺纹牙形并在各部位均含有(yǒu)合理(lǐ)切削余量。 （两齿侧為(wèi)0.07-0.12MM,齿店(diàn)斶TSsAn 1 oniviM'）

例1： P25IR8RD1-7的套管接箍圆螺纹的内螺纹切削图形（图1）

例2： P16ER8RD1-31/P16ER8RD1-32/P16ER8RD1-33的三片成组套管管體(tǐ)圆螺纹的外螺纹切削图形（图2）

（2）多(duō)次走刀(dāo)行程完成全螺纹切削的情况：

車(chē)丝机功率及刚性不能(néng)满足一次走刀(dāo)行程完成全螺纹切削的情况下只能(néng)采取多(duō)次走刀(dāo)行程来完成。此时，第一次行程应切除主要的余量，（特别是对3个齿以上的刀(dāo)片），故螺纹刀(dāo)片切削图形设计以第一次行程的分(fēn)配作為(wèi)依据。随后的行程对各粗車(chē)齿而言，切削量都是较小(xiǎo)的。

例1： B23IR8RD2-5套管接箍圆螺纹的内螺纹切削图形（图3）

例2： P25IR5BU1-5套管接箍偏梯形螺纹的内螺纹切削图形（图4）

五、石油油管套管圆螺纹刀(dāo)片精車(chē)齿底的“双圆弧”结构

如图5所示，石油油管及套管和其接箍加工的圆螺纹刀(dāo)片，在精車(chē)齿两侧齿底处采用(yòng)“双圆弧”结构，即：R1与R2二个圆弧段，且R2 = R1+(0.2-0.3) ,(R1為(wèi)0.508MM或0.432MM),实践证明，可(kě)避免工件螺纹齿顶出现“小(xiǎo)平顶扣”及齿顶“对接”划道等缺陷。

六、石油管螺纹刀(dāo)片槽形及断削器的几种类型:

采用(yòng)如图6的四种型式的螺纹刀(dāo)片槽形或断屑器结构。

必须指出，石油管螺纹加工中的断屑问题是当今的技术难题之一，且在多(duō)齿的刀(dāo)片上优甚，特别是精車(chē)齿的断屑最為(wèi)困难。上述刀(dāo)片槽形及断屑器结构可(kě)对排屑及卷屑状况以明显改善，也能(néng)部分(fēn)断屑。

七、石油管螺纹刀(dāo)片装夹结构及刀(dāo)杆结构的几种形式

刀(dāo)杆是介于刀(dāo)片和刀(dāo)架（或刀(dāo)座）之间的连接部分(fēn)。应具有(yǒu)足够的强度、硬度和精度。

刀(dāo)杆头部是装夹刀(dāo)片的部分(fēn)，柄部是装入刀(dāo)架（或刀(dāo)座）的部分(fēn)。

刀(dāo)杆头部即装夹刀(dāo)片部分(fēn)的结构主要是依据刀(dāo)片形状而确定的。除要求本身具有(yǒu)足够强度和刚性外，还要保证装夹刀(dāo)片的刚性、定位可(kě)靠性准确性、使用(yòng)方便以及排屑断屑等要求。

不同结构形状的刀(dāo)片有(yǒu)相应的装夹结构。可(kě)参见硬质合金石油管螺纹刀(dāo)杆型号标注说明。

上压式（M及C结构）為(wèi)不带孔的四方形刀(dāo)片（或扇形刀(dāo)片）的装夹结构。大多(duō)用(yòng)于加工油、套管接箍内螺纹。勾形螺母的螺钉两端各带左、右螺纹并起压板作用(yòng)将刀(dāo)片及导屑板夹紧斜拉杆内拉式（P结构）為(wèi)带双锥孔刀(dāo)片的内拉式夹紧结构。具有(yǒu)双向夹紧作用(yòng)。刀(dāo)片双锥孔应保证需要的精度。结构紧凑、定位可(kě)靠、刀(dāo)片材料利用(yòng)率高等是其特点。油、套管及钻杆等刀(dāo)片（双锥孔刀(dāo)片）均适用(yòng)。

带芯杆压板斜面双向夹紧结构（J结构）主要用(yòng)在钻杆接头螺纹刀(dāo)片及抽油杆部件油管螺纹的三角形直孔刀(dāo)片的夹紧。

楔块斜面侧面夹紧（F结构）用(yòng)于棱體(tǐ)長(cháng)条形非涂层可(kě)重磨式刀(dāo)片的装夹结构。使用(yòng)在油、套管管體(tǐ)外螺纹加工，夹紧牢固，刀(dāo)刃磨损后可(kě)沿前刃面进行重磨以多(duō)次使用(yòng)。使用(yòng)时刀(dāo)刃中心高可(kě)根据需要进行调整。

立装刀(dāo)片侧面压紧©结构）主要用(yòng)于立装三角形可(kě)转位偏梯形套管螺纹单齿刀(dāo)片的装夹结构。刀(dāo)片强度及刚性较好，夹紧牢固是其特点。此结构在上压及侧压两个方向分(fēn)别加以夹固。

刀(dāo)杆的柄部装入刀(dāo)架（或刀(dāo)座）内，一般的刀(dāo)杆柄部截面為(wèi)方形或長(cháng)方形。在某些加工内螺纹的数控車(chē)丝机上，柄部截面為(wèi)圆形。柄部尺寸应保证刀(dāo)杆具有(yǒu)足够的强度和刚性的要求，并使刀(dāo)杆头部伸出長(cháng)度应尽可(kě)能(néng)小(xiǎo)，以防止产生切削振动及螺纹表面波纹。

大多(duō)数情况下，刀(dāo)杆柄部和头部為(wèi)整體(tǐ)结构，但也有(yǒu)将头部及柄部分(fēn)离的模组式拼装结构，主要在内螺纹刀(dāo)杆上使用(yòng)，如图所示。头部损坏时，只需要更换头部，不要更换整个刀(dāo)杆

為(wèi)了保持加工螺纹时刀(dāo)片两侧刃有(yǒu)大致相同的侧刃法向后角，刀(dāo)片安装在刀(dāo)杆上需要储斜一个角度，其值应等于或接近于螺纹的螺旋升角。故与螺距及螺纹直径有(yǒu)关。这一傅斜高在刀(dāo)杆上◎加工出来，大约0°~1°20'之间，分(fēn)四种档次。故使用(yòng)者在刀(dāo)杆选用(yòng)时应在管螺纹规格（直违及螺距）确定之后，来选取相应的刀(dāo)杆规格。本样本刀(dāo)杆标注说明⑥的A、B、C、D即表示适用(yòng)不同直径管材的刀(dāo)杆规格。

刀(dāo)杆及刀(dāo)杆部件需用(yòng)优质钢材制造，并进行热处理(lǐ)以保持及达到要求的硬度及强度，断屑器应由性能(néng)良好的硬质合金制造。刀(dāo)杆基面及定位面等均应磨削以达到要求的精度。

八、石油管螺纹刀(dāo)片切削用(yòng)量的选择建议

（1）切削速度推荐表：（见表1）

（2）走刀(dāo)次数及各次吃刀(dāo)深度推荐表（见表2）

注：加工钻杆接头螺纹如用(yòng)普通刀(dāo)粗車(chē)，再用(yòng)成形刀(dāo)片精車(chē)时，则此表中成形刀(dāo)片的吃刀(dāo)次数应相应减少。

九、石油管螺纹刀(dāo)具使用(yòng)中应注意的若干问题

1. 使用(yòng)前，使用(yòng)者应了解刀(dāo)具结构，加工要求及使用(yòng)要求。
2. 刀(dāo)杆必须正确牢固装夹在刀(dāo)架(或刀(dāo)座)上。安装前，刀(dāo)架及刀(dāo)杆基面应擦拭干净。普 通車(chē)丝机的刀(dāo)杆柄部基面应采用(yòng)百分(fēn)表进行找正，使之平行或垂直于螺纹轴線(xiàn)方向。找正误 差应在0.015MM/100MM之内。否则将引起螺纹牙形误差，甚至超差。
3. 螺纹刀(dāo)片应正确安装到刀(dāo)杆的刀(dāo)片槽内。用(yòng)手将刀(dāo)片侧边定位面靠牢，然后狞紧夹紧螺 钉。刀(dāo)片定位应正确可(kě)靠，夹紧牢固。夹紧螺钉或其他(tā)夹紧另件以及断屑器等如有(yǒu)损坏应及 时更换，以免在切削时损坏螺纹刀(dāo)片。每次换刀(dāo)片时，刀(dāo)杆上的刀(dāo)片槽及刀(dāo)片各基面均应擦拭干净，不得有(yǒu)碎屑夹入，否则会影响定位精度或把刀(dāo)片夹碎。
4. 机床锥度板一定要调整准确，尽量减少加工螺纹锥度误差。
5. 根据不同螺纹直径和螺距大小(xiǎo)，螺纹刀(dāo)杆上的刀(dāo)片槽底面具有(yǒu)不同的刃倾角，以适应螺 旋升角的变化需要，改善刀(dāo)片侧后角状况，使用(yòng)者在选用(yòng)刀(dāo)杆时应加以注意。 (见本样本K12 页)
6. 在加工过程中，应随时注意螺纹表面状态、刀(dāo)片刃口状态及車(chē)丝机运转状态，以便及时 调整操作，保持加工正常进行。螺纹表面缺陷最常见的是波纹和划道，影响其出现的因素较 多(duō)，有(yǒu)螺纹刀(dāo)片方面的，有(yǒu)机床方面的等。划道的出现可(kě)能(néng)由于：或因刀(dāo)刃的光洁度，或因 刀(dāo)刃有(yǒu)微小(xiǎo)崩刃及缺口，或因刀(dāo)刃上粘有(yǒu)积屑瘤或因切屑缠绕刮伤所致。精車(chē)齿齿底圆弧在 一侧為(wèi)全圆弧者最易出现“对接”划道(指油、套管圆螺纹)。加工螺纹时，吃刀(dāo)深度不够 以致未能(néng)加工完拔荒的余量则在螺纹牙顶会出现明显划道。机床系统刚性差时易在管端处几 扣出现牙顶划道(刀(dāo)片切削时)。螺纹表面的波纹系因系统的振动引起，可(kě)能(néng)由于：系统刚 度较差、机床功率不够，或由于刀(dāo)刃过于锋利(如非涂层刀(dāo)片的刀(dāo)刃未强化的情况)，或因 刀(dāo)刃磨损过大，或因系统自振频率与切削时强迫振动频率交接近时均可(kě)能(néng)引起波纹。如出现 上述划道和波纹缺陷均应根据具體(tǐ)情况及原因加以处理(lǐ)。
7. 加工石油管螺纹时，对螺纹精度必须进行单项仪检查及螺纹量规检查。如果螺纹参数检 查中的齿高及齿形角出现超差者，通常与刀(dāo)片的齿形精度有(yǒu)关。必须检查刀(dāo)片齿形精度或更 换新(xīn)的刀(dāo)片。精車(chē)齿刀(dāo)尖若产生"塌尖"现象易引起齿高增大超差。刀(dāo)尖磨损易引起齿高减小(xiǎo) 而超差。相应地也会影响齿形角的变化。其他(tā)螺纹参数如螺距、锥度、紧密距等产生误差则 往往与机床调整不当有(yǒu)关，需重新(xīn)调整机床。
8. 正确的刀(dāo)片刃口强化对螺纹加工过程至关重要。涂层螺纹刀(dāo)片的成品本身在生产厂家已 进行合理(lǐ)的刃口强化工序。其刃口倒圆半径应选為(wèi)R=0.04—0.06MM為(wèi)合适。刀(dāo)片齿顶及齿底 的倒圆半径应均匀，差值不能(néng)过大。非涂层的可(kě)重磨刀(dāo)片往往在生产厂家未进行过刃口强化 o加工过程中若出现不正常情况(如波纹等)，操作者可(kě)用(yòng)小(xiǎo)三角油石(碳化矽或金刚石油 石)顺着刃口方向对刀(dāo)刃进行仔细研磨以实现刃口强化要求。重磨后的刀(dāo)片刃口也应如此处 理(lǐ)。
9. 在当前情况下，石油管螺纹加工时必须进行充分(fēn)的冷却，仍以供给冷却液的方式為(wèi)主。这是提高螺纹加工品质及刀(dāo)具耐用(yòng)度的重要因素。冷却液应正好喷射到刀(dāo)齿切削部分(fēn)。有(yǒu)条 件时可(kě)用(yòng)高压冷却液喷射。并在通过刀(dāo)片前刃面或底面及断屑器或垫片的小(xiǎo)槽将冷却液直接 高压喷射到刀(dāo)刃切削區(qū)域，效果十分(fēn)明显。且有(yǒu)利于增加排屑作用(yòng)。
10. 刀(dāo)片的重磨：涂层刀(dāo)片一般不宜进行重磨。非涂层刀(dāo)片一般应进行重磨。重磨时只刃 磨刀(dāo)片的前刃面，按照原刀(dāo)片前刃面的方向重磨。不应当在砂轮机上用(yòng)手握持刀(dāo)片或刀(dāo)杆重 磨，而应当在工具磨床上采用(yòng)专用(yòng)夹具重磨。砂轮规格推荐：JR1, 120#-180#粒度，75%浓度：So BW100X20X35

十、使用(yòng)中常见问题产生原因及推荐解决措施：(如表3)

表3 常见问题产生原因及推荐解决措施