影响加工石油套管偏梯螺纹精度的几个方面

影响加工石油套管偏梯螺纹精度的几个方面

杨宁黄德兴史东辉

华油一机（河北）油井管有限公司  河北省沧州市   062658

摘要：为保证管材的加工精度与质量要求达到提高劳动生产率、降低生产成本、减轻工人劳动强度的目的。近年来，管具中心引进了各类数控车床13台。数控车床的大量应用，使管具中心的产品质量、生产效率明显提高，取得了较好的经济效益。

关键词：石油套管；偏梯螺；加工纹精度

在石油套管加工中，带螺纹的零件占比很大。梯形螺纹是应用很广泛的传动螺纹，例如车床上的长丝杆，中、小拖板的丝杆等都是梯形螺纹。由于传动螺纹精度要求较高，表面粗糙度值小，工作长度较长，使用要求也很高,虽然当前数控加工技术日趋成熟，不重磨合金刀具广泛采用，但在修配工作中，采用较多的还是在普通车床上低速车削。笔者利用推导出的比例进行操作，加工效率、合格率明显提高，对梯形螺纹的精密加工有一定的指导意义。

1 石油套管主要要求

根据API要求，所生产的套管应该注明或者出具以下几种性能参数。 管子要采用无缝管或者是电焊管的制造方法；接箍或者接箍的毛坯料要采用无缝制造工艺，同时不允许使用未经适当热处理冷拔的管材。热处理要严格按照API规定程序进行，对于加厚的管子，需要在加厚后全长热处理；对于接箍的半成品允许单个热处理。对于电焊管的焊缝，需要在高于540℃的温度下热处理或者采用其他手段使焊缝中没有未回火的马氏体。

套管柱在井下所承受的轴向力、内外压力大部分都由管螺纹承担了，管螺纹的应力分布状态决定了套管柱的连接强度和密封性能。目前，各大油田常用的是符合API 标准的短圆螺纹(STC)，长圆螺纹(LC)和偏梯形螺纹(BC)套管接头。其中圆螺纹由于其成本低，可是圆螺纹由于其结构上的缺陷，在密封性和牙型强度上都存在一定的缺陷，因此在高压气井和深井中，圆螺纹就不再适合，更多的是使用偏梯螺纹。

随着石油工业的发展，适合大井深的石油套管螺纹已经成为一种必须，圆螺纹在密封性上虽然存在一定的优势，但其承载能力上的缺陷使它受到制约，同时新兴的特殊螺纹有绝大部分也是在偏梯形螺纹的基础上演变而来的，因此对偏梯形螺纹的研究就非常必要。

2 梯形螺纹加工的主要方法

梯形螺纹是一种具有梯形截面的螺纹，在工业生产中应用广泛，如螺杆、轴等部件。梯形螺纹的加工方法主要有以下几种:

2.1车削法:梯形螺纹可以使用车床进行车削加工。车削梯形螺纹时，通过安装相应的螺纹刀具，通过旋转工件和移动刀具，按指定的螺距和梯度进行螺纹切削。

2.2滚压法:滚压是一种常用的梯形螺纹加工方法。该方法通过给工件施加一定压力和旋转力，使工件与滚动模具接触，从而通过塑性变形来形成螺纹。这种方法具有高效、高精度的特点。

2.3滚切法:滚切是一种常用的高精度梯形螺纹加工方法。该方法使用专用的滚削工具，通过旋转工件和滚削刀具，利用相对运动的轴向滚切刀具来制造螺纹。

2.4铣削法:铣削是一种常用的梯形螺纹加工方法。利用铣削刀具进行刀具进给和工件轴向进给，通过多次切削，以连续的方式铣削出梯形螺纹。

2.5加工中心法:采用数控加工中心进行梯形螺纹加工可以实现高自动化程度和高精度要求。通过在数控加工中心上使用适当的刀具和工艺参数，按照图纸要求进行加工。

3　影响数控车床加工精度的原因分析

（1）编码器出现故障将影响被加工件的径向与轴向加工精度。编码器的作用是连续地把X轴、Z轴丝杠的旋转转数以电子编码的形式传递给机床NC系统处理器，如果编码器内部电器元件工作不正常或有损坏，编码器将不能正确地给NC系统处理器传递信息，NC系统处理器将按照错误的信息执行程序，从而造成被加工件的径向与轴向尺寸误差。

（2）联轴器发生故障将影响被加工件的径向和轴向

一些数控车床的X轴与Z轴编码器传动是以联轴器方式与X轴和Z轴丝杠连接，伺服电机与丝杠之间也靠联轴器连接，联轴器松动或损坏，会造成编码器和伺服电机与丝杠不同步，从而产生径向与轴向加工误差，影响被加工件的径向与轴向加工精度；

（3）主轴转速传感器出现故障将影响被加工件的加工精度。在进行管螺纹加工时，主轴转速参数与刀具在Z方向（盘形螺纹加工则为X方向）的运动速度参数是严格按照程序（螺纹螺距参数）要求进行匹配的。如果主轴转速传感器发生故障它传输给NC系统处理器的转速信息与实际主轴转速参数不相符，就会造成被加工螺纹的螺距误差，甚至“乱扣”影响被加工件的螺距加工精度。

（4）X轴和Z轴滚珠丝杠及滚珠磨损超差影响被加工件的加工精度。滚珠丝杠及滚珠磨损超差，可引起滚珠丝杠与丝母产生过大的轴向间隙，造成刀架在X方向和Z方向移动的误差，影响被加工件的径向和轴向加工精度。

4改进措施

4.1主轴转速传感器故障

实际使用中主轴转速传感器大多通过同步带与主轴相连。当同步带老化或磨损时，此时主轴转速传感器检测到的转速与主轴实际转速不符，俗称“丢转”。轻的会造成被加工件螺距超差，严重的会造成乱扣，直接影响被加工套管的螺距精度。因此我们可以将同步带传动改成更加稳定、可靠的齿轮传动，以减少主轴转速传感器的故障。

4.2滚珠丝杠

滚珠丝杠是数控机床的重要部件。它将旋转运动转换成直线运动，其制造精度、表面质量、尺寸稳定性、耐磨性，直接影响数控机床的加工精度、运动的平稳性及使用寿命。因此我们可以选择较原高一公差等级的滚珠丝杠。由原C5等级改成C4或C3等级的。以确保机床机械系统的工作精度的可靠性和使用寿命，以满足套管加工精度。

4.3编码器

编码器常见故障包括：轴承故障，电缆连接故障，供电电压不稳，机械碰撞，灰尘及油污物，信号干扰，程序设置等。针对以上故障采取相应措施。如更换轴承，修复或更换电缆，稳定工作电压，加强机械防护，清洁和封闭编码器，调整程序设置等。通过上措施可以提高编码器的可靠性，稳定性，保证其正常工作。

5 石油套管偏梯螺纹加工优化措施

5.1加工精度不达标改进措施

如果梯形螺纹的加工精度不达标，可能会导致工件无法正常使用。处理方法如下:

(1)检查数控车床的精度:检查数控车床的定位精度、回转精度和切削精度等，确保设备的正常运行。

(2)检查刀具的磨损情况:如果刀具磨损严重，应及时更换或者修磨刀具，确保切削效果和加工精度。

(3)调整切削参数:根据实际情况，适当调整切削速度、进给速度和切削深度等参数，提高加工精度。

5.2刀具寿命过短改进措施

刀具寿命过短会增加生产成本和加工周期。处理方法如下:

(1)选择合适的刀具材料:根据工件材料和加工要求，选择合适的刀具材料，提高刀具的硬度和耐磨性。

(2)优化切削参数:通过调整切削速度、进给速度和切削深度等参数，减少刀具的磨损和热变形，延长刀具的使用寿命。

(3)定期检查刀具:定期检查刀具的磨损情况，及时更换或者修磨刀具，保持刀具的良好状态。

5.3螺纹质量不合格

螺纹质量不合格可能会导致工件的连接失效或者运动不稳定。处理方法如下:

(1)检查刀具的刃口磨损:如果刀具的刃口磨损严重，应及时修磨或者更换刀具，以保证螺纹的质量。

(2)检查加工程序:检查加工程序中的刀具路径和切削参数等，确保加工的准确性和稳定性。

(3)加强工艺控制:加强加工过程的监控和控制，确保切削过程的稳定性和一致性。

总结:

梯形螺纹数控加工是一项重要的任务，需要按照标准格式进行操作。本文介绍了梯形罗纹数控加工的标准格式，包括加工设备和刀具选择、加工工艺和加工质量检验等内容。同时，还提供了常见问题的处理方法，包括加工精度不达标、刀具寿命过短和罗纹质量不合格等。通过合理的加工操作和问题处理，可以提高梯形罗纹的加工质量和效率。

参考文献

[1]李光军，韩凤起，刘洋.超高强度钢D406A攻丝研究[J].机床与液压，2019,37(6):13-18.

[2]常青，张烈声.螺纹量规检测和结果评价方法探讨：全国计量测试技术学术交流会论文集[C].北京：中国计量测试学会，2016.