XGC1特殊螺纹接头螺纹加工刀具的选用

张炜，杨力能，张鸿博，上官丰收，闫凯

(中国石油集团石油管工程技术研究院，陕西西安710065)

在车削生产中，主要有两方面因素影响刀具切削性能:刀具本身的因素和刀具的使用因素［1］。刀具本身的因素主要包含:刀片基体材料质量与性能、刀片表面涂层质量与性能、刀杆材质及热处理性能、刀具结构设计的合理性、刀片刃面及齿形精度、光洁度及表层组织状况、刀片刃口强化质量、刀杆制造精度及附件如断屑器等的质量。刀具的使用因素主要包含:刀具的正确选择和使用、加工设备状况、切削冷却方式及效果、被加工材料的可加工性及材质均匀性、螺纹加工切削规范的正确选择。第一个因素取决于刀具生产单位，第二个因素取决于刀具使用单位。由此，刀具合理使用的重要性可见一斑。作者根据HTC6330b、SUC8128 数控车床性能和XGC1 特殊螺纹接头的特点，分析该特殊接头螺纹刀具的选用和组合研究应用。

1 XGC1 特殊螺纹接头

XGC1 特殊螺纹接头是一种采用API 普通偏梯形螺纹连接和金属对金属密封的新型特殊扣型，具有连接强度高，密封性能好等优点，但其加工精度和难度都要高于普通螺纹要求。图1 为XGC1 特殊螺纹接头手紧装配。

图1 XGC1 特殊螺纹接头手紧装配结构

2 接头加工刀具

刀具包括刀片、刀杆以及刀垫等辅助部件。刀具的选用根据所加工产品车削运动的不同而不同。XGC1 特殊螺纹接头螺纹车削形式为:工件(管体或接箍)作旋转运动，产生切削主运动;刀具(螺纹梳刀或单刀)作沿锥螺纹母线方向的走刀运动及间断的吃刀。

2.1 刀片的选用

刀片是切削加工中主要工作部件。管体螺纹选用外螺纹蝶形刀片(梳刀)加工，接箍螺纹选用内螺纹立装刀片(单刀)加工，如图2所示。

图2 外螺纹蝶形刀片和内螺纹立装刀片

蝶形涂层刀片(梳刀)成本较低，加工效率高，管体外螺纹加工，加工余量小，易于排屑，选用蝶形刀片(梳刀)不但提高加工效率而且节省成本。接箍加工切削余量大，由于在内孔加工不利于排屑，而内螺纹立装刀片具有强度高、不夹屑和易于退刀的特点，为接箍内螺纹的加工提供了便利。

2.2 刀杆选用

图3 蝶形偏梯外螺纹刀片用方柄刀杆

刀杆是介于刀片和刀架(或刀座)之间的连接部分，应具有足够的强度、硬度和精度［2］。刀杆头部是装夹刀片的部分，柄部是装入刀架(或刀座)的部分。刀杆头部即装夹刀片部分的结构主要是依据刀片形状而确定的。除要求本身具有足够强度和刚性外，还要保证装夹刀片的刚性、定位可靠性准确性、使用方便以及排屑断屑等要求。为了保持加工螺纹时刀片两侧刃有大致相同的侧刃法向后角，刀片安装在刀杆上需要倾斜一个角度，其值应等于或接近于螺纹的螺旋升角［3］。根据5 1/2 偏梯形螺纹结构，接头管体加工选用蝶形偏梯外螺纹刀片用方柄刀杆，如图3所示。接箍加工选用立装内螺纹刀片用圆柄刀杆，如图4所示。

图4 立装内螺纹刀片用圆柄刀杆

2.3 刀具装夹结构

不同结构形状的刀片和不同结构的刀杆有相应的装夹结构。XGC1 特殊螺纹接头外螺纹蝶形刀片和蝶形偏梯外螺纹刀片用方柄刀杆采用斜拉杆内拉式装夹结构。斜拉杆内拉式为带双锥孔刀片的内拉式夹紧结构。具有双向夹紧作用。刀片双锥孔应保证需要的精度。结构紧凑、定位可靠、刀片材料利用率高等是其特点。辅助配件主要有:刀垫、φ4 斜拉杆、M6 顶丝和内六角扳手等，如表1所示。

XGC1 特殊螺纹接头内螺纹立装刀片和立装内螺纹刀片用圆柄刀杆采用立装刀片侧面压紧装夹结构，立装刀片侧面压紧主要用于立装三角形可转位偏梯形套管螺纹单齿刀片的装夹结构。刀片强度及刚性较好，夹紧牢固是其特点。此结构在上压及侧压两个方向分别加以夹固。辅助配件见表1。

表1 XGC1 特殊螺纹接头螺纹车削用主要辅助配件

3 刀具磨损

在车削过程中，刀片与切屑和被加工材料不断摩擦，产生刀具磨损。车削初期，后刀面磨损较快，当磨损量达到0.05 ～0.1 mm 后，磨损变慢，称为刀具正常磨损阶段。此时，车刀磨损与车削时间成正比增加。当磨损达到某一极限值，继续车削会出现噪声，产生振动，加工质量变差直至刀片损坏，此阶段称为急剧磨损阶段。图5 为典型的刀具磨损曲线［4］。

图5 刀具磨损曲线

正常生产中，刀具的磨损和机床的稳定性、切削用量的选择、切削液、工人的操作方法等因素都有很大关系［5］。特别要提到的是，由于XGC1 特殊螺纹接头螺纹精度和表面质量要求较高，在刀具初期磨损阶段和急剧磨损阶段一定要加强对螺纹参数的检验，提高产品合格率。XGC1 特殊螺纹接头采用N80 钢级和HTC6330b、SUC8128 数控车床，XGC1 特殊螺纹接头螺纹刀片各磨损阶段加工产品数量的统计数据如表2所示。

表2 XGC1 特殊螺纹接头螺纹刀片各磨损阶段加工产品数量 件

刀具的磨损与加工设备以及产品的材料有很大关系，不同钢级的产品采用不一样的设备和工艺，刀具寿命就有很大差别。通过生产中的数据统计给出合理的加工标准是提高生产效率和节省生产成本的有效途径。

4 结束语

刀具的研究和选择是数控加工工艺中的重要内容之一，不仅影响机床的加工效率，而且直接影响零件的加工质量，刀具的选用是一个较为复杂的探索过程。刀具的选用在考虑到零件材料的切削性能、零件的加工形状和加工阶段、产品加工区域的特点等因素的基础上，存在很大的经验值，需要在不断的加工生产中统计与总结，给出合理的参考标准，更科学地指导生产。

【1】刘献礼.金属切削刀具设计手册:螺纹刀具［M］.北京:机械工业出版社，2009.

【2】成都工具研究所.梳刀与刀杆选用手册合订本［M］.6版.成都:成都工具研究所，2009.

【3】技能士の友编集部.螺纹加工［M］.北京:机械工业出版社，2010.

【4】范悦，等.CAXA 数控车实例教程［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2007.

【5】HTC6330b 数控车使用说明书(机械部分)［M］.沈阳:沈阳机床(集团)有限责任公司，2006.