钻杆螺纹车修工艺研究

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结合钻杆螺纹要求，对钻杆螺纹加工设备、刀具，螺纹车修过程中出现的物理现象，以及提高钻杆螺纹车修质量等工艺方法进行了论述，为钻杆螺纹车修提供了参考。

钻井设备 钻杆螺纹 车修工艺

钻杆是石油钻井中重复使用的专用管材，在钻井中钻杆需要连接在一起使用，钻杆的连接是靠旋转台肩式钻杆螺纹实现的。在使用后，对其管体、螺纹等部位进行清洗、检测、探伤、检验等工序后，对于管体合格而螺纹损坏的钻杆需要进行重新车修，即螺纹车修工艺，为了使钻杆车修后螺纹质量达到标准要求，要严格控制各道工序，包括设备的选择及精度要求、刀具的选择、螺纹检验等。

1钻杆螺纹加工设备的选配

针对钻杆螺纹修复是成批、单项加工和管螺纹的特点，在机床的选用方面主要综合考虑加工精度高，加工质量稳定可靠；工人劳动强度低；对螺纹加工的适应性强、灵活性好；工作环境优良；经济等方面。经过使用证明，一般选用沈阳第一机床厂生产的S1-245和S1-262车床作为主导加工机床。

2刀具

2.1刀具材料的基本要求

a.高硬度。车刀材料的硬度必须大于工件材料的硬度，常温硬度一般要在HRC60以上。

b.高耐磨性。车刀的切削部分在切削过程中经受着剧烈的摩擦，因此必须具有良好的耐磨性。一般情况下，刀具材料的硬度越高，耐磨性越高。

c.足够的强度和韧性。为了承受切削时较大的切削力、冲击力和震动，防止脆裂和崩刃，车刀材料必须具有足够的强度和韧性。

d.高红硬性。红硬性是指车刀在高温下所能保持正常切削的性能。它是衡量车刀材料性能好坏的主要指标。

2.2刀具参数的优选

2.2.1前角的作用及选择

a.前角的作用。前角是车刀最重要的一个角度。其大小影响刀具的锐利程度与强度。加大前角，可使刃口锋利，减小切削变形和切削力，使切削轻快。但前角过大，楔角β0减小，降低了切削刃和刀头的强度，使刀头散热条件变差，切削时刀头容易崩刃。

b.前角的初步选择。前角的大小应根据工件材料、刀具材料及加工性质选择。工件材料软，车塑性材料，精加工时，可取较大的前角；工件材料硬，车脆性材料，粗加工时应取较小的前角。

2.2.2后角的作用及选择

a.后角的作用。后角可减少刀具后刀面与工件加工表面之间的摩擦以及刀具后面的磨损，它配合前角调整刀刃的锐利程度和强度。

b.后角的选择。粗加工时，为了增加刀刃的强度，应取较小的后角；精加工时，为了减少后刀面与工件的摩擦，保证加工质量，应取较大的后角。工件材料较硬时，为使刀刃有足够的强度，后角应取较小值；工件材料较软，应取较大值。

2.3刀具寿命

2.3.1刀具的磨损形式及过程

a.刀具的磨损形式。刀具的磨损有正常磨损和非正常磨损。其中刀具的正常磨损主要有以下三种：后刀面磨损；前刀面磨损；前、后刀面同时磨损。

b.刀具的磨损过程。可以分为三个阶段：初期磨损阶段，由于刃磨后的刀面微观不平，切削刃处的受力集中，因此磨损较快；正常磨损阶段，刀具表面上的高低不平及不耐磨的表层组织已经被磨去，刀面上的压力分布均匀而且压强减小，磨损高度随时间增长而均匀的增加，使用刀具时不应超过这一阶段范围；急剧磨损阶段，磨损量达到某一数值VBB以后，刀具变钝，摩擦力增大，切削温度急剧升高，刀具材料的切削性能急剧下降，导致刀具大幅度磨损或烧毁，应尽量避免使刀具磨损进入这一阶段。

2.3.2提高刀具寿命的基本方法

影响刀具寿命的因素很多，主要有工件材料、刀具材料、刀具几何参数、切削用量等几个方面。在切削条件（即工件材料、刀具材料）已确定的情况下，合理选择前角、后角、正确选择切削用量，是提高刀具寿命的基本方法。

3螺纹车修过程中出现的物理现象

3.1积屑瘤

车修过程中，由于挤压变形和强烈的摩擦，使切屑与前刀面之间产生很大的压力和很高的温度，当温度（约300度左右）和压力条件适当时，摩擦力大于切屑内部的组合力，切屑底层的一部分金属就“冷焊”在前刀面靠近刀刃处，形成“积屑瘤”。

3.1.1积屑瘤对车修的影响

保护刀具；增大实际前角；影响螺纹表面质量和尺寸精度。

3.1.2切削速度对积屑瘤产生的影响

当切削速度较低时，切屑流动较慢，切屑与前刀面接触不紧密，形成点接触，摩擦系数小，不会产生积屑瘤。中等切削速度时，当切削温度达到300度左右，切屑底层金属塑性增加，切屑与前刀面接触面增大，摩擦系数增大，最易产生切屑瘤。当切削速度很快时，切削温度很高，切屑底层金属变软，摩擦系数明显下降，积屑瘤也不会产生。

3.2加工硬化

3.2.1加工硬化的形成

在车修过程中，刀刃不可能是绝对锋利的，总有刃口圆弧存在，车修时，螺纹表面总有一层痕薄的金属不易车掉，而被刃口圆弧挤向以车修螺纹表面，使螺纹表层金属发生剧烈的弹性变形和塑性变形。一方面，已经车修的表面产生弹性复原；另一方面，这一部分金属与车刀后面发生强烈的摩擦，经过挤压变形后使已车修螺纹表面硬度提高，这就是加工硬化现象。

3.2.2加工硬化对螺纹车修的影响

在螺纹车修过程中，加工硬化会使下道车修工序难以进行，刀具磨损加快。因此，应尽量减少加工硬化的程度。在实际车修过程中，车刀刀刃锋利，可使已加工表面的变形减少。因此车修时，应尽量保持车刀刃口锋利。

4提高钻杆螺纹车修质量的方法

4.1选择合适的车修速度。在钻杆螺纹车修过程中，选择合适的车修速度，可以抑制积屑瘤的产生，从而保证车修质量。

4.2及时更换刀具。车刀磨损后，会增加切削力和切削变形，使车修过程不稳，从而影响螺纹车修质量。如果刀具严重磨损，磨钝的刀刃还会在车修螺纹表面上挤压出亮斑或亮点，使螺纹表面粗糙度增大，这时应急时更换成型刀具。

4.3减小震动。螺纹车修时产生震动会使螺纹表面出现周期性的横向或纵向振纹。防止和消除振纹可从以下几个方面着手：车床方面，调整车床主轴间隙，提高轴承精度；调整滑板镶条，使之移动平稳轻便；刀具方面，合理选择成型刀具的几何参数，保持刀

刃光洁锋利，增加刀具的安装刚性；钻杆方面，增加钻杆的装夹刚性，装夹时，钻杆螺纹部位不易悬伸太长；切削用量方面，选择较小的切削用量，改变或降低切削速度。

以上方法仅是从螺纹车修过程中控制螺纹车修质量，当然，螺纹车修后的质量检验也是促进螺纹车修质量提高的手段。