API螺紋加工技術（shù）研究
2018-6-19 來源：中國航發沈陽黎明航空發動機有限責任公司 作者：史韻琦 楊琢 何恩緒 朱穎（yǐng）
摘要 ：本文主（zhǔ）要介紹了軸類薄（báo）壁零件 API 螺紋加工的全過程，闡述了 API 螺紋的特點，加工過程中遇到的問題（tí）及解決方法、振刀（dāo）具紋的控製及不完整螺紋的首扣加工進行了（le）分析和闡述。
關鍵詞 ：錐螺紋 ；螺距誤差 ；銑首扣
0、引言
API 螺紋是美國石油協會（huì）認可的石（shí）油專用螺紋，執行API Spec-7標準，API 螺紋係列在井內鑽住結構件和井下工具得到越來越廣泛的應用 ；尤其是連接鑽柱結構件的 API 係列鑽具接（jiē）頭螺紋，更是起著不可或缺（quē）的作用。因此熟悉和掌握 API 係（xì）列的相關技術規（guī）範（fàn）和設計（jì）要求，采用合理的加工（gōng）參數及檢測（cè）方法控製 API 石油管螺紋的質量，是公司開展石油鑽探行業不可或缺的。
API 螺紋為錐（zhuī）度螺紋，其牙型有偏梯形牙型、三角形，螺紋直徑大，零件壁（bì）薄，加工（gōng）時剛性差，加工時需要控製API 螺紋的錐度誤差、螺（luó）距誤差、牙（yá）型（xíng）誤差及振刀紋的產生（shēng），螺紋的檢（jiǎn）測也不同於（yú）一般螺紋，需要（yào）專用（yòng）的 API 螺紋工作量規。
1、研究目標
1.1 API 螺紋的設計要求（qiú）
API 螺紋執行 API Spec-7標準，旋轉台肩式連接，是石（shí）油鑽探行業（yè）連接鑽（zuàn）住結（jié）構件最主要的（de）機械結（jié）構。這種帶錐螺紋具有（yǒu）通過軸向位移來補償連接部分直徑誤差的特點，因此互換性程度高、結合緊密並（bìng）且（qiě）裝拆容易。由於旋轉台肩式連接在工作中承受高扭矩，故采用螺紋塗料來防止螺紋擦傷和旋轉過緊問題。
2、API 螺紋錐度誤差、螺距誤（wù）差、牙型誤差的控（kòng）製
API 螺紋的錐度、螺距、牙型是重要（yào）的參數，精（jīng）度要求較高，對（duì）螺紋連接性（xìng）能有較大影響。
2.1 API 螺紋錐（zhuī）度誤差的（de）控製（zhì）
API 螺紋零件的加時，當（dāng）錐度的錐度（dù）3/8TPF 時，3/8TPF解釋為 ：每英寸3/8英（yīng）寸 ；對應的角（jiǎo）度為0.8952°，加工（gōng）螺紋程度必須沿著0.8952°的角度（dù）進行加工，通過角度換算零件的 X 與 Z 值的比例關係是1:64 ；車加工螺紋 X 方（fāng）向上刀0.01mm 時，Z 向方向進0.64mm，因此該螺紋的錐度（dù）為螺紋（wén）的加工帶來極大的難度。API 螺紋椎體一般分為粗車及（jí）精車兩（liǎng）個（gè）步驟加工，API螺紋（wén）內、外椎體粗車後，單邊留車量（liàng）0.2mm~0.3mm，以保證精車 API 螺紋牙型的完整（zhěng）性。
2.2 API 螺紋緊密（mì）距誤差的控製
螺距公差，API 螺紋刀製造公差是造成 API 螺紋連接密封性能的最主要因素。螺距公差在 API 螺紋連接時的累積緊密距，在間（jiān）隙值中所占比例最大，達到50%，因此螺距誤差是影（yǐng）響 API 螺紋緊密性（xìng）能的主要因素。在數控車床上加工（gōng） API 螺紋都是工件旋轉，螺紋車刀沿工件軸線按所要（yào）求的螺距參數等量平移，工件的螺（luó）距（jù）精度主要（yào）靠車床相關部件的運動精度來保證。雖然 API 螺紋零件的螺距誤差接近或超過累積螺距公差狀態的情況（kuàng）極少，但一旦出現，對成批（pī）零件密封性能的影響（xiǎng）是（shì）致命（mìng）的。為了減小工件的螺距誤差，保證 API 螺紋連接密封性能，應（yīng）采取以下控製措施 ：
（1）定（dìng）期檢查機床（chuáng），消除和減小機床的主軸回轉誤差、導軌（guǐ）導向（xiàng）誤差和傳動誤差等，以提高（gāo） API 螺紋加工時的螺距精度。
（2）刀具杆的選擇，一般 API 螺紋的刀具都有對應（yīng）的刀片及刀杆號，但（dàn）由於 API 螺紋（wén）車加（jiā）工（gōng）中產生（shēng）應力很大，在選擇刀杆的過程中，要盡（jìn）量選擇直徑粗的刀杆（gǎn），增加刀具（jù）的剛性，減少刀具振動造成螺紋的振紋（wén）。
（3）振刀紋的消除，API 螺紋的加工中，振刀紋是影響螺紋加（jiā）工最關鍵最（zuì）難解決的問題，刀杆的裝夾必須先拉直，再根據程序中 Z 值（zhí）盡量讓刀杆少探出，減（jiǎn）小刀具的振動，避免振刀紋的產生；再通過增加零件的剛（gāng）性，減少零件的振動，避免（miǎn）振刀紋產生。
2.3 API 螺紋（wén）牙型誤差的控製
API 螺紋是（shì）一種特殊的連接，螺紋的牙型對油（yóu）管螺紋的連接的密封性能產生重大影響。雖然國際及 API 標準規定的牙（yá）型誤（wù）差隻有（yǒu）兩項（牙型高度公差和牙型角公差），而且從表麵上看這（zhè）兩項公差值都較大，但實際上 API 螺紋加工時因（yīn）工件裝夾、刀具的問題、走刀方（fāng）式、上刀量而引起的牙型形狀誤差及（jí）橫截麵圓度誤差都應包含在內。為了減小 API 螺紋的牙型誤差，還應采取一下措（cuò）施 :
（1）API 螺紋椎體車好後，先用（yòng）普通螺紋車刀粗車，以（yǐ）減輕（qīng）車螺紋時載（zǎi）荷，保證螺紋牙型正確。
（2）API 螺紋粗車後，再利用螺（luó）紋車刀精車，精車走刀3次以上，API 螺紋的牙頂，牙側及牙底必須精車，以保證（zhèng）牙型的完整正確。
（3）為了（le）保證螺紋車刀在加工中有效的控製牙型，加工（gōng）時注（zhù）意觀察刀具的磨損情況，及時更換刀片。
3、API 螺紋的工（gōng）藝性分析
API 螺紋直徑（jìng）大（dà），其螺紋（wén）牙型為梯形錐度螺紋且螺距大，零件內部是內孔加（jiā）工時零件壁薄，剛性差容易出現（xiàn）振刀現象。從零件圖中我們知道 API 螺紋的錐（zhuī）度起於一點，而這一（yī）點在加工中不易測量，難以控（kòng）製（zhì），另外，從牙型放大圖中我們可以（yǐ）看出螺（luó）紋尺寸要求嚴，這些因素勢必給 API 螺（luó）紋加工帶來困難（nán）。
4、API 螺紋的加工
4.1 API 螺紋小徑的（de）加工前，必須將螺紋的小徑車加工
到尺寸，且螺紋的小徑的錐度也是3/8，這就（jiù）要求車加工徑向值的公差範圍隻有0mm~0.1mm。
4.2 API 螺紋的加工 ：API 螺紋都有對應加工的刀杆號與刀片號，加工螺紋前螺紋（wén）刀杆必須（xū）拉（lā）直，加工螺紋的刀杆要盡量選擇粗的刀杆，刀杆越粗（cū）刀（dāo）具的剛性越好，越能減少振刀紋的產生 ；API 螺紋（wén）加工方法是先用專用車（chē）道粗車去除餘量，再用專用車刀精車。這種加工方（fāng）法的優點是：（1）粗車時，車刀可以采用較（jiào）大的前（qián）角後角，切削輕快，可（kě）減少工件的擠壓變形 ；（2）在程序（xù）中我們（men）使用跳步功能，這樣在螺紋加工時能先去掉牙型角的大部分餘量，精車螺紋（wén）時減輕切削（xuē）載荷。
4.3 API 螺紋加工的夾具
合理（lǐ）裝夾及提高工件的剛度，API 螺紋（wén）零件一般是（shì）空心薄（báo）壁件，安裝時（shí）我們采用專用卡爪，卡爪材料為45# 鋼，硬度28-35HRC，而（ér）且工件被夾持部位圓柱度應控製在0.03mm，卡（kǎ）爪夾（jiá）持部位定期修切（qiē），使之與工件接觸良好，從而使夾緊力均勻，減少工件的加緊變形 ；當工件懸伸較長時或剛度較低時，采用中心（xīn）架做輔助支撐，中心架靠近螺紋，以便（biàn）增加零件的輔（fǔ）助剛性。
5、API 螺紋首扣的銑加（jiā）工
根據 S-272632規定，API 螺紋（wén）首扣需要進行加工，從工藝（yì）上我們考慮由於 API 螺紋尺寸較大用鉗工打磨難以保證API 螺紋的錐度，影響 API 螺紋的密（mì）封性。基於以（yǐ）上考慮我們新開發了數（shù）控車床動（dòng）力（lì）頭（tóu），在數控臥車上精零件進行銑加工，數控車床上加工完螺紋後，不（bú）能卸下（xià）零件，在保證與車螺紋相同狀態下，通過程序 G28 C0，來確定螺紋的起（qǐ）始0度，通過動力頭直接進行螺紋首扣的加工，保證 API 螺紋的加工精度和（hé）質量。使用動（dòng）力頭銑加（jiā）工螺（luó）紋，對（duì）刀 Z 值最好與車加工的 Z 值一致，在零件每旋轉一周，動力頭的 Z 值必須走一個（gè）螺距，用以保證銑刀銑削（xuē）加工沿著螺紋的旋向（xiàng）進行，我們從刀具（jù）使用開始（shǐ），程序原點，對刀點，對刀方式每一（yī）步認真（zhēn）考慮，計算。銑螺紋首扣的過程，是兩軸聯動的過程，在試件加工中，便加工邊調整 Z 值，Z 值調整後，一定不能改動（dòng）。
6、 結論
API 螺紋加工目前國內加（jiā）工較少，API 螺紋加工是一項係統工程，從操作者到機床設備，到刀具夾具的使用，每一個環節都至關重要，每一個環節出現問題（tí），都會影（yǐng）響到 API螺紋的螺紋連接的密封（fēng）性能。因（yīn）此，需要人人重視（shì）螺紋加（jiā）工過（guò）程，從而（ér）使 API 螺紋的質量得到有效控製（zhì）與保證。
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