论文：复合刀具在石油管螺纹加工中的应用

复合刀具在石油管螺纹加工中的应用摘要石油行业是大量使用油、套管及钻杆的行业，它们是油田生产过程中重要的消耗物质，在石油工业中占有很重要的地位。

各类石油管不属于一般的冶金产品，而是在无缝管的基础上经过深加工（主要以机加工为主）的特殊冶金产品，实际上属于机械产品范畴，对制成品的圆度、直线度、螺纹参数、密封性能和结构完整性都有很严格的要求。

在石油管螺纹加工方面，目前国内少数企业如宝钢等，已经开始少量将复合刀具应用于石油管螺纹加工，并在此领域不断进行工艺的改进。

我厂是一家专业从事石油专用油、套管制造的现代化企业，在多年的油、套管生产过程中，生产工艺不断改进，并也逐渐总结出将复合刀具应用于石油管螺纹加工制造的生产经验。

关键词复合刀具石油管螺纹加工1、引言近些年来，为了适应制造技术所面临的产品日益多样化、更高的生产效率等多种要求，相继出现了许多新的加工技术。

随着数控车床已广泛应用于油田的石油管螺纹加工，在此情况下，通过进一步提高切削机床来提高生产率的潜力已十分有限。

提高生产率另一种办法就是尽可能减少辅助时间，其中一个已被证实了很有效的做法就是用多功能的复合刀具取代功能单一的标准刀具，通过复合刀具的应用，避免了因车床刀架转动带来的重复定位精度低和变化的问题，进而提高了产品加工质量，同时使刀架故障率得以消除。

我厂通过不断的实践摸索，研制出多型配套的新型石油管螺纹专用复合刀具，使加工过程中的切削时间显著减少，有效提高了生产效率，这是采用了新型加工技术所取得的效果。

2、复合刀具的特点（1）复合刀具将对传统石油管螺纹加工产生巨大的冲击效应在石油管螺纹加工方面，尽管国内的厂家大都采用了先进数控机床和FANUC 核心操作系统等先进软件，但这并不代表国内的厂家在生产效率方面已经同步达到了国际水平，实际上，刀具和切削技术落后是我们机械制造业劳动生率低下的重要原因之一。

市场经济不断地推进，现代企业在高产值和低成本的追求过程中，体现在金属切削刀具领域，成本已不再是简单的购买刀具的费用，采用什么样的刀具会影响到产品工艺、机床的选型和配置、生产效率、产品质量等，因而受到越来越多的重视。

企业内部的成本核算不断推进了生产过程的专业化服务，因此，对一般机械加工企业来说，刀具的配置，已不再单纯是如何选、如何用，而是在如何设计与制造上。

刀具的结构创新是提高切削效率的有效手段，这一点在石油管螺纹加工行业变革之前，在汽车零配件加工等先进企业就已经实施采用。

例如汽车复合孔加工刀具一次走刀就能完成钻、镗孔和端面倒角等多项任务，而在汽车曲轴加工方面，新工艺中采用的曲轴高速铣刀，一次走刀就可完成七个主轴颈的加工。

在目前石油管螺纹加工行业，复合刀具的使用和推广仍处于初始阶段，在刀具材料和涂层技术以及数控机床水平难于再近一步快速提高的情况下，注重刀具的结构创新往往是提高切削效率的更有效和更可行的手段。

采用刀具结构创新在内的各种手段实现高效加工，是切削理念的又一次进步。

我厂作为一家专业从事石油专用油、套管制造的现代化企业，在多年的油、套管生产过程中，生产工艺不断改进，尤其在近几年石油管螺纹加工方面，不断推陈出新，设计出多型石油管螺纹复合刀具，进而极大的提高了加工效率和加工水平。

（2）复合刀具减少了辅助时间近几年来，我厂先后在复合刀具的研究和实用方面取得过三次较大的技术进步，其中有两项已成功申报为国家专利。

这些技术进步和使用新型的研发使用过程中，无论其在刀具结构上的改进如何，其重要思想都为减少辅助时间。

例如我厂在购进QK1319F车床时，改变了以往四工位电动刀架的配置，转而根据我厂实际的加工需要，改配成双刀架，改变了以往四工位电动刀架同时装四把刀具，由系统控制任一把刀在规定时刻转位到工作位置的方法，这种并不太复杂的改变，却极大地适应了生产的要求，使其更适用于加工各类内外公制螺纹、圆柱管螺纹、圆锥螺纹，更满足于油田行业各类螺纹类工件的加工，并显著提高了生产效率。

同样，在油套管接箍螺纹的加工过程中，我们根据上述的成功经验，同样化繁为简，又先后设计制造出两种型号的复合刀具及其衔生类型，改变了以往电动刀架上装好几把刀的局面，实现了只用一把刀就完成整个石油管螺纹的加工过程。

以加工石油管螺纹接箍的复合刀具为例，该刀具刀尖部分完成接箍外圆端面、倒角加工，然后复合刀具镗孔部分完成镗孔、坡口、内倒角工序，之后自动甩出前道工序镗孔过程中产生的大量铁屑，保证最后两道工序螺纹车削和去毛刺的顺利进行。

整个加工过程在机床正转的方式下完成，参与切削的刃部通过高速的主轴旋转，实现表面粗糙度与设计规定的要求，一把刀具即可实现整个加工过程，并确保实现高精度、高稳定性的加工。

（3）复合刀具减少了刀具重调和机床刀台旋转所带来的误差我们从设计和使用复合刀具的开始阶段，就将改变刀具重调和机床刀台旋转的问题放在了待解决问题的重要方面。

首先是改变刀具重调，我们借鉴当今比较成熟的可转位刀具方案，采用将预先加工好并带有若干个切削刃的多边形刀片，用机械夹固的方法夹紧在刀体上，当一个切削刃磨钝了后，只要将刀片的夹紧松开，转位或更换刀片，使新的切削刃进入工作位置，再经夹紧就可以继续使用，减少了刀具重调带来的加工精度误差。

在以往的石油管螺纹加工过程中，把整个加工过程分解为很多工序并采用旋转刀架和多把刀具的加工工艺方法，以加工油、套管接箍为例，加工工艺由平端面、镗内孔、螺纹车削、去毛刺四个加工工序完成，加工一件产品需要机床转动四次刀位，这样除增加加工时间外，其存在的必然问题就是：（1）、刀台的不断旋转影响到机床的重复定位精度，进而影响到加工质量的稳定性；（2）、设备刀台故障率增加，容易出现问题。

我厂自行设计的石油管螺纹复合刀具，具备多刀合一的优秀品质，实现了一刀多用。

我们采用固定式的安装方式，不仅省去了耗时的刀架旋转换刀时间，更完全避免了传统方式需要电动刀架不断旋转换刀的加工方式，从而也避免了刀台旋转为带来的加工误差。

因而，复合刀具的加工稳定性极好，提高了生产可靠性，采用了这种刀具，工件加工精度可达到h7级以上。

3、复合刀具在石油管螺纹加工中的适用范围我厂自采用石油管螺纹复合刀具以来，至今已有近两年的时间，通过近两年来的生产过程来看，复合刀具的存在有效地促进了生产工艺的改进和加工质量的提高。

我厂生产的各类油、套管、短节及配套接箍，主要用于油田开发过程中，实施采油、压裂、酸化、注水、注气、修井等多种作业用途，产品覆盖φ48.3-φ177.8mm多种规格，而石油管螺纹复合刀具的应用，对于加工效率和加工质量的提高效果则显而易见，我们认为，复合刀具可以广泛应用于石油管螺纹加工的行业范围，具有良好的推广价值。

复合刀具的应用告别了数控车床电动刀架的时代，不再使用刀台转动的方式来回换刀，避免了电动刀架带给机床加工的精度问题，也节省了此方面的维修时间和资金；由于复合刀具可以进行高速切削、减少换刀次数及减少由于刀具磨损而造成的尺寸误差，在数控机床上应用具有更明显优势，可大大提高生产效率和产品质量；复合刀具广泛采用涂层刀块配置，其优良的耐磨性不仅延长了刀具的切削寿命，而且还减少了加工中的换刀次数，从而保证切削工件时的小误差和高精度，尤其适用于数控机床进行连续加工，可减少对刀误差和因磨损引起的不可预测的误差，简化刀具误差补偿。

经过实际生产使用，复合刀具已在我厂的石油管螺纹加工方面获得全面推广使用，这种一刀多用的复合刀具为发挥数控加工机床的优势起到了重要的作用，成为提高生产效率和产品质量、降低制造成本的重要方式。

4、复合刀具的设计为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求，我们广泛结合当今刀具发展的最新成果和成熟技术，将其大量应用在石油管螺纹复合刀具的设计上。

刀体结构上，我们将机夹式可转位刀具的优点，应用于复合刀具的设计之中。

其特点是：刀片转位后的切削刃在刀体上位置不变，并具有相同的几何参数。

切削刃空间位置相对刀体固定不变，节省了换刀、对刀等所需的辅助时间，提高了机床的利用率和工效。

在刀块选用上，涂层刀块有效地解决了刀具材料的硬度和耐磨性愈高而强度和韧性愈低的矛盾，涂层作为一个化学屏障和热屏障，减少了刀具与工件间的扩散和化学反应，从而减少了月牙洼磨损。

涂层刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化、摩擦因数小和热导率低等特性，因而也被我们广泛应用于石油管螺纹复合刀具的设计上。

复合刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接刀柄或专用刀柄。

刀柄要联接刀具并装在机床动力头上，可参照逐渐标准化和系列化的机夹可转位刀具。

石油管螺纹复合刀具与普通刀具相比，有许多不同的要求，因而在设计上要注意以下特点：（1）必须认真考虑其多种刀具的合理组合方式，是否会带来加工上的不便；（2）刚性好（尤其是粗加工部分），精度高，抗振及热变形小，切削性能稳定、可靠，其整体性能要优于普通刀具；（3）复合刀具因其刀具集合的特点，因而在体积上较普通刀具要大，应设计有合理的空间，能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除；（4）尽量采用常用或标准的刀块类型及安装方式，互换性好，便于快速换刀；（5）系列化，标准化，以利于编程和刀具管理。

5、结论在石油管螺纹的加工过程中，复合刀具的投入使用极大地改变了传统的机械加工工艺及加工方式。

经过科研机构统计，现代加工中刀具费用只占制造成本的3% ～4% ，但它对总制造成本的影响却要大得多。

加工效率提高20%，加工成本可降低15% ，而刀具价格下降20%，加工成本只能降低0.6% ，刀具寿命延长一倍加工成本也只降低 1.5% 。

正是基于这一观点理论，我们加大刀具投入，设计并验证了多种型号的石油管螺纹复合刀具，并成功投入使用，成为提高加工效率和降低生产成本的有效手段，是石油管螺纹加工行业切削理念的一次革新。

它实现了工序集约化，提高了加工效率、降低了加工成本，符合当今机加工行业“三高一专”的发展方向，实现了石油管螺纹加工的高效率（省去数控机床的刀台换刀方式）、高精度（不存在旋转刀架的定位精度问题）、高可靠性（避免设备刀台故障，优良的稳定性）和专用化（为石油管螺纹加工专用）。