单极套管头悬挂器数控加工工艺研究

颜廷超　王文强　李永伟

摘 要：石油套管头是用来固定钻进井的井口，连接井口套管柱，用以支持技术套管和油层套管的重力，密封各層管间的环形空间的一种井口装置。单极套管头悬挂器是在套管头内、用内外螺纹连接套管并悬挂套管柱的机构，它是套管头的重要组成部分，也是重要的承重件。对其的加工精度和质量的标准比一般的构件高。随着数控加工技术的引进，我们将悬挂器放在新进的CAK63285数控车床上进行加工。数控加工具有工序集中、自动化程度高、加工稳定性好等特点。以前套管头悬挂器是在不同的三台普通车床上进行加工。中间环节比较多，包括半成品的搬运与过程检验等。而且对加工人员的技术和人数要求也比较高，所以这样的结果是加工效率很低，加工精度也不能完全保证。为了加快套管头的生产进度，把套管头的悬挂器的精车及螺纹加工工序放在CAK63285数控车床上进行加工。目的是提高悬挂器的生产效率，减轻劳动强度，保证螺纹加工精度。

关键词：套管头；数控加工；加工效率

1.研究的意义

将悬挂器的精车工序放在CAK63285数控车床加工，是为了提升套管头悬挂器的加工效率。

1.1减少人工操作，提高设备的利用率。现在精车一个悬挂器需要操作3台设备才能加工完成。用数控加工的话，可以减少人工操作，用1台设备就可以完成。

1.2保证精度，提高质量。因为数控车床加工稳定性高，批量的加工件误差率小，进而可以保证质量。

1.3提高生产效率。因为数控车床的加工速度快，成品率高，所以效率快。

2.单极套管头悬挂器数控加工工艺研究主要技术难点

2.1中心架的问题

由于悬挂器本身长度长，加工螺纹时，为了增加悬挂器的稳定性必须安装中心架，而数控车床的中心架的触头采用的是轴承式支撑，虽然轴承触头的耐磨性要好，但是刚性太强。在加工的过程中，一旦受力不均会发生突然的断裂，直接影响产品在加工过程中的稳定性，造成质量问题。还有一点就是滚动轴承容易受热变形，中心架支撑的圆心会与悬挂器的圆心发生偏移，造成支撑不稳定的情况，也会影响产品的质量，加工的产品容易产生振纹，造成产品的不合格。在最早的试验过程中就出现过以上问题，而造成的质量问题不易被修复。所以中心架的改造是首先要解决的问题，选用合适的触头会直接影响此次项目的成败。

2.2加工程序的如何编制

悬挂器属于精密性较高的工件，加工过程不仅要保证螺纹的光洁度，还要保证螺纹的紧密性。由于单个悬挂器成本较高，还要保证加工的一次成功率，如果加工的过程中出现异常情况，可及时停止进行调整或修复，将损失降到最低。所以加工过程中，只有选用合适的进刀量和吃刀量才能保证光洁度，只有选用合适的加工方式才能保证发生异常后可顺利的进行调整和加工螺纹的精度。这些都需要大量的试验和经验，才能编好一个最适于悬挂器的加工程序。

3.单极套管头悬挂器数控加工工艺研究的内容

3.1中心架的改造

由于数控车床的中心架的触头采用的是轴承式支撑，在加工的过程中，由于滚动轴承容易受热变形，中心架支撑的圆心会与悬挂器的圆心发生偏移，造成支撑不稳定的情况，所以加工出来的悬挂器时常会发生有振纹，加工出来的产品不合格，而且对振纹修复较难。在中心架改制过程中，我们通过多种材料对比，通过对几种不同材料的性能，韧性、受热变形的情况进行比较，决定采用灰口铸铁，将中心架的支撑改制成铸铁加工的触头式支撑，由于铸铁的吸震效果好，受热时变形小，所以在加工的过程中稳定性好。

3.2单极套管头悬挂器数控加工程序的编制

由于悬挂器工件比较大，而且加工精度要求较高，一次成功率保持在98%以上，所以我们采用多次循环式的加工方法，在加工螺纹时，将进刀量放小，增加进刀次数，利用数控的循环走刀对螺纹进行加工。这样虽然加工程序比较繁琐，但是如果在加工过程中出现异常情况（如刀头断裂，颤纹等）操作者发现后可以及时停止程序，进行相应的调整刀具和设备，调整完成后，可继续沿着上一次的加工路线进行后续的加工，无需从第一个步骤重新开始进行加工。我们通过多次调试，对数控车床的主轴转速从230-300之间进行逐级调试，刀架的进刀量也从0.2-0.5之间进行逐级调试，通过多次的调试，成功编制了悬挂器螺纹及精车加工程序。同时相应的编制了单级套管头悬挂器数控加工工序卡。

4.研究后的效果

在保证单级套管头悬挂器螺纹加工质量符合API标准的同时，还使其精车加工由数控车床完成，减少人力支出，提高产品质量和加工效率。

4.1保证精度，降低劳动强度

在程序调整好的情况下，利用数控车床的加工的稳定性，加工出来的工件精度能够有一定的保障。同时数控车床自动程度较高，可大大降低工人的劳动强度。

4.2提高加工效率

数控加工省去了人工调整进刀和计量加工的时间，利用自动化程序一气呵成。以前加工一个悬挂器需要3个人分不同工序进行加工，一般加工时间在8小时左右，现在用数控工艺只需要一个人，加工时间为1.5小时，较以前提高了5倍多。

4.3提高产品质量

数控车床加工的稳定性高，通过对程序的合理调试，设置合理的加工路线，利用成型刀具，在加工时过程规范，进刀匀称。加工的产品不管是从外观和质量上来看都相对于人加工出来的产品要好。

参考文献：

[1]闻邦椿.机械设计手册.机械工业出版社，2010.9

[2]孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理.北京高等教育出版社，2006.5

[3]朱民. 数控加工中常见问题的处理方法[J].制造技术与机床，2002（02）.

作者简介：

颜廷超（1988.10.21-），男，汉族，重庆大学，材料物理，本科，机械助理工程师。

王文强（1988.8.22-），男，汉族，西安石油大学，石油工程，本科，机械助理工程师。

李永玮（1986.11.2-），男，汉族，辽宁石油化工大学，过程装备与控制工程，本科，机械助理工程师。