摘要:抽油杆接箍用于有杆抽油泵油井中抽油杆与抽油杆之间的连接。接箍的工作状况比较复杂,在每个往复上下的抽油过程中,抽油杆接箍都要受到拉伸、压缩、弯曲等交变应力的作用和油井内各种介质（酸、碱）的腐蚀。如果抽油杆接箍的内螺纹强度、内螺纹与端面的垂直度、抽油杆接箍的内螺纹与外圆的同轴度不能保证,容易造成抽油杆螺纹松动脱扣,抽油杆接箍偏磨、断裂。因此,采用合适的工艺措施选用合适的丝锥及工夹具,加工出符合要求,具有高强度的抽油杆接箍螺纹就变得非常重要。
关键词:接箍螺纹夹具 设计 机械加工制造
1、试验调研
抽油杆接箍螺纹的加工一般采用车床车削和用钻床丝锥攻制而成,丝锥又分为切削丝锥、半切削半挤压丝锥、全挤压丝锥。不同的丝锥加工出的螺纹强度、金属纤维组织不同。切削丝锥加工出螺纹将螺纹根部的金属纤维切断,表面粗糙度差在使用过程中容易在根部出现微裂纹导致早起失效,从而降低螺纹的强度和抗疲劳性能。半切削半挤压丝锥、全挤压丝锥加工出螺纹是经过冷挤压变形,使挤压螺纹根部附近的晶粒沿变形方向被拉长成纤维状,保证了螺纹根部金属组织的连续性,避免形成显微损伤。另外,经过挤压沿一定深度形成残余应力层,能够提高接箍的疲劳强度。三种丝锥加工时,切削丝锥的扭力最小,全挤压丝锥的扭力最大。分别用三种丝锥加工材料相同、结构尺寸相同的接箍,用两个接头连接在一起,将这三个接箍进行轴向拉伸疲劳试验。在载荷Pmax=6T下试验,切削丝锥加工的接箍在3*10的循环寿命范围内产生疲劳断裂,而半切削半挤压丝锥和全挤压丝锥加工的接箍都超过了3*10未出现疲劳断裂。通过试验,结果表明半切削半挤压丝锥加工的接箍,疲劳寿命比切削丝锥加工的接箍提高至少10倍以上,不亚于全挤压丝锥加工的接箍,半切削半挤压丝锥加工时扭力小,同时丝锥的使用寿命长。
我大队通过试验和油田几个抽油杆接箍加工厂和国内丝锥生产厂的调研,在满足使用性能又节约成本的情况下,综合考虑决定采用半切削半挤压丝锥在Z5163B立式钻床上加工抽油杆接箍。
2、工艺工装设计
在机床上用机用丝锥攻丝时,应注意以下事项:(1)工件螺孔的中心应用与丝锥中心在一条直线上;(2)当丝锥将进入工件上已钻好的底孔时应用手扶住,避免丝锥与工件碰撞;(3)在机床上攻丝时,为了避免丝锥受力过大而折断,最好采用具有保护装置的攻丝工具;(4)在机床上攻丝时,丝锥最好通过工件取出,不要回旋出来,以防止可能损坏已攻好的螺纹,攻制不通孔螺纹时,则可使机床主轴作反方向旋转,倒退出丝锥。
根据以上几点,我们先将三爪自定心卡盘用百分表找正,使其夹持中心与机床主轴回转中心一致,用螺栓固定在工作台上,卡盘与工作台保持一定距离,便于丝锥攻出。其次设计制作了如图1 所示的一个用内四方拨动丝锥的锥柄安装到钻床上带动丝锥转动,从而进行攻丝。
在加工试制过程中,出现了丝锥攻斜、断丝锥现象,造成将近一半产品不合格。通过认真分析,认为发生丝扣攻斜、断丝锥现象的原因主要有两方面;一方面是为了安装丝锥方便,将锥柄内四方加工的比丝锥的外方大,二者之间有间隙,丝锥容易安装不正。另一方面是丝锥如图2顶端为非加工面,在加工开始时锥柄内四方顶部加压丝锥顶部,容易将丝锥压斜。
基于上述情况,设计了一种抽油杆攻丝专用丝锥夹具如图3。
该夹具主要由连接螺钉、拨动套、顶尖、定位台、锥柄等组成。加工时先将锥柄的柄部加工好,同时,为保证顶尖及定位台与锥柄同轴,将机床卡盘卸下,把锥柄装到机床主轴孔内,然后一次车成顶尖及定位台。为了保证定位台与拨动套之间的同轴度,定位台与拨动套之间采用过度配合。定位台与拨动套通过两个螺钉连接在一起。此外,为保证顶尖及拨动套内四方的硬度及耐磨性,对其进行淬火处理,硬度为ＨＲＣ45－52。
3、具体操作方式
先将三爪自定心卡盘用百分表找正,使其夹持中心与机床主轴回转中心一致,同轴度达到0.02—0.03mm,用螺栓固定在工作台上。松开自定心卡盘卡爪,将内孔、外圆已加工好的抽油杆接箍夹紧,把抽油杆攻丝专用丝锥夹具装入立钻主轴内,再将丝锥下部放入抽油杆接箍内孔,使丝锥下部导向部分与抽油杆接箍内孔30度倒角接触,丝锥的上部顶尖孔与抽油杆攻丝专用丝锥夹具的顶尖接触。由于丝锥在加工时,顶着丝锥两端顶尖孔加工,所以,顶尖孔与丝锥切削面为同轴,从而保证丝锥与抽油杆接箍同轴。加压丝锥,启动钻床,丝锥顺利通过,这样就可确保不出现丝锥攻斜、断丝锥现象,保证了产品精度。
4、结语
经实践检验,该专用夹具性能可靠,结构简单,装夹方便,定位精度高,加工效率得到显著提高,合格率达百分之百,较好满足生产需要。
参考文献
[1]董述欣著.机械制图.北京:机械工业出版社,2009.