浅析无枪身弹架加工工艺范文

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摘要：通过合理设计工装夹具及刀具，运用激光切割加工等工艺手段，摸索出一种螺旋形状的细长不锈钢零件加工方法。

关键词：激光切割；定位；切屑量

引言

无枪身弹架是无枪身射孔器的重要零件，广泛应用于油田的过油管的射孔作业中，它的加工精度决定着在每米油层中射孔的数量和准确方位。无枪身弹架材料为不锈钢，长1.8～3.3m，宽35mm，壁厚4mm，成螺旋形状，在螺旋形状的对称中心，有规则排列的螺纹孔，螺旋形状的细长零件加工一直是加工行业的一个技术难点。下面通过对无枪身弹架加工工艺流程的具体分析来探讨此类零件的加工技术（图1）。

1工艺分析

1.1加工难点

（1）工件采用1Cr18Ni9Ti不锈钢管，弹架上的螺纹孔形位公差要求严格，孔的位置度公差0.1mm，长度方向直线度要求小于1mm/m，需采用专门的激光切割方法。（2）弹架上的射孔弹固定螺纹孔要求成45°沿螺旋线均匀分布，其相对于两边的对称度小于0.2mm。工件加工时装夹定位基准选择困难，需设计专用工装。（3）对不锈钢进行加工，加工硬化现象很突出，可达基体硬度的1.4～2.2倍，断屑困难，刀具易磨损，所以对刀具的要求较高。（4）表面美观度要求，需特殊表面应经抛光处理。

1.2主要加工方法

依据对零件本身特点的工艺分析，初步确定如下加工流程：毛坯管材→精轧→激光切割→去金属熔渣→较直→钻螺纹底孔→去底孔毛刺→攻螺纹→去螺纹边毛刺→氩弧焊→抛光→较直→检验入库。

1.3具体内容

1.3.1激光切割加工根据无枪身弹架的螺旋结构，选用精轧完的Φ54mm的不锈钢管作为作为坯料，用激光切割机床进行切割，一根钢管用激光切割完后，形成4根弹架，材料利用率高。

1.3.2切屑参数的选择切割时，为减少切割时产生的高温对细长的弹架产生变形的影响，应选用合适的切屑参数，改善切割条件。首先应用直径为1mm的小型喷嘴，用较小的能量，其次用辅助气体氮气进行冷却，让热量及时扩散。相关参数如下：切割辅助气体为氮气，压力0.3MPa；激光模式为连续波，激光焦点-3mm；割嘴相对材料位置1mm；，功率1100W。

1.3.3切割夹具的设计把钢管切割成弹架的同时，4根弹架已逐渐分离，用于加工的钢管已切割处和未切割处的直径尺寸变动很大，随着切割过程中钢管的旋转，切割随动感应头也随着上下巨烈抖动，产生切割不透和毛边较大的缺陷。根据激光感应头的切割和加工弹架管尺寸的大小可设计一组可调节的三角形支撑夹具，它由万向节球座、支架、底座、调节螺杆、弹簧等组成，弹架管依靠万向节球座定位并旋转，滚动摩擦力很小，通过调整调节螺钉的长短，来调整弹架管的回转中心高度，而顶部的螺杆依靠弹簧力压在弹架管上，进行预夹紧，防止感应头的抖动（图2）。

1.3.4切割程序的编制在切割工艺上，采用分断间隔螺旋切割的方法：先沿轴向螺旋切割完一小段螺旋线，然后切割在此线旁的2个螺纹底孔，旋转90°后，再螺旋切割完一小段螺旋线和2个螺纹底孔，重复2次，弹架轴向移动到下一段进行切割，两段之间间隔1mm，防止弹架管切割完后过度开裂变形。切割程序的编制主要是采用了微切、功率控制、螺旋阵列等方式。其优点是弹架切割变形较小，即使进行3m长的弹架切割时，切屑效率仍然较高。

1.4钻孔、攻螺纹

1.4.1夹紧工装的选择设计从弹架结构上分析，螺纹孔距和旋向之间都有具体尺寸和角度要求。需设计专用夹具，而夹具的设计又是保证零件加工精度的关键。对夹具的设计拟采用2种方案：方案1采用弹架外圆面定位方（图3）；方案2采用弹架内圆面定位方式（图4）。方案1：将弹架放置于半圆形槽中，因弹架外圆尺寸和槽内径相同，故弹架在Y和Z方向的移动和转动4个自由度被限制，定位销位于螺旋弹架的两端，限制其在X方向的自由度。这种工件的定位是稳定的，但由于前序激光切割时弹架的热变形大，并且变形不规则，使定位销和弹架的定位间隙发生变化，容易把弹架夹死，造成在弹架螺纹孔的连续加工中送料困难，工作效率较低。用内定位方式进行钻孔时，因弹架的内表面成凹形，钻头向下进行钻削的过程中，钻头的外刃最先切削上弹架，此时钻头没有定心，在间隙切削力的作用下左右摆动，螺纹底孔形状位置度差，螺纹孔极易发生偏斜，装配螺杆旋入困难（表1）。方案2：将弹架套在圆管外，因弹架内圆尺寸和圆管外径相同，故弹架在Y和Z方向的移动和转动4个自由度被限制，定位销位于螺旋弹架的一端，限制其在X方向的移动和转动自由度，紧定螺钉用于精确定位。采用这种方法因弹架套在圆管外，对激光切割完后的弹架起较直作用，可在一定程度上消除热变形，定位可靠合理。用外定位方式进行钻孔时，钻头向下进行钻削的过程中，钻头的中心横刃最先在弹架上切削，此时钻头定心好，切削力稳定，螺纹底孔形状位置度好，螺纹孔不易发生偏斜，装配螺杆旋入容易（表2）。通过对2种方案的测量结果对比，从加工质量考虑，弹架内圆定位方式优于外圆定位方式。选择了方案2比较合理。

1.4.2夹具工作过程将弹架套在定位杆上，利用定位销1和紧定螺钉对弹架进行预定位，预定位完成后，定位销2动作，进行精确定位，气动夹紧装置马上夹紧，攻丝机开始进给，攻丝完成后，定位销2抬起，立即松夹。弹架沿轴向旋转送料，进给一个孔距，然后定位，重复以上动作，直到弹架上的螺纹孔加工完毕。

1.4.3不锈钢刀具的结构及切削参数不锈钢弹架管外圆成圆弧形，钻削时易钻头易摩损、折断，孔表面粗糙，有时出现深沟而无法消除；孔径过大；孔形不圆或一边倾斜等现象。在操作时应注意以下问题。钻头必须装正，保持钻头锋利，用钝应及时修磨，及时观察切屑排出情况，若发现切屑杂乱卷绕立即退刀检查，以防止切屑堵塞。因钻底孔时精度要求不是很高，因此可采用较大的切屑参数，转速n=105r/min，进给量f=0.56mm/r均可。攻不锈钢螺纹时，为防止螺纹表面不光、切削力大、崩齿或“咬死”现象，应采用材料为W2Mo9Cr4Co8的丝锥。其主要参数如下：主偏角kr=5°；3个容屑槽，容屑槽方向β＝10°，前角γp＝15°，后角αo＝10°。

2结论

采用以上的工艺方法，对2km无枪身弹架进行加工，根据结果可得出如下结论：①用1000W的激光能量进行螺旋线的分段切割，细长的不锈钢弹架变形小；②激光切割效率高，加工效率可达5m/h；③钻孔工装定位可靠，螺纹孔相对轴线的位置度符合使用要求；④钻具的刃磨角度合理，寿命高；⑤加工质量稳定可靠，合格率100%；⑥工艺方法科学、合理、实用，可在同类产品加工中推广。

作者：熊健 单位：大庆油田射孔器材有限公司