带压开孔切屑分析可有效促进刀具改进

在管道进行带压开孔作业中，带压开孔机钻杆转速、切削进给量以及刀具刀齿切削密度是影响带压开孔作业的三大要素。带压开孔刀具新材料的使用，一定要在相同的转速以及进给量的前提下来衡量带压开孔刀具的切削效果。在带压开孔的刀具测量实验中，可采用非密封式测验，用以开放式近距观察切削状况。可使用微距相机对切削的过程进行拍摄以便形成视频资料来进行比较，挑选出适合解决方案和开孔刀具型构。

在切削的实验测试中，管道的不同材质有不同的切屑形成过程。带压开孔刀在管道表面划过后，有的切屑形成螺卷状，但距离短，到一定长度时自行折断；有的切屑折断成C形、6字形；有的碎成针状或小片，在带压开孔机底座内的空间飞溅；但没有长切屑围绕于钻头及钻杆形成危险，这是因为圆形的带压开孔刀在管道上切削的行程及切削角度而决定的，最长的切削长度为管道厚度的1.7倍。分析一些不良的排屑状态会改善带压开孔机对管道切削性能，从而整体提高带压开孔机的作业效率。

1.影响带压开机切屑的因素

1.1 管道材料

ISO标准金属材料分为6种不同的类型组，每种类型在可加工性方面都具有独特的特性，金属材料分为6大类：P-钢、M-不锈钢、K-铸铁、N-有色金属、S-耐热合金、H-淬硬钢。其中作为管道材料中，S及H系列很少用到，这里就不再详细讲述。

管道材料的组成以及合金元素、硬度、热处理状态等会影响带压开孔刀在切削管道时的切屑厚度及切屑卷曲度。软钢比硬钢形成切屑厚度较大；硬钢比软钢不易卷曲，且切屑呈蓝色，不易卷曲切屑的厚度薄；但当被切削的管道软钢材料切屑厚度太大时，切屑也不产生卷曲现象。同时管道的通径型号也是一个重要影响因素。

1.2带压开孔刀具切削区几何参数

合理的刀具切削区几何参数是提高管道表面切屑形成的可控性及断屑的可靠性最常用的方法。带压开孔刀具的前角与切屑厚度成反比，也就是说前角的角度越大，其切屑越薄，而且对于不同的被切削管道材料都存在最佳值，按照《先锋管道带压开孔生产规程》中附表六TJXFGD-6.2中所列各项数据进行比对。

带压开孔刀具的主偏角直接影响管道切屑厚度与宽度，主偏角大，则会使带压开孔刀具的刀齿容易断屑，而刀尖的圆弧半径关系到切屑厚度与宽度以及流屑方向，一般来说，带压开孔刀的直径越大，越适宜用大的半径。

而带压开孔刀的刀齿排列应选用奇偶规则。为保证切削管道时管道壁为光滑且无毛刺的平整界面时，应当保持刀齿的奇数性排列；但为了减少管道切削时的震动应当尽量选择偶数性排列。因此，在数量有限的小口径带压开孔刀制作时，震动带来的影响可以忽略不计，从而达到最佳的平面刀削效果。

2.带压开孔进给量

管道的带压开孔切削量影响较大的是进给量、背吃刀量，而带压开孔机的切削速度在常规带压开孔作业中对切屑的形成影响最小。进给量与切屑厚度成正比；背吃刀量与切屑宽度成正比；带压开孔机的切削速度与切屑厚度满足反比理论，即带压开孔机钻杆转速的提高，带动了带压开孔刀的切削速度，而使得切屑范围变窄。为保证良好的切削效果，在高转速的带压开孔刀切削时，应减少进给量，从而减少刀具磨损和良好切削效率。

3.带压开孔机刀切削过程中的冷却润滑状态

在实际的带压开孔作业中，带压开孔刀进行管道表面切削作业时几乎没有条件进行润滑。在自来水、冷却水、循环水等介质管道作业中，水介质可以有效对带压开孔刀进行冷却，刀具在切削管道壁形成的局部高温热量很容易被介质带走，使刀具磨损减少，并且有效断屑范围变宽，特别表现于小进给断屑易卷曲。

而介质为油或气的介质管道在进行切削时，带压开孔刀工作于既无润滑也无冷却条件，在带压开孔刀齿的切削下，应当使切屑形成细小且均匀的颗粒，以达到快速散热和有效排屑。

总之，管道的带压开孔作业中，带压开孔切屑的形成具有一定的规律性，按照不同管道材质、口径来进行带压开孔刀具的细分制作，并且应当结合带压开孔机钻杆转速以及进给量来达到高效快速的带压开孔作业。

参考文献：

1.唐志涛, 刘战强, 艾兴,等. 金属切削加工热弹塑性大变形有限元理论及关键技术研究[J]. 中国机械工程, 2007, 18(6):6.

2. 周泽华. 金属切削原理[M]. 上海科学技术出版社, 1984.

3. 刘小猛. 油气管道开孔筒刀切削性能研究与刀齿结构优化[D]. 中国石油大学(北京).

4. 《先锋管道带压开孔生产规程》