电火花电解复合加工工作液的配制及对割缝效果的研究

摘要

割缝筛管是石油开采行业中常用的设备，针对目前电火花电解复合加工(EDM/ECM)割缝筛管使用的油基工作液所存在的安全性差、成本高、工件表面状态不理想以及纯水基工作液加工效率低等现象，本文采用正交试验方法设计并配制了一系列的工作液，以厚度为6mm的Q235为切割对象，在自制的EDM/ECM设备上研究了自制工作液对EDM/ECM复合加工的加工效率、割缝宽度及表面粗糙度的影响，将加工工艺参数进行正交优化，并与机油的加工效果进行了对比。 以纯净水、机油、乳化剂为基础原料，添加一定的爆破剂松香和少量的防锈剂，配制一种水包油型乳化液，研究结果表明：在复配乳化剂的亲水亲油平衡值(HLB值)为8，在温度为55℃的条件下，水、油及乳化剂的比例为4∶1.5∶1，可以获得均一稳定的乳化液，在电参数不变的情况下，加入30g松香，可以在提高加工效率的同时保证一定的割缝宽度及表面粗糙度，与机油加工相比，安全性提高。 在加工参数不变的条件下，为了进一步改善割缝加工的效果，以纯净水、NaCl、NaNO3、聚乙烯醇(PVA)和自制乳化液等为原料配制了一种安全性较好的水基EDM/ECM复合加工工作液。研究结果表明，工作液中的含盐量和添加剂聚乙烯醇(PVA)对复合加工的工作效率影响较大，乳化液因可显著改善复合工作液的表面张力，对加工的表面质量影响较大，三者之中对复合加工效率影响程度由主到次的顺序依次为：含盐量、乳化液含量和PVA含量；当添加1%的聚乙烯醇、50%的自制乳化液(稀释后)和0.022%的NaCl和NaNO3时，割缝综合效果最佳。将所研制的水基工作液与传统机油工作液的加工对比发现，水基工作液可使加工效率提高7%，割缝表面粗糙度降低23.45%，但割缝宽度却增加了11%。 以加工效率和割缝宽度为割缝的评价指标对自制水基工作液EDM/ECM加工工艺参数进行正交优化。结果表明：增加脉冲宽度和电流值，会增大加工效率，但缝宽也相应增加，脉冲间隙及电极盘转速的调整会改善放电间隙状态，使加工可以稳定进行。在本试验条件下，其最佳的工艺参数组合为：脉冲宽度为48μs、脉冲间隙30μs、电极盘转速375r/min、电流值为50A。在最优的工艺参数下，相对于机油加工而言，加工效率提高2.2%，缝宽增加了8%，表面粗糙度降低了10.7%。 本论文的研究成果，对电火花电解复合加工工作液的研究具有一定的参考价值，所配制的工作液具有很高的经济实用性，确保了加工过程的安全性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 电火花加工及其工作液的研究现状

1.2.1 电火花加工的基本原理

1.2.2 电火花加工工作液的要求及研究现状

1.3 电解加工及其工作液研究现状

1.3.1 电解加工的基本原理及特点

1.3.2 电解加工工作液的要求及研究现状

1.4 电火花电解复合加工及其工作液的研究现状

1.4.1 电火花电解复合加工基本原理

1.4.2 复合加工工艺特点及工作液的研究现状

1.5 本课题的主要研究内容

第二章 试验设备、材料与试验方法

2.1 试验设备

2.1.1 机床主体

2.1.2 工具电极

2.2 试验材料

2.2.1 试验钢材

2.2.2 工作液配方原料

2.3 试验过程与方法

2.4 试验结果评价方法

2.4.1 工作液稳定性评价方法

2.4.2 割缝效果评价方法

第三章 水包油型乳化液的制备与性能研究

3.1 水包油型乳化液的主要成分

3.2 乳化剂选择及HLB值的确定

3.3 正交试验的设计与分析

3.4 乳化液的加工试验分析

3.5 水包油型乳化液与机油的割缝效果对比

3.6 小结

第四章 水基工作液的制备与加工性能研究

4.1 复合加工基础工作液的设计及性能研究

4.2 聚乙烯醇1750±50添加剂对基础工作液加工性能的影响

4.2.1 聚乙烯醇1750±50的性质

4.2.2 聚乙烯醇（PVA）对复合加工效果的影响

4.3乳化液含量对复合工作液加工性能的影响

4.3.1 乳化液的性质

4.3.2 乳化液含量对复合加工效果的影响

4.4 盐浓度对复合工作液加工性能的影响

4.5 水基复合加工工作液配方的正交优化

4.6 水基复合加工工作液与机油割缝效果的对比

4.7 小结

第五章 水基工作液复合加工参数的优化

5.1 脉冲间隙对复合加工割缝的影响

5.2 脉冲宽度对复合加工割缝的影响

5.3 电极盘转速对复合加工割缝的影响

5.4 电流值对复合加工割缝的影响

5.5 最优参数的确定

5.5.1 以加工效率与缝宽为评价指标的正交试验设计与结果

5.5.2 综合最优参数的确定

5.5.3 机油与水基工作液最优参数下割缝效果对比

5.6 小结

结论

参考文献

致谢