电火花电解复合加工工作液的制备及其对割缝效果的影响
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电火花电解复合加工工作液的制备及其
对割缝效果的影响
孙永兴袁曲馨袁王引真袁冯涛袁焦震渊中国石油大学渊华东冤机电工程学院袁山东青岛266580冤
摘要院割缝筛管是石油开采行业中常用的防砂设备袁采用电火花电解复合加工方法对割缝筛
管进行加工遥针对目前复合加工使用的油基工作液存在安全性差尧成本高及纯水基工作液存在加
工效率不理想等缺点袁以20号机油尧纯净水尧司班80尧平平加A-20尧蔗糖等为原料研制了一种新型
电火花电解复合加工工作液袁研究了该水包油型工作液对电火花电解复合加工效率尧割缝宽度和
表面粗糙度的影响袁并与机油加工效果进行了对比遥结果表明院复配乳化剂的HLB值为8袁且在温
度为45益条件下袁当水尧油尧乳化剂的比例为3.1颐2颐1.4时袁可获得均一稳定的乳化液曰当电参数不
变时袁加入14g蔗糖尧1gNaNO3和0.25gNaCl可确保高效尧窄缝的加工效果曰与机油加工相比袁加
工效率提高且表面粗糙度值减小袁安全性尧清洁性提高袁但缝宽有所增大遥关键词院电火花电解复合加工曰蔗糖曰加工效率曰割缝宽度
中图分类号院TG662文献标识码院A文章编号院1009原279X渊2018冤04原0030-05
ThePreparationofWorkingFluidforElectro-dischargeandElectrochemical
MachiningandItsInfluenceonSlottingEffectSUNYongxing袁QUXin袁WANGYinzhen袁FENGTao袁JIAOZhen
渊CollegeofMechanicalandElectricalEngineering袁ChinaUniversityofPetroleum(EastChina)袁
Qingdao266580袁China冤
Abstract院Slottedpipeissandcontrolequipmentcommonlyusedinpetroleumindustry袁thispaperpresentsanewmethodofelectro-dischargemachining(EDM)andelectrochemicalmachining(ECM)for
processingofslottedpipe.Foroil-basedfluidscurrentlyusedcompositeprocessing袁poorsafetyand
highcost袁purewater-basedworkingfluidprocessingefficiencyisnotideal袁theNo.20oil袁purewater袁
span80袁peregalA-20andsucroseasrawmaterialshasdevelopedanewtypeofelectricdischarge
electrolyticcompositeworkingfluid袁researchtheoilinwatertypeworkingfluidaffecttheprocessing
efficiencyofEDMandECMcompositeprocessingkerfwidthandsurfaceroughness袁andcomparedwith
theeffectofoilprocessing.TheresultsshowthattheemulsifierHLBvalueis8袁atthetemperatureof
45益undertheconditionthattheproportionofwater袁oilandemulsifieris3.1颐2颐1.4袁canobtainuniform
andstableemulsion.Inthesameelectricalparametersundertheconditionofadding14gsucrose袁1g
NaNO3and0.25gNaCl袁canensuretheefficientnarrow袁comparedwithoilprocessing袁improve
processingefficiencyandthesurfaceroughnessdecreased袁safetyandcleannessincreased袁but
increasedinslitwidth.
Keywords院EDMandECM曰sucrose曰processingefficiency曰slitwidth
收稿日期院2018-01-08第一作者简介院孙永兴袁男袁1964年生袁教授遥油气井出砂已成为疏松砂岩油藏开采中遇到
的普遍问题袁严重影响了油气藏的正常开发遥防砂割缝筛管是石油开采过程中使用的一种有效的防
砂工具[1]遥目前袁国内外常用的筛管加工方法有机械
加工和激光加工袁但机械加工的割缝表面质量差尧
较易磨损尧使用周期短袁激光加工成本高且会出现电化学加工叶电加工与模具曳2018年第4期
30要要黏渣及野火柴头冶等缺陷遥为了解决这些问题袁本文
采用电火花电解复合加工方法进行割缝研究遥电火
花电解复合加工具有独特的工艺特性袁它是在电解
液中发生放电从而在加工间隙中实现电化学溶解
及电火花蚀除的复合过程袁在该过程中用同类的工
作液介质和脉冲电源可实现在一套设备上通过控
制系统变更复合的类型来满足不同的加工要求[2]遥
复合加工过程中常用的煤油具有更小的放电
间隙尧更高的击穿阻抗且不会产生锈蚀袁但其闪点
低尧挥发性大尧臭味大尧安全性差袁易引起火灾事故遥
而传统水基工作液具有成本低尧不易燃尧不污染环
境等优点袁但其加工效率低尧易锈蚀机床设备遥因
此袁本文选用20号机油尧纯净水尧司班80尧平平加A-20等研制了一种新型电火花电解复合加工水包
油型工作液袁并研究其对复合加工的影响规律遥1实验方案
本实验研制了一种新型电火花电解复合加工
水包油型工作液袁在配制工作液时袁选用的原材料
为20号机油尧纯净水尧司班80尧平平加A-20等遥采
用自主研发的电火花电解复合加工设备对试板进
行切割实验袁试板材料为Q235钢袁尺寸为230mm伊170mm伊2mm袁表面经打磨除锈处理遥复合加工实
验参数如下院脉冲宽度为36滋s袁脉冲间隔为20滋s袁
电流为30A袁电极盘转速为300r/min遥
实验中袁用OCA50型光学接触角测量仪检测
溶液的表面张力袁用Winner2000型激光粒度分析
仪检测乳化液的颗粒度袁用DMi8型荧光倒置显微
镜对乳化液进行显微观察袁用塞尺测微片测量割缝
宽度袁用3202型手持式粗糙度仪检测割缝加工的
表面粗糙度遥实验测得的加工效率为复合加工从开
始到结束的电极盘进给量与总用时的比值遥2基础工作液的配制
在配制工作液的过程中袁选用适当的乳化剂袁
并使其HLB值与所用油相一致袁这是配制稳定工作
液的关键[3-4]遥一般来说袁当HLB值约为8~15时易
形成水包油型工作液遥2.1复配乳化剂HLB值的确定
实验选用20号机油遥为了确定该机油的HLB
值袁选取司班80渊HLB值为4.3冤与吐温80渊HLB值
为15冤两种HLB值相差较大的乳化剂进行复配遥复
配乳化剂的HLB值为院H渊AB冤=H渊A冤伊w渊A冤+H渊B冤伊w渊B冤渊1冤
式中院H渊AB冤为混合表面活性剂的HLB值曰H渊A冤尧H渊B冤分别为纯表面活性剂A尧B的HLB值曰w渊A冤尧w渊B冤分别为混合表面活性剂中A尧B的质量分数遥
实验中袁在温度为45益条件下袁采用界面复合
物生成法并根据不同复配乳化剂的HLB值配制乳
化液遥将乳化好的乳液放入恒温槽稳定48小时后
观察尧记录其状态袁如图1所示袁1~8号乳化液对应
的HLB值分别为8~15遥当复配乳化剂的HLB值为8时袁所配制的工作液分散均匀尧稳定性最好曰而随
着复配乳化剂的HLB值增加袁其他各组出现了分层
现象遥因此袁实验选定复配乳化剂的HLB值为8遥
2.2乳化条件的正交优化
考虑到温度尧纯水量尧机油量和乳化液含量对
所配制的工作液稳定性的影响袁首先进行四因素三
水平L9渊34冤的正交试验研究遥根据表1所示正交试
验设计条件袁以工作液稀释液渊质量分数为5%冤的
表面张力作为工作液的性能评价指标袁用极差法对
正交试验结果进行分析袁结果见表2遥可知袁当温度
为45益尧纯水量为6.2ml尧机油量为4ml尧乳化剂为2.8g时袁配制的基础工作液最佳袁其溶液表面张力
为27.12mN/m袁符合切削液表面张力臆40mN/m的
标准遥所配制的基础工作液的显微照片尧粒度分析
分别见图2和图3袁使用复配乳化剂形成的溶液颗
粒度集中于0.46~9.703滋m袁表明分散及稳定性好遥
采用基础工作液的稀释液渊质量分数为5%冤并
添加少量防锈剂袁对钢板进行割缝加工实验袁割缝
加工效率为5.58伊10-3mm/s尧缝宽为0.45mm尧表面
粗糙度为Ra2.67滋m袁其加工过程无飞溅尧安全性
高遥由实验结果可知袁自制的水包油型基础工作液
安全性提高尧表面粗糙度值小袁但加工效率偏低遥图1乳化液静置示意
图12345678
表1乳化条件正交试验因素水平表
水平因素A院温度/益B院纯水/mlC院机油/mlD院乳化剂/g
1306.241.8
2457.24.52.3
3608.252.8电化学加工叶电加工与模具曳2018年第4期
31要要3添加剂对工作液的影响
3.1蔗糖含量
为了提高复合加工的效率袁在配制的水包油型
基础工作液中加入蔗糖作为爆破剂袁有利于增强放
电加工中的爆炸能量和排屑能力袁但蔗糖含量不易
过高遥实验以蔗糖稀释7L后所占的比例分别为0.2%渊14g冤尧0.4%渊28g冤尧0.6%渊42g冤尧0.8%渊56g冤的量在水包油型工作液中加入蔗糖袁得到的割缝效
果见表3遥蔗糖含量对加工效率尧缝宽及表面粗糙度
的影响见图4遥
由图4a可知袁随着蔗糖含量增加袁加工效率先
增加尧后减小遥分析原因院蔗糖作为爆炸剂加入袁在
一定范围内随着蔗糖含量增加袁脉冲放电的瞬时爆
炸能量也增加袁爆破产生的冲击波促进了电蚀产物
的排出袁也有利于加工屑从加工缝隙中排出袁同时
降低了二次放电的几率袁有效放电次数增加袁从而
使复合加工效率增加遥但当蔗糖含量超过0.4%时袁表2正交试验结果及分析
试验号表面张力/渊mN窑m-1冤
1111138.05
2122245.19
3133339.60
4212339.85
5223140.51
6231239.19
7313237.70
8321339.70
9332148.90
K140.9538.5338.9842.42
K239.8541.8044.5840.69
K342.0342.5039.2739.72
极差R2.183.975.602.70
较优水平A2B1C1D3
因子主次4213DCB因素A
20滋m
图2基础工作液的显微照片
02468101214161820
0.25141664256020406080100容积率累积体积百分数
粒度/滋m
图3基础工作液的粒度分析表3蔗糖含量对复合加工的影响
蔗糖含量指标
加工效率/渊伊10-3mm窑s-1冤缝宽/mm表面粗糙度Ra/滋m
05.580.452.670
0.2%渊14g冤9.790.353.109
0.4%渊28g冤11.980.423.249
0.6%渊42g冤8.270.393.040
0.8%渊56g冤7.010.422.803
4681012
014284256蔗糖含量/渊m窑g-1冤
