电火花防砂筛管割缝加工过程间隙场仿真分析研究

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石油割缝筛管是石油开采中必不可少的机械装备,其加工质量的好坏直接决定石油开采率的高低。电火花加工时无机械作用力、加工质量高的特点在割缝筛管加工中具有很大的优势。其加工原理是利用火花之间的脉冲放电产生的高温从而实现蚀除金属的过程,是电磁力、热力和流场力共同作用的结果,因此为了更加准确的了解电火花加工割缝时间隙内的变化情况,对不同阶段间隙场的研究具有重要意义。本文首先对目前国内外加工割缝的方式、电火花加工温度场、流场和电场的研究现状进行了分析,并基于金属放电产生的高温蚀除过程建立了放电点处的温度场模型,得到了温度场在放电时刻小于脉冲宽度时的变化规律;通过设定不同数值大小的峰值电流和脉冲宽度,得到了不同时间段放电凹坑半径、深度、深径比和蚀除体积的大小,绘制出变化曲线,得到定性关系;为了得到定量关系,利用面心组合设计的方式建立了峰值电流和脉冲宽度与蚀除凹坑之间的回归方程,方便预测在给定峰值电流和脉冲宽度下的凹坑尺寸;并利用遗传算法对回归方程进行优化求解,得到满足电火花加工条件的最优电参数数值组合。电火花放电后蚀除掉的工件将作为电蚀产物被抛入到工作液中,而工作液能够顺利排出碎屑是电火花加工质量高的重要原因,为了更好的保障电蚀产物的排出,对加工中的间隙流场状态进行模型建立,研究在不同冲液方式、电极形状、放电间隙、加工深度和冲液压力下的工作液速度变化情况和电蚀产物颗粒分布情况;鉴于割缝加工时电极不存在旋转运动会影响正常排屑的问题,在电极上施加超声振动,得到了在不同振动幅值和频率下的间隙流场情况;为了研究放电间隙、加工深度、冲液压力、振幅和振动频率与电蚀产物浓度之间的影响关系,建立正交试验表得出仿真结果,对五种因素之间的影响程度进行排序,为今后电火花割缝加工提供参考依据。为了研究没有完全排出的电蚀产物对击穿介质时电场产生的影响,建立放电加工电场模型,以间隙内最大电场强度作为衡量标准,对电极形状、脉冲电压、加工间隙、颗粒直径、颗粒位置和颗粒堆积与电场分布之间的规律进行了研究,得出变化曲线,分析各种现象产生的原因以及改进措施;并根据粒子对电场的影响得到混粉加工的作用机理,为混粉加工提供最优浓度参考。
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