- •Воронеж 2012
- •Введение
- •Локальная электрохимическая обработка универсальным инструментом
- •Методика определения контактных давлений на ленточный фундамент сооружений
- •Важность и сложность проблемы информационной безопасности
- •Расчет напряжений на границе сопряжения полимерной трубы с упругой обоймой при динамическом нагружении поверхностей
- •Оптимизация режимов обработки зубчатых колес
- •Автоматизированный подбор металлорежущего инструмента
- •Обучение водителей с использованием технических средств
- •Обеспечение производства средствами технологического оснащения
- •Комплексы систем управления процессами
- •Расширение области использования многогранников
- •Взаимосвязи системы качества продукции с организационной системой предпрития
- •Оценка профессионального мастерства квалифицированных специалистов для работы с учётом стрессовых ситуаций
- •Рекомендуемые мероприятия, направленные на обеспечение безопасности движения
- •Выбор параметров структур вариантов модернизируемых технических систем
- •Оценка области использования электроэрозионной и комбинированной обработки для отверстий малого диаметра
- •Структурный синтез вариантов модернизируемых технических систем
- •Комбинированные методы оценки качества продукции
- •Структуризация объектов системы качества
- •Завтра начинается сегодня
- •Карим рашид – промышленный дизайнер современности
- •Человек, который придумал мебель заново
- •Проектирование будущего человеком
- •Комбинированная обработка при нестационарных режимах
- •Промышленный дизайн и его роль в производстве
- •Требования к материалам сборника:
- •Название статьи
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
Комбинированная обработка при нестационарных режимах
Рассмотрены процессы влияния многокомпонентности рабочих сред на стационарность протекания анодного растворения материала детали
С точки зрения формообразования поверхностей все процессы анодного растворения можно классифицировать как процессы протекающие при стационарных и нестационарных режимах.
Нестационарный режим наблюдается в случае если форма анода является функцией z = fa (x, y) в системе координат, связанной с катодом. При этом наблюдается зависимость этой функции от времени обработки. Такой режим встречается при обработке неподвижным катодом, при обработке поступательно движущимся катодом, но с неравномерной скоростью, а также в начальной стадии обработки подвижным катодом. Кроме того данный режим характерен для многокомпонентных рабочих сред, что характерно для комбинированного формообразования сложнопрофильных поверхностей.
Сформулируем основные особенности формообразования поверхностей при нестационарном режиме в случае комбинированной обработки многокомпонентными рабочими средами.
В качестве начального условия возьмем положение, что в некоторое время известно распределение плотности тока на поверхности анода. Если плотность тока является функцией геометрических координат на аноде, то можно записать выражение
, (1)
где g1 – величина съема материала,
A – выход по току,
э – электрохимический эквивалент вещества,
i – ток проходящий через электроды,
- время работы.
Выражение (1) справедливо для каждого малого обрабатываемого участка детали. Тогда за время величина съема материала на участке будет зависеть от геометрических координат и определяться по формуле
, (2)
где g(x,y,z) - величина съема материала зависящая от координат,
x, y, z – геометрические координаты,
iа – ток проходящий через анод.
Отсюда скорость съема материала
. (3)
При этом считаем, что за малое время конфигурация межэлектродного пространства существенно не меняется и остаются постоянными все параметры обработки. Следовательно, за интервал распределение тока также существенно не меняется. Линии тока при эквипотенциальной анодной поверхности входят нормально в эту поверхность. Поэтому элементарный съем происходит по нормали к поверхности анода.
Если в момент времени форма анода в системе координат, связанной с катодом, описывалась уравнением z = fa(x,y), то направление нормали к любой точке поверхности анода x, y, z определяется отношением
. (4)
где
и .
Косинусы углов вычисляются по формулам
;
;
.
За время элементарная площадка анода переместится в направлении своей нормали n на расстояние
, (5)
где n – перемещение элементарной площадки,
da - удельная плотность материала анода.
Перемещение точки с координатами xi, yi, zi в направлении нормали эквивалентно перемещению этой точки по трем координатам x, y, z на расстоянии x, y, z, где
;
;
.
Таким образом, в результате анодного растворения за время форма анода изменяется и описывается уравнением
, (6)
где - функция характеризующая изменение формы анода за время :
. (7)
Изменение формы анода в конце интервала времени вызывает изменение некоторых условий обработки, например гидродинамического режима, электродных потенциалов, а также конфигурации межэлектродного пространства. Эти изменения приводят к перераспределению тока, и в следующий малый интервал необходимо рассчитать новое распределение тока, которое считается постоянным в течении следующего промежутка .
При комбинированной обработке с применением многокомпонентных рабочих сред могут быть использованы следующие способы регулировки межэлектродных зазоров.
1. При работе с неподвижныой деталью и гидравлическим элементом (форсункой) межэлектродный зазор постоянно возрастает, скорость анодного растворения снижается. Режим изменяется в течение обработки заготовки, то есть является нестационарным. В начале процесса анодного растворения место подвода технологического тока находится относительно заготовки на расстоянии S0. Через некоторое время граница обрабатываемой поверхности заготовки переместится, и зазор возрастает на толщину удаленного слоя материала детали. Обозначив ось Х, направленную по потоку электролита, и ось Y, перпендикулярную обрабатываемой поверхности заготовки, получим из уравнения
(8)
где U – напряжение используемое на анодное растворение металла;
- плотность материала;
s – величина зазора,
скорость растворения металла, записанную через dy/d, то при постоянном выходе по току А=const:
. (9).
Проинтегрировав выражение (9), получим:
, (10)
где SK – межэлектродный зазор при окончании обработки:
. (11)
2. При постоянной скорости подачи гидравлического сопла, и как следствие, многокомпонентной рабочей среды к поверхности детали, режим обработки с течением времени становится близким к стационарному. Пусть скорость подачи является величиной постоянной Vи=const. Если эта скорость подачи меньше, чем скорость анодного растворения металла, то зазор постепенно увеличивается. Это приводит к снижению скорости удаления материала. Через некоторое время скорость подачи инструмента и скорость растворения материала заготовки выравниваются и режим становится стационарным. При повышении скорости подачи электрода-инструмента над скоростью растворения металла также происходит саморегулирование зазора. Устанавливается стационарный режим (Sy=const). Тогда из уравнения (8):
. (12)
Рассмотрим случай нестационарного процесса, когда начальный зазор S0 больше установившегося Sу, определяемого по формуле (12). Скорость изменения зазора ds/d=AU/(s) - Vи, где Vи – скорость подачи инструмента. Учитывая, что =AU/=Vиsу, находим
или . (13)
Проинтегрировав это уравнение по времени от 0 до , при изменении зазора от S0 до SK получим
. (14)
Если начальный зазор меньше установившегося, то
. (15)
Из уравнений (14, 15) можно определить установившийся зазор и зазор в конце обработки, а также время обработки .
3. При периодическом перемещении (приближении) электрода-инструмента относительно заготовки через определенные промежутки времени отключают рабочий ток, подводят электрод-инструмент на расчетное расстояние и вновь включают рабочий ток. Между циклами работы и подвода инструмента его либо оставляют неподвижным относительно заготовки, либо перемещают к ней или от нее со скоростью рабочей подачи.
В момент включения рабочего тока зазор S равен расчетному значению. Далее, в зависимости от схемы перемещения электрода-инструмента между циклами его подвода зазор либо возрастает по выражению (11), либо остается постоянным. Время между циклами измеряется секундами, поэтому изменение зазора во времени незначительно и в расчетах его можно принимать равным расчетному, а режим считать стационарным.
Комбинированную обработку обработку с неподвижным гидравлическим элементом применяют при необходимости выравнивания припуска Z на обрабатываемых поверхностях. При этом расчет основных технологических параметров процесса производят только для участков с минимальным и максимальным значением Z. Все неравномерности припуска в пределах этих значений в меньшей степени влияют на погрешности обработки.
При комбинированной обработке многокомопнентными рабочими средами скорость анодного растворения, и точность обработки тем выше, чем меньше межэлектродный зазор. Однако с уменьшением зазора усложняется процесс его регулирования, возрастает сопротивление прокачке электролита, может произойти пробой, вызывающий повреждение обрабатываемой поверхности. А главное, минимальная величина зазора ограничесна размерами наполнителя рабочих сред. Из-за увеличения размеров наполнителя при малых зазорах и с учетом профиля обрабатываемой поверхности может произойти закупоривание межэлектродного промежутка. Следует выбирать такой размер зазора. При котором достигаются оптимальные скорость съема металла, точность формообразования и возможно использование токопроводящего наполнителя рабочих сред.
Литература
1. Артамонов Б.А., Волков Ю.С., Дрожалова В.И. и др. Электрохимические и электрофизические методы обработки материалов. Учеб. пособие (в 2-х томах). Т. I. Обработка материалов с применением инструмента/Под ред. В.П. Смоленцева. – М.: Высш. шк., 1983. – 247 с., ил.
2. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки//Г.Л. Амитан, И.А. Байсупов, Ю.М. Барон и др.; Под общ. ред. В.А. Волосатова. – Л.: Машиностроение. Ленинград. отд-ние, 1988. – 719 с.: ил.
3. Электрохимическая обработка металлов. Мороз И.И. и др., М., «Машиностроение», 1969, 208 стр.
Воронежский государственный технический университет
УДК 001.891.32
А.А. Кузовкин