Машиностроение. Металлургия Әож 621. 735. 34=512. 122 Ішкі беттерді өңдеуге арналған жайғыш бастиектерінің тозуға төзімділігін арттыру К. Т. Шеров

Құралдың жаратылған құрылымын қолдану келесі нәтижелерді береді:

– ішкі беттерді өңдеуге арналған жайғыштардың тозуға төзімділігін екі-үш және одан да көп арттыру;

– құралдың пайдаланушылық мерзімін бірнеше есе ұзарту.

Электрическими способами обработки называются такие виды обработки, при осуществлении которых съем металла или изменение структуры и качества поверхностного слоя детали являются следствием термического, химического или комбинированного действия электрического тока, подводимого непосредственно (гальваническая связь) к детали и инструменту. При этом преобразование электрической энергии в другие виды энергии происходит в зоне обработки, образованной взаимодействующими поверхностями инструмента и обрабатываемой детали.

Электрическая обработка включает в себя электроэрозионные, электрохимические, комбинированные электроэрозионно-химические и электромеханические способы обработки.

В зависимости от того, каким способом производится обработка или упрочнение, можно говорить об электроискровой, электроимпульсной, электроконтактной (ЭКО) или анодно-механической размерной обработке или упрочнении.

ЭКО предназначена для съема материала с электропроводящей заготовки. Анализ данного вида обработки показал, что обработка токопроводящих материалов осуществляется практически с любыми физико-механическими свойствами без приложения значительных механических усилий и без непосредственного механического контакта обрабатывающей поверхности инструмента с обрабатываемой поверхностью заготовки. Значительно меньшей зависимостью основных технологических показателей процессов от физико-механических свойств обрабатываемого материала обладают другие виды электрофизической обработки, которые имеют большие возможности интенсификации многих технологических процессов механической обработки по сравнению с традиционными методами. Эти методы позволяют сократить, а во многих случаях и исключить необходимость расходования дорогих инструментальных сталей и сплавов, а также механизировать и автоматизировать основные и вспомогательные технологические операции. При этом данные методы имеют определенные недостатки: повышенную энергоемкость процессов при равнозначных с механической обработкой качественных показателях и относительную громоздкость применяемого технологического оборудования и оснастки, а также необходимость применения устройств для подачи, сбора, хранения и очистки рабочей жидкости.

При ЭКО металлов возникают множество явлений, способствующих снятию материала заготовки, которые относятся к электроэрозионным.

Если рассмотреть эти явления по локализации контакта инструмента и заготовки, то можно выявить участки взаимодействия между инструментом и заготовкой, в которых происходят различные процессы. Если условно разделить место контакта на несколько частей, то в первой части происходит пробой межэлектродного пространства (МЭП), что связано с физико-механическим состоянием поверхностей заготовки и инструмента. Второй участок является контактным и на нем не происходит каких-либо значительных изменений, вызванных ЭКО.

Третий участок – это участок разрывов физических контактов между заготовкой и инструментом. Данный разрыв сопровождается образованием мостика из-за вытягивания расплавленной массы. Параметры мостика зависят от интенсивности процесса плавления, скорости расхождения электродов и силы натяжения жидкого металла. В связи с этим поверхность заготовки приобретает характерную волнистость и шероховатость.

Все вышеупомянутые процессы, протекающие в МЭП, влияют непосредственно на сам процесс резания, но основным фактором съема материала является ее расплавление. Точный расчет температуры в области разряда невозможен, что вызвано тремя источниками образования теплоты: от механической работы; нагрева, вызванного прохождением тока через инструмент и заготовку из-за электрического сопротивления, а также из-за возникновения дуги в МЭП [1].

Поэтому при постановке и решении тепловых задач при ЭКО рассматривают линейный поверхностный источник или объемный (в ряде случаев нет необходимости в таком разделении). Предлагается при решении тепловых задач учитывать действие поверхностного и объемного источников тепла, сводя задачу к действию только поверхностного источника, так как при наличии объемного источника можно применить одноканальную цилиндрическую модель разряда, где диаметр канала разряда выбирается равным диаметру эрозионной лунки, в котором плотность тока будет незначительна, поскольку вклад тепла (в Дж) составляет не более 5 % и его можно не учитывать при анализе эрозионных явлений.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать следующий вывод: при ЭКО происходят различные процессы в МЭП и расчеты, необходимые для вычисления технологических параметров, предлагается проводить, опираясь на тепловые задачи, так как формообразование происходит в основном за счет расплавления материала. Несмотря на очевидную важность данного вывода, тепловая теория ЭКО до сих пор полностью не создана. Более того, отдельные тепловые задачи, которые рассматривались различными авторами, имеют в решении такие дифференциальные уравнения, которые неадекватно моделируют физику процесса ЭКО. Некоторые из таких задач содержат ошибки, связанные с неравномерным применением метода мгновенных источников, который ранее использовался при решении некоторых задач, связанных со сваркой.

Одна из первых попыток математического описания температурного поля, создаваемого одиночным импульсным зарядом, была сделана в работах Б.Н. Золотых [2]. В своей работе автор получает выражение для температуры путем интегрирования функции мгновенного точечного источника по площади электродного пятна (круг радиуса r₀) и времени t_u длительности импульса. Оно имеет вид:

где – расстояние от текущей точки электродного пятна до точки, в которой рассматривается температура;

Для расчета температурного поля в обрабатываемой детали и изучения перемещения границы фазового перехода, Б.Н. Золотых в своей работе [3] рассматривает одномерную задачу Стефана и на основе полученного решения находит соотношение, определяющее координату фазового перехода:

где

Б.М. Бихман в своих работах [3] также рассматривает одномерную задачу для полуограниченного стержня. Используя функцию плоского источника, действующего на торец стержня, теплоизолированного по боковой поверхности, автор получает формулу для вычисления температуры до начала плавления:

(3)

Аналитическое исследование температурного поля, создаваемого при электроконтактной обработке, проводилось и М.К. Русевым [4]. Им предложена формула для вычисления температуры на поверхности диска, контактирующей с каналом разряда:

Приведем пример аналитического определения температурного поля диска-инструмента при ЭКО. При исследовании температурного поля, создаваемого в диске-инструменте в процессе электроконтактной обработки, будем исходить из следующих предположений:

1. Диск имеет форму цилиндра с радиусом основания R(м) и высотой h(м);

2. Тепловой поток, создаваемый следующими друг за другом импульсными разрядами, равномерно распределен по цилиндрической поверхности (т.е. по ободу диска) с плотностью q(Вт/м²);

3. С боковой поверхности диска (основание цилиндра) осуществляется свободный теплообмен с окружающей водно-воздушной средой, температура которой Т₀(град) совпадает с начальной температурой диска. Этот теплообмен характеризуется коэффициентом внешней теплоотдачи v(Вт/(м²·град)).

Указанные предположения приводят к рассмотрению задачи вида:

где θ = Т – Т₀ (град);

В результате преобразования первоначальной задачи в систему из трех обыкновенных дифференциальных уравнений и ее решения получим уравнения в виде [5]:

где Q_p – количество теплоты, которое расплавляет металл вокруг лунки в результате действия импульса;

При решении вышеуказанного уравнения получаем, что Q_n ≈ 3,51 Дж, Q_p ≈ 4,067 Дж, то есть Q_n ≈ Q_p, откуда следует, что относительные потери энергии составляют около 15 %. Сравнивая результаты вычисления с результатами работы [6], можно сделать вывод, что результаты согласовываются в пределах сходимости экспериментально полученных результатов.