Модель ученых Пермского политеха обеспечит качественную электроэрозионную обработку изделий из труднообрабатываемых материалов
13.09.2023
В области машиностроения для обработки труднообрабатываемых материалов эффективен метод электроэрозионной обработки. Он находит применение в самых разных отраслях – от автомобильной до аэрокосмической. Такая технология позволяет получать требуемую форму и размер изделия с помощью импульсов электрического тока. Процесс обработки сопровождается высокой температурой, примерно 9000 °C, из-за чего происходит отложение расплавленных кусков металла, которые затвердевают при охлаждении и негативно влияют на качество обрабатываемой детали и производительность обработки. Накопление эрозионных остатков происходит из-за плохой промывки в пространстве между электродом и деталью, особенно когда необходимо получить сложнопрофильные глубокие отверстия или пазы. Эффективная промывка повышает производительность, обеспечивая попадание диэлектрической жидкости в зазор и охлаждение инструмента и материала. Ученые Пермского политеха разработали модель системы промывки глубоких отверстий для копировально-прошивной электроэрозионной обработки материалов. Разработка учитывает влияние угла наклона сопел относительно глубины на производительность обработки и величину давления жидкости.
Результаты исследования опубликованы в журнале «Materials», 2023. Работа была поддержана Российским научным фондом, грант № 23-29-00104.
Электроэрозионная обработка работает путем создания электрического импульса, который испускает горячие искры. Тепло импульсов направлено на то, чтобы расплавить металл от большего металлического блока и аккуратно создать задуманную конструкцию. Весь процесс происходит в ванне с диэлектрической жидкостью (трансформаторное масло), которая охлаждает машину, увеличивая удельное сопротивление воды. Такая обработка широко применяется для изменения размеров металлических изделий, для получения отверстий различной формы, фасонных полостей, профильных канавок и пазов в деталях авиа- и ракетостроения.
Значение промывки очень важно при электроэрозионной обработке глубоких отверстий. Чем глубже отверстие, тем сложнее промывать обрабатываемую область, так увеличивается время обработки. При плохой промывке шлам, который остается в отверстии, налипает на поверхность электрода-инструмента и детали, что приводит к снижению качества и производительности обработки.
Ученые ПНИПУ выяснили, что с увеличением глубины отверстия усиливаются перепады давления диэлектрической жидкости, а в углах обработанного отверстия накапливается более высокая концентрация шлама. В существующих научных работах при исследовании механизма промывки не учитывается угол наклона сопел относительно глубины на производительность обработки и величина давления жидкости в зоне обработки. Политехники разработали модель распределения потоков рабочей жидкости в зоне обработки, подверженной изменению угла промывки. Моделирование распределения потока выполняли при трех значениях глубины обработки отверстия (2 мм, 10 мм и 15 мм), а также при трех значениях угла наклона сопел относительно оси инструмента (15°, 45° и 75°).
Для проверки теоретического моделирования политехники провели экспериментальные исследования и сравнили значение производительности процесса при различных углах сопла и переменной глубине обработки с результатами моделирования. Экспериментальные исследования показали адекватность полученных математических моделей.
Выяснено, что при обработке отверстий глубиной 10 мм и более следует учитывать угол наклона сопла, так как наблюдается снижение производительности из-за сложности промывки межэлектродного пространства. А наивысшее значение производительности достигается, когда сопла расположены под углом 15°. Также ученые отмечают, что при обработке отверстия глубиной 15 мм происходит интенсивное накопление осадка в зоне обработки.
– Разработанная модель позволяет прогнозировать процесс обработки в зависимости от условий промывки. Получены данные, описывающие изменения в качестве обработанной поверхности в зависимости от угла наклона сопла. Результаты моделирования позволяют прогнозировать возникновения погрешности обработки в условиях ограниченной промывки зоны обработки, – объясняет кандидат технических наук, директор высшей школы авиационного двигателестроения ПНИПУ Тимур Абляз.
Эффективная промывка в процессе электроэрозионной обработки глубоких отверстий сводит к минимуму осаждение шлама на электроде-инструменте и детали, тем самым способствуя стабильной обработке функциональных материалов. Проведенное учеными моделирование поможет избежать снижения качества обрабатываемой поверхности и снижения производительности электроэрозионной обработки труднообрабатываемых изделий сложного профиля.
Результаты исследования опубликованы в журнале «Materials», 2023. Работа была поддержана Российским научным фондом, грант № 23-29-00104.
Электроэрозионная обработка работает путем создания электрического импульса, который испускает горячие искры. Тепло импульсов направлено на то, чтобы расплавить металл от большего металлического блока и аккуратно создать задуманную конструкцию. Весь процесс происходит в ванне с диэлектрической жидкостью (трансформаторное масло), которая охлаждает машину, увеличивая удельное сопротивление воды. Такая обработка широко применяется для изменения размеров металлических изделий, для получения отверстий различной формы, фасонных полостей, профильных канавок и пазов в деталях авиа- и ракетостроения.
Значение промывки очень важно при электроэрозионной обработке глубоких отверстий. Чем глубже отверстие, тем сложнее промывать обрабатываемую область, так увеличивается время обработки. При плохой промывке шлам, который остается в отверстии, налипает на поверхность электрода-инструмента и детали, что приводит к снижению качества и производительности обработки.
Ученые ПНИПУ выяснили, что с увеличением глубины отверстия усиливаются перепады давления диэлектрической жидкости, а в углах обработанного отверстия накапливается более высокая концентрация шлама. В существующих научных работах при исследовании механизма промывки не учитывается угол наклона сопел относительно глубины на производительность обработки и величина давления жидкости в зоне обработки. Политехники разработали модель распределения потоков рабочей жидкости в зоне обработки, подверженной изменению угла промывки. Моделирование распределения потока выполняли при трех значениях глубины обработки отверстия (2 мм, 10 мм и 15 мм), а также при трех значениях угла наклона сопел относительно оси инструмента (15°, 45° и 75°).
Для проверки теоретического моделирования политехники провели экспериментальные исследования и сравнили значение производительности процесса при различных углах сопла и переменной глубине обработки с результатами моделирования. Экспериментальные исследования показали адекватность полученных математических моделей.
Выяснено, что при обработке отверстий глубиной 10 мм и более следует учитывать угол наклона сопла, так как наблюдается снижение производительности из-за сложности промывки межэлектродного пространства. А наивысшее значение производительности достигается, когда сопла расположены под углом 15°. Также ученые отмечают, что при обработке отверстия глубиной 15 мм происходит интенсивное накопление осадка в зоне обработки.
– Разработанная модель позволяет прогнозировать процесс обработки в зависимости от условий промывки. Получены данные, описывающие изменения в качестве обработанной поверхности в зависимости от угла наклона сопла. Результаты моделирования позволяют прогнозировать возникновения погрешности обработки в условиях ограниченной промывки зоны обработки, – объясняет кандидат технических наук, директор высшей школы авиационного двигателестроения ПНИПУ Тимур Абляз.
Эффективная промывка в процессе электроэрозионной обработки глубоких отверстий сводит к минимуму осаждение шлама на электроде-инструменте и детали, тем самым способствуя стабильной обработке функциональных материалов. Проведенное учеными моделирование поможет избежать снижения качества обрабатываемой поверхности и снижения производительности электроэрозионной обработки труднообрабатываемых изделий сложного профиля.
Марина Осипова © Вечерние ведомости
Читать этот материал в источнике
Читать этот материал в источнике
Свердловские пожарные за сутки потушили 14 техногенных пожаров
Среда, 27 ноября, 21.04
Более 10 тысяч нарушений ПДД пресекли свердловские автоинспектора на прошлой неделе
Среда, 27 ноября, 20.40
Новый этап благоустройства ждёт Парк Маяковского
Среда, 27 ноября, 20.07