автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Методы расчета технологических параметров и электродов-инструментов при электроэрозионной обработке

На правах рукописи

ЖУРИН Александр Валентинович

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И ЭЛЕКТОДОВ-И11СТРУ МЕНТОВ ПРИ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКЕ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

специальность 05.03.01 - Технологии и оборудование механической и физико-технической обработки

Тула 2005

Работа выполнена на кафедре "Физико-химические процессы и технологии" в ГОУ ВПО "Тульский государственный университет".

Научный руководитель -

доктор технических наук, Волгин Владимир Мирович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доцент Сальников Владимир Сергеевич

кандидат технических наук Тимофеев Юрий Сергеевич

Ведущее предприятие:

ОАО "Тульский оружейный завод'

Защита диссертации состоится 14 октября 2005 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.271.01 при ГОУ ВПО "Тульский государственный университет" (300600, г. Тула, пр. Ленина, 92-6,9-101).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО "Тульский государственный университет"

Автореферат разослан «12» сентября 2005г.

Ученый секретарь диссертационного совета

2.оо& /6

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В машиностроении наблюдается тенденция к усложнению формы деталей машин и механизмов. Так же, постоянно возрастают требования к их точности и надежности. Для повышения надежности требуется применение более прочных материалов. Их обработка классическими методами затруднена. Для повышения точности необходимо снизить погрешности, возникающие при обработке. Выше названные требования можно выполнить благодаря использованию методов обработки, основанных на электрофизикохимических воздействиях. Одним из таких методов является электроэрозионная обработка (ЭЭО). Это эффективный метод изготовления формообразующих поверхностей штампов, пресс-форм, литьевых форм, изготовление деталей со сложным контуром, получение в деталях пазов и щелей и т. д.

Положительными моментами ЭЭО являются: возможность обработки любых электропроводных материалов; возможность сложного формообразования с использованием простейших схем движения инструмента и детали; возможность осуществить все схемы формообразования, которые встречаются при обработке на металлорежущих станках, а также некоторые схемы, осуществить которые на металлорежущих станках невозможно.

Электроэрозионный процесс имеет ряд недостатков: в поверхностном слое при обработке возможно возникновение микротрещин и структурных изменений материала; размеры электрода-инструмента (ЭИ) изменяются в процессе обработки из-за износа или деформации; форма и размеры детали отличаются от формы и размеров ЭИ на величину межэлектродного зазора (МЭЗ). Эти факторы оказывают влияние на технологические параметры ЭЭО - точность, качество поверхности, величину припуска и производительность обработки. Улучшение этих параметров является одной из основных задач в области развития ЭЭО.

Факторы, влияющие на технологические параметры обработки, обуславливаются электроэрозионным оборудованием и процессами, происходящими при обработке. Погрешности, возникающие за счет действия процессов, происходящих при ЭЭО, существенно больше погрешностей, вносимых современным электроэрозионным оборудованием. Поэтому одним из основных направлений повышения эффективности ЭЭО является совершенствование методов расчета технологических параметров и электродов-инструментов.

Существующие методы расчета технологических параметров и ЭИ основываются, либо на эмпирических зависимостях, либо на упрощенных частных моделях процесса, которые позволяют получать удовлетворительные результаты лишь при обработке поверхностей простой геометрической формы (плоскость, цилиндр, диск). При ЭЭО поверхностей сложной формы на технологические показатели обработки большое влияние оказывает изменение размеров ЭИ из-за неравномерности износа (или деформации) по его поверхности и неравномерность межэлектродного зазора, обусловленная влиянием продуктов обработки на электрическую прочность рабочей среды. Однако, при расчете технологических параметров и проектировании ЭИ эти факторы не учитываются, что приводит к необходимости

увеличения припусков на чистовую обработку, последовательного использования нескольких электродов-инструментов.

Поэтому данная работа, направленная на разработку методов расчета технологических параметров и электродов-инструментов при электроэрозионной обработке, базирующихся на математических моделях сопряженных физико-химических процессов в межэлектродном зазоре и электродах и учитывающих изменение размеров ЭИ при ЭЭО и неравномерность распределения МЭЗ, является актуальной.

Цель работы. Повышение эффективности электроэрозионной обработки за счет разработки методов расчета технологических параметров и электродов-инструментов, учитывающих изменение размеров ЭИ в процессе обработки и неравномерность распределения МЭЗ и базирующихся на математических моделях сопряженных физико-химических процессов в межэлектродном зазоре и электродах.

Методы исследования. Теоретические исследования эволюции рабочих поверхностей электродов проведены с использованием метода граничных элементов. Теоретические исследования деформации проволочного электрода-инструмента проведены с использованием метода конечных разностей. Обработка результатов экспериментальных исследований проводилась с использованием методов математической статистики.

Положения, выносимые на защиту:

1. Модели сопряженных физико-химических процессов в электродах и межэлектродном зазоре при единичном акте эрозии.

2. Модель изменения межэлектродного зазора, учитывающую влияние продуктов обработки на распределение напряженности электрического поля в нем.

3. Модели эволюции поверхностей электродов сложной формы при электроэрозионном формообразовании.

4. Методы расчета технологических параметров электроэрозионной обработки и электродов-инструментов сложной формы, базирующиеся на разработанных математических моделях сопряженных физико-химических процессов и моделях эволюции поверхностей электродов.

5. Результаты экспериментальных исследований влияния режимов обработки на геометрические параметры единичных лунок, эволюцию поверхностей электродов при электроэрозионном копировании и точность формирования поверхности при электроэрозионном вырезании.

Научная новизна заключается в установленных зависимостях электроэрозионного формообразования поверхностей сложной формы, учитывающих неравномерное изменение размеров электрода-инструмента в процессе обработки, обусловленное износом и деформацией, и неравномерность межэлектродного зазора, обусловленную влиянием продуктов обработки на электрическую прочность рабочей среды.

Практическая ценность работы:

1. Разработаны методы расчета технологических параметров и электродов-инструментов при электроэрозионной обработке поверхностей сложной формы, учитывающие основные физико-химические процессы в межэлектродном зазоре и электродах, обеспечивающие повышение эффективности ЭЭО путем обоснованного назначения режимов и припусков на чистовую обработку.

Реализация работы.

1. Предложенные методы расчета технологических параметров и электродов-инструментов использованы при разработке операций электроэрозионной обработки ряда деталей ("Инфракрасные и микроволновые системы", г. Москва; "ОбщеМашЦентр", г. Тула).

2. Материалы работы использованы при разработке и внедрении в учебный процесс методических указаний к лабораторным работам в ТулГУ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на региональных научно-технических конференциях "Современная электротехнология промышленности Центра России", г. Тула, 20032004 г., Всероссийской научно-технической конференции "Современная электротехнология в машиностроении", г. Тула, 2003 г., научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ в 2003-2004 г.

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 8 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, общих выводов, перечня использованной литературы. Работа содержит 120 страниц машинописного текста, 63 рисунка, 14 таблиц, общий объем работы 132 с. Список использованной литературы содержит 99 источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, ее практическая значимость, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ современного состояния вопроса, определены цель и задачи исследования.

Вопросам теории и технологии ЭЭО посвящены работы Б. Н. Золотых, Т. С. Кохановской, Б. А. Красюка, Б. Р. Лазаренко, Н. И. Лазаренко, А. Л. Лившица, Г. Н. Мещерякова, М. К. Мицкевича, К. К. Намитокова, И. Г. Некрашевича, Б. И. Ставицкого, Н. К. Фотеева, Р.Т. Eubank, F. Klocke, J. Kozak, H. Obara, R. Perez, H.-P. Schulze и других.

Проведен анализ возможностей ЭЭО на современном этапе ее развития. Рассмотрены факторы, влияющие на технологические параметры ЭЭО (рис. 1). Современные электроэрозионные установки позволяют получать точность обработки 1 - 4 мкм при шероховатости поверхности менее 0.2 мкм. Применение линейного сервопривода дает возможность перемещать инструмент с дискретностью 0.1 мкм,

а значит очень точно выдерживать межэлектродный зазор. Погрешности, вносимые процессами ЭЭО, превышают погрешности, вносимые современным оборудованием. Следовательно, для дальнейшего повышения эффективности ЭЭО необходимо минимизировать погрешности, вносимые процессами ЭЭО.

Проведен анализ процессов протекающих при ЭЭО. Выявлены группы сопряженных процессов, влияющих на отдельные технологические параметры. Непосредственное влияние на точность ЭЭО оказывает изменение размеров ЭИ, вследствие его износа и деформации, а также процессы, приводящие к неравномерности распределения МЭЗ.

Рассмотрены существующие способы компенсации износа ЭИ и неравномерности распределения МЭЗ. Большинство из них разработано для ЭИ простой формы (цилиндр и диск). Для повышения точности обработки ЭИ сложной формы применяется способ, заключающийся в учете износа и неравномерности МЭЗ на стадии проектирования ЭИ. Однако модели, использующиеся для расчета технологических параметров и определения размеров ЭИ, не позволяют одновременно учитывать все значимые процессы, что приводит к снижению эффективности ЭЭО за счет увеличения припуска на чистовую обработку, использования нескольких ЭИ.

Рис. I. Факторы, влияющие на технологические параметры ЭЭО

На основе проведенного анализа путей повышения точности ЭЭО был сделан вывод о том, что перспективным является совершенствование методов расчета технологических параметров и ЭИ за счет комплексного учета сопряженных физико-химических процессов в зоне обработки и сформулированы задачи исследования:

• исследовать физико-химические процессы электроэрозионной обработки, происходящие при единичном акте эрозии, с целью определения качества обработанной поверхности и создания математической базы для разработки моделей эволюции поверхности электродов;

• разработать модели эволюции поверхности электродов при электроэрозионной обработке, с целью определения величин погрешностей, вызванных процессами износа электрода-инструмента и процессами, вызывающими неравномерность распределения межэлектродного зазора;

• создать методику расчета технологических параметров ЭЭО и методику проектирования ЭИ, учитывающую износ ЭИ и неравномерность распределения МЭЗ, с целью повышения эффективности электроэрозионного формообразования.

Во второй главе проведено теоретическое исследование сопряженных физико-химических процессов ЭЭО при единичном акте эрозии. Исследованы процессы, происходящие в канале разряда; тепловые и термомеханические процессы в поверхности электрода и процессы изменения напряженности электрического поля в МЭЗ, вызванного присутствием продуктов эрозии в рабочей жидкости (РЖ).

Модель процессов в плазменном канале представлена следующими уравнениями:

dRP dt

Н§Ч+0 5

Я,

d2Rp) (Р-Р,

Л1 ) А

(1)

UIF, =(25/Х0-74)=(Я-Яо)[^] + ^], (2)

= (3)

/> = №], (4)

1,216.7 J

где R/ - внешний радиус жидкости в зазоре; Rp - радиус канала плазмы; Pf - давление в РЖ; Р - внешнее давление на РЖ; р0 - плотность РЖ; U - напряжение; /ток; протекающий через канал пробоя; Ff - часть мощности приходящаяся на плазму; Я - средняя энтальпия плазмы; Н0 - энтальпия окружающего изолятора; т

- масса плазмы; пх - множитель, описывающий среднее число частиц, представленных в плазме образованной из каждой молекулы воды при данных условиях; 8

- коэффициент поглощения; t- время импульса; Т- температура плазмы; S- величина МЭЗ.

Система уравнений включает в себя уравнение движения границы плазменного канала в РЖ (1); уравнение энергетического баланса для нестационарного состояния плазмы (2); уравнение передачи энергии посредством лучистой компоненты от плазменного канала к окружающей его РЖ (3) и уравнение состояния (4).

Данная модель позволяет определить изменение радиуса плазменного канала, температуры и давления в нем в течение импульса. Эти данные являются исходными при нахождении распределения температуры в электроде от единичного акта эрозии.

Нагревание материала электрода происходит за счет действия поверхностного и объемного источников тепла. При рассмотрении процессов распределения тепла в электроде влияние объемного источника тепла не учитывалось.

Для описания процесса распределения тепла в электроде использована мо-

дель, основанная на применении источников Томпсона:

Л2

26 еЧ (5)

С ■ р\4-я-а-1у

где Q - количество тепла; а. С, р - коэффициент температуропроводности, удельная теплоёмкость и плотность обрабатываемого материала, соответствено; Я - радиус вектор точки пространства, имеющей искомую температуру Т(Яд).

Уравнение (5) описывает температурное поле от мгновенного точечного источника, в котором выделяется количество тепла <3, для полуограниченного тела с адиабатической границей. При его получении использованы следующие допущениями: электрод рассматривается как массивное полуограниченное тело; отвод тепла в РЖ не учитывается; фазовые превращения в месте действия разряда не учитываются. Соотношение (5) позволяет определять размеры единичной лунки.

Уравнение (5) не учитывает испарение металла с поверхности электрода, которое наблюдается при ЭЭО. Для оценки количества испаренного металла использовались следующие соотношения:

гтч л/(2я"»У"6 I * ,1

I— 15кТ Уи (7)

УЗ т

Рплг=Ч<>ЛкТ^ (9)

где «я - плотность паров; т - масса атома; и - эффективная дебаевская частота колебания атомов; к - газокинетическая константа Больцмана; 7л - температура плавления метала; ум^ Уе~ поток массы и энергии с поверхности электрода, соответственно; т- работа выхода атомов из расплава; а^п/пн", а2=Т/Тп; аз=т/[пц(к Тп/2ят)1/2]; М- число Маха; Рпар - давление пара материала электрода.

Уравнения (6) - (9) позволяют определить потоки массы и энергии с поверхности расплава в среду с противодавлением с учетом зависимость величины плотности насыщенных паров расплава металлов пц(Тц) для равновесной системы пар - твердое тело.

Совместное использование моделей тепловых процессов в электродах позволяет определять размеры единичной лунки и доли материала, удаляемые за счет плавления и испарения.

Нестационарное температурное поле, возникающее под действием импульсного разряда, приводит к тому, что в процессе эрозии твердые поверхностные слои материала за приделами единичной лунки подвергаются не только чисто тепловым, но и механическим воздействиям. Следствием этого является возникновение пластических деформаций, а так же микротрещин в поверхностных слоях.

Исходя из допущения, что тело изотропное определяются только главные напряжения а^, афф и аее в интересующей нас точке. Эти напряжения определяют-

ся после вычисления термоупругого потенциала перемещении из уравнения:

У2Ф = ^аГ , (10)

\-ц

где Ф - термоупругий потенциал; ц - коэффициент Пуассона; а - коэффициент термического расширения.

В случае непрерывно действующего точечного источника, для ап, афф и аее получаем:

(И)

где г0 = - безразмерная величина.

Соотношения (11) позволяют прогнозировать величину и распределение термомеханических напряжений в поверхностных слоях заготовки и ЭИ и используются для выбора рациональных режимов обработки, обеспечивающих отсутствие дефектов в поверхностном слое электродов.

Присутствие в диэлектрике продуктов эрозии приводит к неравномерному распределению напряженности электрического поля в МЭЗ. Как следствие этого меняется распределение разрядов по рабочим поверхностям электродов. При эквидистантном МЭЗ напряженность поля будет больше в местах скопления металлических продуктов эрозии. Это означает, что здесь возрастает вероятность пробоя и увеличивается пробивное расстояние. Это приводит к погрешности ЭЭО полостей.

Модель, описывающая изменение напряженности электрического поля в МЭЗ, была построена на основе рассмотрения сохранения массы, проходящей через элементарный объем зазора, при единичном акте эрозии. Выражение для определения концентрации продуктов эрозии примет следующий вид:

(1+р-80 и (12)

где 1!о и 5о скорость РЖ и величина межэлектродного промежутка при отсутствии продуктов эрозии; кч - коэффициент проскальзывания продуктов эрозии; У3 -суммарная массовая скорость эрозии; / - длина тракта эвакуации продуктов эрозии.

Пробой в промежутке происходит в месте, где напряженность электрического поля максимальная. Если считать, что поверхности электродов эквидистантны, но при этом в МЭЗ присутствует проводящая частичка, то пробой произойдет именно через нее. Напряженность поля в этом месте будет равна:

(13)

¿о

где Е - напряженность электрического поля в МЭЗ; Лф - разность потенциалов анода и катода.

Данная модель позволяет учитывать влияние грата на напряженность электрического поля в МЭЗ. Величина напряженности поля оказывает влияние на пробивное расстояние а, следовательно, и на точность обработки.

В третьей главе проведено теоретическое исследование электроэрозионного формообразования. Предложены модели эволюции рабочих поверхностей электродов сложной геометрической формы и осесимметричной формы для ЭЭО профилированными ЭИ и модель формирования погрешности заготовки для ЭЭО не профилированным ЭИ.

В общем случае при обработке профилированным ЭИ его поверхность и поверхность заготовки могут быть заданы неявными функциями (рис. 2):

Ф.ш(х,у,2 + Н,(г)=0

Ф, (*,;>>, 2, А)=0 ' ^

где х, у, г - декартовы координаты точек, расположенных на поверхности ЭИ и за-

I

готовки; Н= |кэ„(г)/г - расстояние, пройденное ЭИ вдоль оси г; Узи(г) - скорость

о

перемещения ЭИ в процессе обработки; I - время.

Рис. 2. Эволюция поверхностей электродов: 1 - заготовка; 2 - ЭИ; 3 - элемент исходной поверхности ЭИ; 4 - элемент измененной поверхности ЭИ; 5 - элемент исходной поверхности заготовки; 6 - элемент измененной поверхности заготовки

Считая, что съем металла с ЭИ и заготовки происходит по нормали к поверхности из соотношений (14) следуют уравнения эволюции поверхностей ЭИ и заготовки в процессе обработки

-^ээо|епи1Фз

5Ф3

" ал

дФэи дк

= 0,

дФэи д(г + И)

= 0,

(15)

где к, - относительный объемный износ ЭИ; кп - коэффициент, учитывающий неоднородность электрического поля в МЭЗ (кривизну поверхности ЭИ); Кээо - скорость съема металла при ЭЭО.

Производя замену переменных соотношения (15) можно свести к уравнениям типа уравнения эйконала:

и

1

При ЭЭО поля скоростей Кээо на поверхностях ЭИ и заготовки являются взаимосвязанными, т.к. съем металла при каждом разряде осуществляется как с поверхности ЭИ, так и с поверхности заготовки. При этом объем металла, удаленного с ЭИ составляет некоторую долю {к,) объема металла, удаленного с заготовки. В связи с неоднородностью электрического поля в МЭЗ (обусловленной, например, кривизной поверхностей ЭИ и заготовки) отношение линейных скоростей съема металла с ЭИ и заготовки отлично от значения . Это обстоятельство учитывается коэффициентом кп

кп=дР3!дРш, (17)

где Fз, - площадь поверхности заготовки и ЭИ, соответственно.

Для определения взаимосвязи полей скоростей Кээо на поверхности заготовки и поверхности ЭИ при известной геометрии МЭЗ производится расчет распределения электрического поля. При этом на поверхностях электродов задаются граничные условия первого рода (потенциал), а на вспомогательных поверхностях, ограничивающих расчетную область, задается нулевое значение градиента потенциала электрического поля. Расчет производится методом граничных элементов. В результате расчета определяется распределение напряженности электрического поля по поверхностям электродов.

При определении Кээ0 считалось, что распределение критической напряженности электрического поля в МЭЗ - £ч,(х,.у,г) является заданным. В общем случае для определения распределения Е^ требуется детальное рассмотрение процессов переноса в МЭЗ, что связано с большими трудностями. Для участков

д<р

поверхности заготовки и ЭИ, на которых

дп

< Еу, съем металла отсутствует,

поэтому принималось, что Уээо = 0.

Для остальных участков поверхности значение У^ж определялось исходя из условия снижения напряженности электрического поля на поверхностях электродов после съема металла до заданного критического значения Е^.

Если напряженность электрического поля больше критического значения на поверхности ЭИ, то значение У^ определяется из соотношения

^И + К^П}

р! . гэи

у1

м

+ кк>

"у

(18)

если же напряженность электрического поля больше критического значения на поверхности заготовки, то значение У-^эо определяется так

к Ь дп

пУ 1

Т ■ (20)

При расчете поля скоростей Кэ;эо с помощью соотношений (18) и (19) не учитывалось влияние изменения конфигурации МЭЗ, обусловленное съемом металла на соседних участках поверхности ЭИ и заготовки на значение что может привести к несколько завышенным значениям скорости съема металла. Для уменьшения, возникающей при этом погрешности использовался метод релаксации, т.е. при расчете новой конфигурации МЭЗ рассчитанные значения умножались на коэффициент релаксации а. Значения коэффициента а принимались в диапазоне от 0.9 до 0.6. Для каждой глубины обработки И расчет осуществлялся итерационно, до тех пор, пока напряженность электрического поля на электродах не становилась меньше £ . После этого поверхность ЭИ смещалась в направлении оси г на величину ДА и выполнялись расчеты для следующего шага по глубине обработки.

В случае, когда поверхности заготовки и ЭИ незначительно отличаются друг от друга (являются квазиэквидистантными) описанную схему моделирования формообразования при ЭЭО можно существенно упростить. Во-первых, при этом можно использовать локально-одномерное приближение для электрического поля дер1 1 Ц дп ■

Во-вторых, целесообразно определять в направлении внешней нормали к поверхности ЭИ, т.е. LJ будет представлять собой локальное значение МЭЗ. И, в-третьих для вычисления значений к} оказывается достаточным использования

значений главных кривизн поверхностей заготовки и ЭИ и величины МЭЗ.

Предложенная модель эволюции обрабатываемой поверхности и поверхности ЭИ, а также модели и методы расчета, взаимосвязанных полей скоростей съема металла с ЭИ и заготовки носят общий характер и могут быть использованы для моделирования разнообразных схем ЭЭО. Для ряда частных случаев: отсутствие износа или малый износ ЭИ, получены приближенные методики расчета рабочей поверхности электрода-инструмента.

Поверхность электрода может иметь осесимметричную форму. При обработке распределение напряженности электрического поля и скоростей удаления металла с такого электрода будет постоянным для каждого его поперечного сечения. В этом случае можно перейти от решения трехмерной задачи ЭЭФ к решению двумерной. При этом вместо эволюции поверхности электрода будем рассматривать эволюцию его продольного сечения. На рис. 3 приведена схема, поясняющая данную модель.

Исходное уравнение имеет вид:

5-Я' + Де + Дн' = 5 или ^^

Я' = Де + Лн> '

где Я'- перемещение точки поверхности электрода по нормали к ней; Де и Аи> -съем металла с ЭИ и заготовки, соответственно.

Выражение для Н' будет иметь следующий вид:

Н' = Н-аюа+^-, (22)

где Н - величина подачи; а - угол между направлением подачи и нормалью к поверхности в рассматриваемой точке; — - изменение МЭЗ.

51

Формулы, связывающие съем материала с заготовки с ее перемещением, износом ЭИ и изменением величины МЭЗ имеют вид:

дБ

Нсоъа + -

Дм"=-

Ы

1 + *„

(23)

или для ЭИ:

Де = Д \»-ку. (24)

Данная модель при совместном использовании с моделью, описывающей влияние продуктов эрозии на величину напряженности электрического поля, позволяет изучать эволюцию рабочих поверхностей осесимметричных электродов для всех режимов обработки.

Рис. 3. Модель для расчета эволюции поверхностей электродов с учетом износа ЭИ и неравномерного распределения величины МЭЗ: 1 - заготовка, 2 - заготовка

после подвода, 3 - ЭИ

При ЭЭО проволочным ЭИ, имеющим диаметр 0.3 мм и менее, а расстояние между направляющими 100 мм и более, основным фактором, влияющим на технологические параметры обработки является деформация ЭИ за счет действия электрических разрядов. Износ ЭИ в этом случае допустимо не учитывать, так как он компенсируется за счет перемотки проволоки.

На проволочный ЭИ находящийся в резе действуют как фронтальные разряды, так и боковые. Результирующая сила от действия фронтальных разрядов имеет постоянное направление - против направления резания. Она приводит к прогибу проволоки, в результате чего фронтальная поверхность реза получается выпуклой. Данное отклонение приводит к возникновению погрешности при изменении направления резания на некоторый угол. Результирующая сила от действия боковых разрядов постоянно меняет направление в ходе обработки, в результате чего проволока начинает вибрировать в поперечном направлении. Это приводит к возникновению бочкообразное™ формы реза в поперечном направлении.

При рассмотрении модели формирования погрешности заготовки за счет вибрации проволоки под действием боковых разрядов принималось, что сопротивление РЖ отсутствует.

Было принято, что на проволочный ЭИ действует сила, возникающая в канале разряда F, между электродом - заготовкой и ЭИ - проволокой, и сила натяжения проволоки N. Движение проволоки описывается с помощью следующего уравнения:

где у - масса единицы длинны проволоки; f{z,t) - распределенная нагрузка на проволоку от действия разрядов.

Определение формирующейся за счет вибрации проволочного ЭИ погрешности боковой поверхности реза в заготовке проводилось исходя из следующих соображений: в результате вибрации ЭИ отклоняется от центрального положения на расстояние равное половине амплитуды колебаний; при постоянной величине МЭЗ боковая поверхность реза будет эквидистантна поверхности ЭИ. Это можно записать в следующем виде:

= + (26)

где Ay,(z,f) - отклонение боковой поверхности реза заготовки в рассматриваемой точке; Ду(г,/) - отклонение ЭИ рассматриваемой точке; d - диаметр ЭИ.

Рассмотренная модель позволяет вычислять величину амплитуды колебаний проволочного ЭИ при заданных режимах обработки а, следовательно, определять достижимую точность ЭЭО. Использование данной модели при проектировании операций ЭЭО позволяет назначать режимы обработки, обеспечивающие минимальную погрешность обработки.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований, которые проводились с целью проверки адекватности моделей процессов ЭЭО, разработанных во II и III главах. Также рассмотрены методики прогнозирования технологических параметров ЭЭО и проектирования ЭИ, основанные на моделях сопряженных физико-химических процессов и эволюции поверхностей электродов при ЭЭО.

Экспериментальные исследования влияния режимов обработки на геометрические параметры единичных лунок и эволюцию поверхностей электродов при электроэрозионном копировании проводились на электроэрозионном копироваль-но-прошивочном станке модели 4Г721М.

Данный станок предназначен для обработки сложнопрофильных отверстий типа щелей, фильер и матриц вырубных штампов.

Для экспериментальной проверки адекватности модели тепловых процессов в электроде было проведено серия опытов. В качестве изменяемого параметра использовалась частота импульсов.

В качестве заготовки использовалась латунная пластина (JIC 63-3 ГОСТ 4442-72) 40x15x2 мм. ЭИ медный (М1 ГОСТ 859-66) - стержень круглого сечения диаметром 8 мм. РЖ - масло индустриальное И-12.

Измерение параметров микрорельефа обработанных поверхностей производилось на измерительном микроскопе.

дилось на измерительном микроскопе.

По модели тепловых процессов в электродах были получены параметры единичных лунок. Сравнение результатов измерений геометрических разменов лунок полученных экспериментально с теоретически вычисленными по модели показало, что величины параметров лунок согласуются хорошо. На рис. 4 показаны фотографии лунок полученных на образце при втором и седьмом экспериментах (граница лунки обозначена сплошной линией). Для сравнения пунктиром нанесены контуры лунок, полученных теоретически. Характер изменения экспериментально полученных величин диаметров лунок можно объяснить тем, что при обработке произошло их частичное перекрытие.

Использованная для расчетов математическая модель позволяет производить вычисление геометрических параметров лунок с достаточной точностью: среднее рассогласование результатов для глубин лунок 15.1 %, среднее рассогласование результатов для диаметров лунок 14.5 %.

а) б)

Рис. 4 Экспериментально 1 и теоретически 2 полученные лунки: а) Г= 200 КГц, = 10 А, иср =100 В; б) Г= 8 КГц, 1ср= 3 А, и* =45 В

При экспериментальной проверке адекватности модели эволюции поверхностей электродов в качестве заготовки использовался разъемный цилиндр из стали 45 ГОСТ 1050-44 40x15x2 мм и ЭИ, изготовленный из углеграфита. Он представляет собой трубку с внешним диаметром 9 мм и внутренним диаметром 5 мм. Рабочая жидкость - масло индустриальное И-12.

Для исследования влияния продуктов эрозии на величину МЭЗ были проведены эксперименты по электроэрозионному прошиванию полости трубчатым электродом с прокачкой и без прокачки РЖ. Обработка производилась на следующих режимах: частота - 200 КГц; напряжение - 65 В; средний ток - 3 А; давление прокачки РЖ - 2 кгс/см2 (для первого эксперимента). Время обработки 4 часа 10 мин.

После обработки одна часть заготовки удалялась без открепления второй части и без отвода ЭИ. После этого производилось разделение ЭИ по плоскости разъема заготовки. Далее производилась фиксация ЭИ и заготовки между собой для предотвращения смещения их относительно друг друга. После отвердевания клея сборка заготовка - ЭИ снималась с установки. Измерения величин МЭЗ и сечений электродов производилось на измерительном микроскопе.

На основании полученных данных построены графики изменения величины зазоров по глубине полученных полостей: при обработке с прокачкой (рис. 5а) и

без прокачки (рис. 56). Теоретический расчет величин внешних МЭЗ проводился на основе модели, описывающей изменение напряженности поля в МЭЗ.

Из сравнения результатов полученных экспериментально и теоретически видно, что погрешность последних составляет в среднем 8 % для обработки с прокачкой и 16 % для обработки без прокачки. Таким образом, предложенная модель является адекватной и может быть использована для расчета технологических параметров и электродов-инструментов при ЭЭО.

Глубина обработки z, мм Глубина обработки г, мм

а) б)

Рис. 5. Изменение МЭЗ при обработке с прокачкой (а) и без прокачки (б) рабочей жидкости: Sp - расчетная величина зазора; вэ - величина зазора, полученная экспериментально

При экспериментальной проверке адекватности модели эволюции поверхностей проволочного ЭИ в качестве электрода-инструмента использовалась латунная проволока диаметром 0.25 мм. Заготовка представляла собой цилиндр длиной 121.95 мм, диаметром 34.8 мм из нержавеющей стали 12Х18Н10Т.

Эксперименты проводились на электроэрозионном проволочно-вырезном станке при следующих режимах: напряжение 44 В, частота импульсов 100 кГц, скорость эрозии 84 мм2/мин, скорость перемотки проволоки 7 мм/с, натяжение проволоки 1Н, расстояние между фильерами 85 мм. В качестве РЖ использовалась вода деионизированная. Измерения геометрических параметров заготовки проводились на измерительной машине по трем точкам в четырех сечениях.

Вычисление теоретических значений отклонения профиля проводились по модели, предложенной в третьей главе. Отклонение расчетного значения отклонения боковой поверхности реза от экспериментально полученного составило 18% -25%, следовательно, модель, удовлетворительно согласуется с практическими результатами.

Были разработаны методики расчета технологических параметров ЭЭО и проектирования ЭИ, основанные на математических моделях сопряженных физико-химических процессов ЭЭО, а также процессов эволюции ЭИ и МЭЗ при ЭЭО.

Методика расчета технологических параметров позволяет по заданным режимам обработки, свойствам материала заготовки, ЭИ и РЖ, а также известным геометрическим параметрам ЭИ определять достигаемое качество поверхности, величину удаляемого припуска и вычислять итоговые форму и размеры детали.

Методика проектирования ЭИ позволяет по заданным режимам обработки и

геометрическим параметрам детали вычислять исходную форму рабочей поверхности ЭИ. Исходными данными при проектировании ЭИ являются: чертеж детали или ее трехмерная модель, допустимые отклонения заданной поверхности, режимы обработки, марка материала ЭИ и заготовки, рабочая жидкость. В результате проектирования получаем чертеж ЭИ или его трехмерную модель. Перед проектированием ЭИ предварительно должен быть проведен расчет режимов обработки, который выполняется в следующей последовательности:

1. В соответствие с теплофизическими параметрами заданного материала обрабатываемой детали и достигаемой шероховатостью поверхности по рекомендациям определяется параметры импульса;

2. Используя математические модели сопряженных физико-химических процессов ЭЭО, по найденным значениям параметров импульса, определяем геометрические параметры микрорельефа обработанной поверхности и величину дефектного слоя. В случае отклонения полученных в результате расчета технологических параметров от заданных производится корректировка режимов обработки.

Проектирование ЭИ выполняется в следующей последовательности:

1. На основе исходных данных (режимы обработки, теплофизические свойства материалов электродов, свойства РЖ) вычисляется скорость эрозии, величина МЭЗ в чистой РЖ.

2. По чертежу заготовки строится эквидистантный профиль ЭИ. Расстояние между профилями ЭИ и заготовки принимается равным величине МЭЗ в чистой РЖ.

3. По моделям распределения продуктов эрозии в МЭЗ и эволюции ЭИ пошагово производится расчет изменения размеров электродов в каждой точке их поверхности до тех пор, пока глубина обрабатываемой полости не станет нулевой.

Для применения в данной методике модель эволюции поверхности ЭИ, рассмотренная ранее, была доработана. Это связано с тем, что исходная модель описывает удаление материала с электрода в ходе ЭЭО, а для данной методики необходимо рассмотрение обратной задачи.

Сущность предлагаемых изменений заключается в реверсировании процессов, происходящих при ЭЭО, то есть перемещение точек поверхности электродов происходит в направлении внешней, а не внутренней, нормали. Таким образом, производится переход от реального процесса ЭЭО, к обратному процессу, при котором материал наносится на электроды.

Данная модель эволюции поверхности электрода позволяет определять исходные размеры и форму ЭИ для случая получения осесимметричной формообразующей поверхности заготовки. Данная модель учитывает эволюцию рабочей поверхности ЭИ и присутствия продуктов эрозии в МЭЗ. Учет действия процессов, влияющих на точность ЭЭО, при проектировании ЭИ позволил повысить ее точность.

Разработанная методика позволяет проектировать рабочую поверхность ЭИ с учетом эволюции поверхностей электродов и неравномерности распределения МЭЗ (рис. 6). Для проверки точности электроэрозионного формообразования ЭИ, спроектированным по разработанной методике и полученным путем эквидистантного смещения формообразующей поверхности детали было проведено моделирование ЭЭО.

В качестве исходных данных для моделирования были взяты данные, использованные при проектировании ЭИ.

На рис. 7 показаны заданный профиль детали и профиль детали, полученный путем моделирования электроэрозионного формообразования ЭИ, спроектированным по разработанной методике и по существующей методике.

Рис. 7. Профили деталей: 1 - заданный чертежом; 2 - полученный ЭИ, спроектированным по разработанной методике; 3 - полученный ЭИ, спроектированным по

существующей методике

Из рис. 7 видно, что профили деталей заданный чертежом и полученный ЭИ, спроектированным по разработанной методике незначительно отличаются друг от друга (максимальная погрешность 14 мкм). А профиль детали, полученный путем моделирования электроэрозионного формообразования ЭИ спроектированным по существующей методике существенно отличается от заданного (максимальная погрешность 170 мкм).

Использование предложенного метода расчета ЭИ позволяет повысить точность обработки или уменьшить припуск на чистовую обработку на 30 - 50 %. Результаты работы использованы при разработке технологических операций и проектировании электродов-инструментов для ЭЭО ряда деталей сложной формы, внедрены в учебный процесс ТулГУ.

а)

б)

Рис. 6. Чертеж детали (а) и спроектированного ЭИ (б)

ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИИ

1. Существующие методы расчета технологических параметров и электродов-инструментов основываются, либо на эмпирических зависимостях, либо на упрощенных частных моделях процесса, что снижает эффективность электроэрозионной обработки поверхностей сложной формы.

2. Разработан комплекс взаимосвязанных математических моделей сопряженных физико-химических процессов при единичном электроэрозионном разряде, включающий в себя модели процессов переноса заряженных частиц и газогидродинамических процессов в канале пробоя, модели тепловых процессов в электродах при единичном разряде и модель термомеханических процессов в электродах, который является базой для моделирования эволюции рабочих поверхностей электродов и прогнозирования качества обработанной поверхности.

3. В результате теоретических исследований влияния продуктов эрозии на распределение напряженности электрического поля в межэлектродном зазоре разработана модель, позволяющая определять изменение величины зазора с учетом свойств и параметров течения рабочей жидкости, свойств материалов электродов и производительности обработки.

4. Предложена модель эволюции обрабатываемой поверхности и поверхности электрода-инструмента, а также модели и методы расчета, взаимосвязанных полей скоростей съема металла с электрода-инструмента и заготовки.

5. Предложена модель, описывающая изменение размеров проволочного электрода-инструмента, позволяющая определять величину формирующийся погрешности поверхности реза, с учетом режимов обработки и характеристик рабочей части проволочного электрода-инструмента.

6. Проведенные экспериментальные исследования подтвердили адекватность разработанных математических моделей: для тепловых процессов рассогласование практических и теоретических результатов составляет до 15%, а для эволюции поверхностей профилированных электродов до 12%.

7. На основании разработанных моделей процессов электроэрозионной обработки и эволюции рабочих поверхностей электродов созданы методики расчета технологических параметров электроэрозионного формообразования (шероховатость поверхности, величина дефектного слоя, припуск на обработку, точность обработки) и электродов-инструментов. Разработанные методики, реализованные в виде комплекса программ, интегрированного с современными CAD системами, позволяют на 30 - 50 % повысить точность расчета технологических параметров электроэрозионной обработки.

8. Результаты работы использованы при проектировании технологических операций и электродов-инструментов для электроэрозионной обработки ряда деталей ("Инфракрасные и микроволновые системы", г. Москва; "ОбщеМашЦентр", г. Тула), внедрены в учебный процесс ТулГУ.

«2 16 1 4 в

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ОТРАЖЕНО В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ:

1. Журин, A.B. Моделирование формообразования полости при электроэрозионном копировании / A.B. Журин, В.М. Волгин // Известия ТулГУ. Серия Элек-трофизикохимические воздействия на материалы. - Тула: ТулГУ. - 2002 г., с. 6773.

2. Журин, A.B. Проектирование электродов-инструментов для электроэрозионной обработки /A.B. Журин. Материалы Международной научно-технической конференции "Современная электротехнология в промышленности центра России". - Тула: ТулГУ, 28 октября 2003 г. - с. 102-106.

3. Журин, A.B. Проектирование электродов-инструментов для изготовления турбинной лопатки /A.B. Журин, Е.А. Савченко. Материалы Международной научно-технической конференции "Современная электротехнология в промышленности центра России". - Тула: ТулГУ, 28 октября 2003 г. - с. 204-208.

4. Журин, A.B. Влияние продуктов эрозии на величину межэлектродного промежутка /A.B. Журин. Материалы Международной научно-технической конференции "Современная электротехнология в промышленности центра России". -Тула: ТулГУ, 2003 г. 3 июня - с. 75-78.

5. Журин, A.B. Моделирование тепловых процессов при электроэрозионном вырезании / A.B. Журин. // Известия ТулГУ. Серия Электрофизикохимические воздействия на материалы. - Тула: ТулГУ. - 2003 г., с. 78-83.

6. Волгин, В.М. Проектирование электродов-инструментов для электроэрозионной обработки / В.М Волгин, В.В. Любимов, A.B. Журин // сборник трудов 4 International scientific and technical conference "Fundamental and applied technological problems of machine building".- Россия, Орел, 25 - 27 сентября 2003 г. С 532 - 535.

7. Журин, A.B. Моделирование процесса эвакуации продуктов эрозии и их влияние на формирование межэлектродного промежутка /A.B. Журин. Материалы Международной научно-технической конференции "Современная электротехнология в промышленности центра России". - Тула: ТулГУ, 2004 г., с. 59- 63.

8. Журин, A.B. Моделирование формирования погрешности при операциях электроэрозионного вырезания / A.B. Журин, В.М. Волгин // Известия ТулГУ. Серия Электрофизикохимические воздействия на материалы. - Тула: ТулГУ. -2004г., с. 82 -88.

Подписано в печать 08.09.05. Формат бумаги 60х! Офсетная печать. Усл. печ. л. 1,1. Усл. кр.-отт. 1,1 ГОУ ВПО «Тульский государственный университ 300600, г. Тула, пр. Ленина, 92. Кафедра «Физико-химические процессы и технол

РНБ Русский фонд

2006-4 16231

ВВЕДЕНИЕ.

I. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА.

1.1. Анализ объекта исследования.

1.1.1. Режимы обработки.

1.1.2. Износ электрода-инструмента.

1.1.3. Неравномерность распределения межэлектродного зазора.

1.1.4. Деформация электрода-инструмента.

1.2. Выводы. Цель работы и задачи исследования.

II. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ

ПРОЦЕССОВ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ.

2.1. Исследование процессов в канале пробоя.

2.1.1. Исследование процессов переноса заряженных частиц и газогидродинамических процессов в канале пробоя.

2.1.2. Вычисление параметров газо-гидродинамических процессов в канале пробоя.

2.2. Исследование тепловых процессов в электродах при единичном разряде.

2.2.1. Моделирование процесса плавления в электродах при единичном разряде.

2.2.2. Моделирование процесса испарения на электродах при единичном разряде.

2.2.3. Вычисление удаления материала с электрода при единичном разряде.

Ф 2.3. Исследование термомеханических процессов в электродах.

2.4. Исследование процесса эвакуации продуктов эрозии и их влияния на формирование межэлектродного промежутка.

2.4.1. Математическая модель.

2.4.2. Вычисление напряженности электрического поля в межэлектродном зазоре.

2.5 Выводы.

III. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ.

3.1. Исследование эволюции поверхностей электродов.

3.2. Исследование эволюции поверхностей электродов осесимметричной формы.

3.2.1. Математическая модель эволюции поверхностей электродов, учитывающая износ электрода-инструмента.

• 3.2.2. Математическая модель эволюции поверхностей электродов, учитывающая влияние продуктов эрозии.

3.2.3. Математическая модель эволюции поверхностей электродов, учитывающая износ электрода-инструмента и неравномерность распределения межэлектродного зазора.

3.2.4. Расчет изменения рабочих поверхностей электродов в ходе электроэрозионной обработки.

3.3. Исследование эволюции поверхностей электрода-заготовки при электроэрозионном вырезании.

3.3.1. Математическая модель.

3.3.2. Вычисление амплитуды колебаний электрода-инструмента.

3.7. Выводы. IV. МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И ЭЛЕКТРОДОВ-ИНСТРУМЕНТОВ И ИХ ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ.

4.1. Технологическое оборудование для проведения экспериментальных исследований.

4.2. Экспериментальная проверка адекватности модели тепловых процессов в электроде.

4.3. Экспериментальная проверка адекватности модели эволюции поверхностей электродов.

4.4. Экспериментальная проверка адекватности модели эволюции поверхностей электрода-заготовки при электроэрозионном вырезании.

4.5. Методика расчета технологических параметров электроэрозионной обработки.

4.6. Методика проектирования электродов-инструментов.

4.6.1. Использование модели эволюции поверхностей электродов для проектирования электродов-инструментов.

4.6.2. Пример практической реализации методики проектирования электрода-инструмента.

4.6.3. Сравнение точности электроэрозионной обработки произведенной электродами-инструментами, спроектированными по различным методикам.

4.7. Выводы.

В машиностроении наблюдается тенденция к усложнению формы деталей машин и механизмов. Так же, постоянно возрастают требования к их точности и надежности. Для повышения надежности требуется применение более прочных материалов. Их обработка классическими методами затруднена. А для повышения точности необходимо снизить погрешности, возникающие при обработке. Вышеназванные требования можно выполнить благодаря использованию методов обработки, основанных на электрофизикохимических воздействиях. Одним из таких методов является электроэрозионная обработка (ЭЭО). Это эффективный метод изготовления формообразующих поверхностей штампов, пресс-форм, литьевых форм, изготовление деталей со сложным контуром, получение в деталях пазов и щелей и т. д. [1 - 3].

Положительными моментами ЭЭО являются:

• возможность обработки электропроводных материалов с любыми физико-механическими характеристиками [1,4, 5];

• возможность сложного формообразования с использованием простейших схем движения инструмента и детали [1, 3, 6 - 8];

• возможность осуществить все схемы формообразования, которые встречаются при обработке на металлорежущих станках, а также некоторые схемы, осуществить которые на металлорежущих станках невозможно [1, 3, 8 - 10].

Электроэрозионный процесс имеет ряд недостатков:

• в поверхностном слое при обработке возможно возникновение микротрещин и структурных изменений материала [8, 11 - 13];

• электрод-инструмент (ЭИ) подвержен разрушению [14-19];

• форма и размеры детали отличаются от формы и размера ЭИ [18, 20 -23];

• при использовании маложестких ЭИ происходит их деформация [24 -28].

Влияние последних факторов сказывается на технологических параметрах электроэрозионного формообразования. Их улучшение является одной из основных задач в области развития ЭЭО. Это среди прочего отмечено в постановление правительства РФ от 8 ноября 2001 г. N 779 "Об утверждении федеральной целевой программы "Национальная технологическая база" на 2002 - 2006 годы" [29].

Факторы, влияющие на технологические параметры обработки, обуславливаются электроэрозионным оборудованием и процессами, происходящими при обработке. Погрешности, возникающие за счет действия процессов, происходящих при ЭЭО, существенно больше погрешностей, вносимых современным электроэрозионным оборудованием. Поэтому одним из основных направлений повышения эффективности ЭЭО является совершенствование методов расчета технологических параметров и электродов-инструментов.

Существующие методы расчета технологических параметров и ЭИ основываются, либо на эмпирических зависимостях, либо на упрощенных частных моделях процесса, которые позволяют получать удовлетворительные результаты лишь при обработке поверхностей простой геометрической формы (плоскость, цилиндр, диск). При ЭЭО поверхностей сложной формы на технологические показатели обработки большое влияние оказывает изменение размеров ЭИ из-за неравномерности износа (или деформации) по его поверхности и неравномерность межэлектродного зазора (МЭЗ), обусловленная влиянием продуктов обработки на электрическую прочность рабочей среды. Однако, при расчете технологических параметров и проектировании ЭИ эти факторы не учитываются, что приводит к необходимости увеличения припусков на чистовую обработку, последовательного использования нескольких электродов-инструментов.

Целью данной работы является повышение эффективности электроэрозионной обработки за счет разработки методов расчета технологических параметров и электродов-инструментов, учитывающих изменение размеров ЭИ в процессе обработки и неравномерность распределения МЭЗ и базирующихся на математических моделях сопряженных физико-химических процессов в межэлектродном зазоре и электродах.

Работа состоит из следующих основных частей: 1) анализ современного состояния вопроса; 2) теоретические исследования физико-химических процессов ЭЭО; 3) теоретическое исследование электроэрозионного формообразования; 4) методики расчета технологических параметров и ЭИ и их практическая реализация.

Положениями, выносимыми на защиту, являются:

1. Модели сопряженных физико-химических процессов в электродах и межэлектродном зазоре при единичном акте эрозии.

2. Модель изменения межэлектродного зазора, учитывающую влияние продуктов обработки на распределение напряженности электрического поля в нем.

3. Модели эволюции поверхностей электродов сложной формы при электроэрозионном формообразовании.

4. Методы расчета технологических параметров электроэрозионной обработки и электродов-инструментов сложной формы, базирующиеся на разработанных математических моделях сопряженных физико-химических процессов и моделях эволюции поверхностей электродов.

5. Результаты экспериментальных исследований влияния режимов обработки на геометрические параметры единичных лунок, эволюцию поверхностей электродов при электроэрозионном копировании и точность формирования поверхности при электроэрозионном вырезании.

Работа выполнена на кафедре «Физико-химических процессов и технологий» и лаборатории «Электрофизических и электрохимических методов обработки» им. Ф.В. Седыкина Тульского государственного университета.

Автор выражает благодарность научному руководителю д.т.н., профессору В.М. Волгину, а также всем сотрудникам кафедры и лаборатории за помощь, поддержку и полезные замечания при выполнении работы.

I. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА

8. Результаты работы использованы при проектировании технологических операций и электродов-инструментов для электроэрозионной обработки ряда деталей ("Инфракрасные и микроволновые системы", г. Москва; "ОбщеМашЦентр", г. Тула), внедрены в учебный процесс ТулГУ.

1. Мицкевич, М. К. Электроэрозионная обработка материалов / М. К. Мицкевич, А. И. Бушик, И. А. Бакуто и др. Минск. Наука и техника, 1988.

2. Электроэрозионная и электрохимическая обработка: расчет, проектирование, изготовление и применение электродов-инструментов. Часть I: Электроэрозионная обработка. М., 1980.

3. Haruki OBARA, Fundamental Study on Corrosion of Cemented Carbide during Wire EDM / Haruki Obara, Harutoshi Satou, Masatoshi Hatano

4. Katsushi Furutania, Accretion of titanium carbide by electrical discharge machining with powder suspended in working fluid / Katsushi Furutania, Akinori Saneto, Hideki Takezawa, Naotake Mohria, Hidetaka Miyakeb:

5. Harmen, S. J. EDM and ECM for Mass Production Philips DAP/ S. J. Harmen // Proceedings of International Symposium for Electromachining ISEM XIII. 2001.

6. Гуткин, В. Г. Электроимпульсная обработка металлов.: Электроразрядная обработка материалов / В. Г. Гуткин, A. JI. Лившиц. Л.: Машиностроение, 1971, вып. 2

7. Левинсон, Е. М. Электроэрозионная обработка: Справочное пособие по электротехнологии / Е. М. Левинсон, В. С. Лев. Л.: Лениздат, 1972. -326 с.

8. Ким, Е. И. Модель термоупругого разрушения в процессе импульсной электроэрозионной обработки материалов / Е. И. Ким, С. Н. Харин // Электрофизические и электрохимические методы обработки, вып. 5. М., НИИМАШ, 1983.

9. Немилов, Е. Ф. Электроэрозионная обработка материалов / Е. Ф. Немилов. Л.: Машиностроение, 1983, - 160 с.

10. Сливков, И. Н. Электрический пробой и разряд в вакууме / И. Н. Сливков,B. И. Михайлов, Н. И. Сидоров, И. А. Настюхина. М., 1966.

11. Геворкян, Г. Г. Закономерности искажения переходных участков электрода-инструмента при электроимпульсной обработке / Г. Г. Геворкян // Электрофизические и электрохимические методы обработки М., НИИМАШ.

12. Коренблюм, М. В. Чистовая электроэрозионная обработка с малым износом инструмента / М. В. Коренблюм // Станки и инструмент, № 6, 1980.

13. Левит, М. Л. Определение углового износа медных и углеграфитовых электродов-инструментов при электроэрозионной обработке / М. Л. Левит, Н. М. Арнольди. // Электрофизические и электрохимические методы обработки М., НИИМАШ.

14. Намитоков, К. К. Влияние геометрии электродов на эрозию в различных средах при низковольтных импульсных разрядах / К. К. Намитоков, Е. В. Ковалева, А. А. Харисов // Электрофизические и электрохимические методы обработки, вып. 8, М., НИИМАШ, 1976.

15. Arunachalam, С. Wire Vibration, Bowing and Breakage in Wire EDM. /C.Arunachalam, M. Aulia, B. Bozkurl, P.T. Eubank // Proceedings of International Symposium for Electromachining ISEM XII. 1998. P. 109 -118.

16. Chin-Teng, Lin Improvement of machining accuracy by fuzzy logic at corner parts for wire-EDM / Chin-Teng Lin ,I-Fang Chung,Shih-Yu Huang.

17. Tamura, T. Measurement of impulsive force and crater formation in impulsedischarge / Т. Tamura, Y. Kobayashi // Proceedings of International Symposium for Electromachining ISEM XIV. 2004. P. 212 - 216

18. Постановление правительства РФ от 8 ноября 2001 г. N 779 "Об утверждении федеральной целевой программы "Национальная технологическая база" на 2002 2006 годы"

19. Фотеев, Н. К. Технология электроэрозионной обработки. / Н. К. Фотеев -М.: Машиностроение. 1980, 184 с.

20. Лазаренко, Б. Р. Физика электроискрового способа обработки металлов, вып.1./ Б. Р. Лазаренко, Н. И. Лазаренко М.: Госэнергоиздат, 1946.

21. Лепунов, М. А. Электроэрозионная обработка металлов и сплавов. / М. А. Лепунов, Е. Л. Цента, Э. П. Юфа К.: Техника. 1965, - 150 с.

22. Schulze, Investigation of the pre-ignition stage in EDM/ Schulze, Hans-Peter, Lauter // Proceedings of International Symposium for Electromachining -ISEM XIII. 2001.

23. Aulia, M. Thermal analysis of EDM wire process/ M. Aulia, B. Bozkurt, P.T. Eubank // Proceedings of International Symposium for Electromachining -ISEM XII. 1998. P. 129- 138.

24. Лазаренко, Б. P. Электрические способы обработки металлов, и их применение в машиностроении. / Б. Р. Лазаренко М.: Машиностроение, 1978.-40с.

25. Попилов, Л. Я. Электрофизическая и электрохимическая обработка материалов: Справочник. / Л. Я. Попилов Л.: Машиностроение. 1982, -400 с.

26. Perez, R. Theoretical modeling of energy balance in electroerosion/ R. Perez, H. Rojas, G. Walder, R. Flukiger // Proceedings of International Symposium for Electromachining ISEM XIV. 2004. P. 198 - 203

27. Hockenberry, Т.О. Geometrical Formation of the Discharge channel in narrow Gaps. / Т.О. Hockenberry // SME-paper

28. Бакуто, И. А. О начальной стадии процесса электрической обработки, в кн. Физические основы электроискровой обработки материалов. / И. А. Бакуто, И. Г. Некрашевич М.: Изд-во АН СССР, 1966.

29. Descoeudres, A. Optical emission spectroscopy of electrical discharge machining plasma / A. Descoeudres, C. Hollenstein, R. Demellayer, G. Walder // Proceedings of International Symposium for Electromachining ISEM XIV. 2004. P. 184-191

30. Visan, A. A new concept of defining and calculating the characteristic quantities of material removal form electrodes in EDM / A. Visan, I. Gavrilas // Proceedings of International Symposium for Electromachining ISEM IX. 1989. P. 345-348.

31. Schulze, H.-P. Comparison of measured and simulated crater morphology for EDM / H.-P. Schulze, R. Herms, H. Juhrh, W. Schaeizing, G. Wollenberg // Proceedings of International Symposium for Electromachining ISEM XIV. 2004. P. 316-322

32. Лебедев, С. В. Изв. АН АрмССР. 1950. Т.З, №1

33. Лившиц, A. JI. Физическая модель процесса объемной электроэрозионной обработки./ A. JI. Лившиц // Станки и инструмент, №9, 1977.

34. Ривкин, Э. М. Методика расчета величины измененной зоны в приповерхностном слое деталей после электроэрозионной обработки./ Э. М. Ривкин, М. Ш. Отто, А. Т. Кравец // Электрофизические и электрохимические методы обработки, вып. 8, М.: НИИМАШ, 1977.

35. Левинсон, Е. М. Электроискровая обработка металлов. / Е. М. Левинсон Л.: Лениздат, 1957. - 186 с.

36. Горский, Б. А. Снижение трудоемкости чистовой электроэрозионнойобработки на вырезных станках / Б. А. Горский, Б. М. Бихман // Электрофизические и электрохимические методы обработки М.: НИИМАШ

37. Исследования, проводимые компанией "Мицубиси" в области электрической обработки // Электрофизические и электрохимические методы обработки, вып. 3, М.: НИИМАШ, 1972.

38. Журавлев, Н. Н. Качество поверхностного слоя ферромагнитных материалов при электроэрозионной обработке / Н. Н. Журавлев, Никитина С. В., Ржевцев Ю. В. // Электрофизические и электрохимические методы обработки, вып. 5, М.: НИИМАШ, 1978.

39. Повышение производительности получистовой и чистовой электроэрозионной обработки путем использования транзисторных генераторов импульсов: Тезисы доклада

40. Мелик-Огандженян, П. Б. Определение оптимальных режимов электроискровой обработки с помощью стандартного планирования эксперимента / П. Б. Мелик-Огандженян // Физические основы электроискровой обработки материалов. М.: Наука, 1966

41. Хана, М. Г. Исследование и выбор параметров импульсов тока для предварительной электроэрозионной обработки / М. Г. Хана, Otto М. Ш. // Электрофизические и электрохимические методы обработки- М.: НИИМАШ

42. Амитан, Г. J1. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки / Г. JI. Амитан, И. А. Байсупов, Ю. М. Барон и др. -Л.: Машиностроение. 1988. 719 с.

43. Падогин, А. А. Особенности электроимпульсной обработки при круговом поступательном движении электрода-инструмента / А. А. Падогин // Станки и инструмент, № 9, 1967

44. Faidas Н., Christophorou L. G., McCorkle D. L. in Proceedings of the 10th International Conference on Conduction and Breakdown in Dielectric liquids, edited by P. Atten and R. Tobezeon (IEEE, New York, 1990), p. 34.

45. Tzeng, Y.-F. Effects of Powder Characteristics on Electro discharge Machining / Y.-F. Tzeng, C.-Y. Lee

46. Кохановская, Т. С. Зависимости торцовых межэлектродных зазоров от величины расхода жидкости. / Т. С. Кохановская // Электрофизические и электрохимические методы обработки, вып. 6 М.: НИИМАШ, 1971.

47. Кохановская, Т. С. Методика расчета межэлектродного зазора при проектировании электрода-инструмента для электроэрозионной обработки. / Т. С. Кохановская // Электрофизические и электрохимические методы обработки, вып. 1 М., НИИМАШ, 1974.

48. Полоцкий, В. Е. Моделирование и анализ температурного поля на поверхности электрода при электроэрозионной обработке. / В. Е. Полоцкий, В. В. Каминская, А. И. Левин и др. // Электрофизические и электрохимические методы обработки М.: НИИМАШ

49. Fuzhu, Н. Chaos found in distribution of EDM spark / H. Fuzhu, Runieda Masanori. // Proceedings of International Symposium for Electromachining -ISEM XIII. 2001.

50. Bernd, M. After 60 years of EDM the discharge process remains still disputed / M. Bernd, Schumacher // Proceedings of International Symposium forElectromachining ISEM XIV. 2004. P. 376 - 381.

51. Kunieda, M. Clarifying mechanism of determining tool electrode wear ratio in EDM using spectroscopic measurement of vapor density/ M. Kunieda, T. Kobayashi // Proceedings of International Symposium for Electromachining -ISEM XIV. 2004. P. 284 288

52. Артамонов, Б. А. Анализ моделей процессов электрохимической и электроэрозионной обработки. Часть И. Модели процессов электроэрозионной обработки/ Б. А. Артамонов, Ю. С. Волков. Под ред. Т.Н. Крауэова "Патент" г. Ужгород, 1991

53. Kozak, J. Effect of the wear of rotating tool on accuracy of machined parts / J. Kozak

54. Kozak, J. Computer simulation of rotating electrical discharge machining / J. Kozak, Z. Gulbinowicz, D. Kozlowska

55. Bossak, M. Application of sensitivity analysis for designing and manufacturing micro-electro-mechanical system / M. Bossak, J. Kozak

56. Bossak, M. Selected problems of designing and manufacturing micro-electromechanical system accelerometers / M. Bossak, J. Kozak

57. Yu, Z.Y. Modelling and Simulation of Micro EDM Process / Z.Y. Yu, J. Kozak, K. P. Rajurkar

58. Лившиц, A. JI. Расчет размеров рабочей части электрода-инструмента при электроэрозионной обработке: Рекомендации./ A. JI. Лившиц, Т. С. Кохановская, А.Т. Кравец, Н.А. Донченко. М.: ЭНИМС, отдел электрофизикохимических методов обработки, 1975.

59. Лившиц, А. Л. Характеристики межэлектродных зазоров./ А. Л. Лившиц, Т. С. Кохановская // Электрофизические и электрохимические методы обработки, вып. 5 М.: НИИМАШ, 1971.

60. Лившиц, А. Л. Характер изменения межэлектродного зазора по фасонной поверхности электрода при электроэрозионной обработке./ А. Л. Лившиц, Т. С. Кохановская // Электрофизические и электрохимические методы обработки, вып. 4 М.: НИИМАШ, 1974.

61. Crowe, R.W. Format be time lags in the electric breakdown of liquid hydrocarbons / R.W. Crowe // Journal of applied Physics Vol. 27(1956) Nr. 2

62. Hayakawa, S. Study on EDM phenomena with in process measurement of gap distance / S. Hayakawa, M. Takahashi, F. Itoigawa, T. Nakamura // Proceedings of International Symposium for Electromachining ISEM XIV. 2004. P. 250 - 255

63. Лившиц, А. Л. Требования к рабочей жидкости для электроэрозионной обработки./ А. Л. Лившиц, Т. С. Кохановская. // Электрофизические и электрохимические методы обработки, М.: НИИМАШ.

64. Лившиц, А. Л. Математическая модель процесса электроэрозионной обработки и устойчивость./ А. Л. Лившиц, С. Ф. Тимашев // Электрофизические и электрохимические методы обработки, вып. 6 М.: НИИМАШ, 1974.

65. Розе, Л. В. Влияние величины межэлектродного зазора на условия образования защитной пленки на электроде-инструменте при единичном импульсном разряде/ Л. В. Розе //Электрофизические и электрохимические методы обработки, вып. 12 М.: НИИМАШ, 1972.

66. Соколов, В. Н. Выбор и влияние рабочей среды при многоконтурной многоэлектродной обработке на электроэрозионных станках / В. Н. Соколов

67. Friedhebn, A. Modeling for EDM gap control in die sinking / A. Friedhebn, T. Claudia. // Proceedings of International Symposium for Electromachining -ISEM XIII. 2001.

68. Rehbein, W. Influence of selected groups of additives on breakdown in EDM sinking / W. Rehbein, H. P. Schulze, K. Mecke, G. Wollenberg, M. Storroelheld // Proceedings of International Symposium for Electromachining -ISEM XIV. 2004. P. 58-64

69. Некрашевич, И. Г. Влияние взвешенных частиц металла на пробой жидких диэлектриков при низком напряжении. / И. Г. Некрашевич, И. А. Бакуто, М. К. Мицкевич // сборник трудов ФТИ АН БССР, вып. 1, 1964.

70. Левит, М. Л. Влияние скорости течения жидкости в зазоре на стойкость электрода-инструмента. / М. Л. Левит// Электрофизические и электрохимические методы обработки, вып. 1 М.: НИИМАШ, 1972.

71. Полоцкий, В. Е. Парообразование в рабочей зоне и его роль в процессе электроэрозионной обработки./ В. Е. Полоцкий // Электрофизические и электрохимические методы обработки, вып. 5 М.: НИИМАШ, 1968.

72. Kunieda, М. Study on wire electrode temperature in WEDM / M. Kunieda, S. Takeshita, K. Okumiya // Proceedings of International Symposium for Electromachining ISEM XII. 1998.

73. Liao, Y.S. The energy aspect of material property in WEDM and its application / Y.S. Liao, Y.P. Yu // Proceedings of International Symposium for Electromachining ISEM XIV. 2004. P. 77 - 82

74. Volgin, V. М. Mathematical Modelling of Changing Workpiece Surface at Electrochemical Shaping / V. M. Volgin, V. V. Lyubimov // Proceedings of International Symposium for Electromachining ISEM XII. Aachen. 1998. P. 523 - 532.

75. Калиткин, Н. Н. Численные методы / Н. Н. Калиткин М.: Наука, 1878 -512с.