10608

Электроэрозионная обработка материалов. Теория электротепловых процессов

Лекция

Математика и математический анализ

Электроэрозионная обработка материалов. Теория электротепловых процессов Производительность и точность электроискровой обработки чистота обработанной поверхности определяются многими факторами. Важнейшими из них являются параметры электрической схемы обуслов

Русский

2013-03-29

79.5 KB

5 чел.

Электроэрозионная обработка материалов. Теория электротепловых процессов

Производительность и точность электроискровой обработки, чистота обработанной поверхности определяются многими факторами. Важнейшими из них являются параметры электрической схемы, обусловливающие режимы работы; материал обоих электродов; среда, окружающая электроды; взаимное расположение, форма и размеры электродов, а также качественная работа вспомогательных устройств.

Количество металла, удаленного с поверхности анода единичным импульсным разрядом, определяется величиной накопленной системой энергии и другими параметрами импульса. Энергия, запасенная в системе накопителем, равна

  (1)

где С — емкость накопительного конденсатора, мкФ; U — напряжение, до которого заряжается конденсатор, В; L — индуктивность накопительной катушки, мкГн; I — значение тока в цепи    накопительной    катушки, А.

Из (1) видно, что изменять величину энергии, запасенной в импульсе, можно или за счет емкости конденсатора, или за счет напряжения на нем при емкостном накопителе энергии. Однако следует отметить, что изменение емкости и напряжения по-разному влияет на производительность процесса, точность и чистоту обработанной поверхности. Так, например, увеличение напряжения приведет к увеличению межэлектродного промежутка, а следовательно, и его сопротивления, в результате чего увеличится длительность импульса. При прохождении длительных импульсов на поверхности электрода образуются лунки с большим отношением их диаметра к глубине. Если же при той же энергии конденсатора уменьшить напряжение, то разряд будет более коротким, а образовавшиеся лунки будут иметь малое значение отношения диаметра к глубине . И в том и в другом случае с поверхности анода будет выброшено одинаковое количество металла, однако нетрудно заметить, что чистота обработанной поверхности в первом случае будет выше. Высота микронеровностей Rz во втором случае будет больше по сравнению с первым. Рельеф поверхности, обработанной электроискровым методом, имеет специфический характер. Даже в случае обработки на очень тонких (чистовых) режимах невозможно добиться выше 11-го класса чистоты обработанной поверхности.

Вместе с тем следует отметить, что с увеличением напряжения на электродах снижается точность обработки. Так как размеры электрода-инструмента всегда отличаются от размеров отверстия, прошиваемого в детали (рис. 1) на удвоенную величину межэлектродного промежутка а, то увеличение напряжения на электродах приведет к увеличению этого зазора, что отрицательно влияет на точность процесса обработки.

Поскольку электроискровая обработка возможна лишь  в  том  случае,  когда  к  обрабаты-

              Рис. 1                        Рис. 2

ваемой  поверхности энергия подводится отдельными импульсами, то в процессе взаимодействия обрабатываемой поверхности с высококонцентрированным потоком заряженных частиц необходима определенная пауза между импульсами, в течение которой межэлектродный промежуток восстановит свою электрическую прочность (произойдут деионизация МЭП и удаление из зоны обработки продуктов эрозии). Этим фактически определяется допустимая частота следования рабочих импульсов.

Кроме того, в течение этой паузы система должна накопить очередную порцию энергии заданной величины. Длительность одного рабочего цикла определяется выражением

     (2)

где Т — продолжительность цикла, с; ta — время, в течение которого конденсатор накапливает энергию, с; tv — длительность разряда, с.

Таким образом, при электроискровой обработке частота следования импульсов определяется только временем, необходимым для деионизации МЭП. Длительность процесса зарядки конденсатора (см. рис. 2) можно существенно сократить за счет уменьшения зарядного сопротивления, т. е. увеличения тока зарядки.

Многочисленными исследованиями установлено, что процесс электроискровой обработки подчиняется принципу аддитивности, т. е., с одной стороны, все закономерности для единичных импульсов будут справедливы для интегрального процесса и с другой — процесс эрозии будет протекать в условиях, близких к оптимальным. Исходя из этого количество металла, выбрасываемого искровыми импульсами с поверхности анода за определенный промежуток времени, может быть очень точно определено соотношением

  (3)

где γ — количество металла, выброшенного с поверхности анода, г; W — энергия единичного импульса, Дж; n — количество импульсов; k — коэффициент пропорциональности, определяемый физическими константами материала электродов, составом среды и длительностью импульса.

Из приведенного соотношения видно, что основными энергетическими факторами, влияющими на скорость обработки, являются энергия единичного импульса и частота их следования.

Стремление вложить в каждый импульс возможно большее значение энергии заставляет увеличивать емкость конденсаторов и напряжение, до которого они заряжаются, так как энергия пропорциональна квадрату напряжения.

На рис. 8 приведены кривые изменения тока и напряжения на конденсаторе и МЭП во времени. Участки кривых тока и напряжения, ограниченные промежутком времени tn (длительность подготовительной фазы), показывают характер изменения напряжения на конденсаторе "(а следовательно, и на электродах) и тока в зарядной цепи конденсатора, участки кривых, ограниченных временем tp (длительность процесса разряда конденсатора),— соответственно изменение напряжения и тока в цепи МЭП.

Из анализа схемы, представленной на рис. 2, видно, что при пробое межэлектродного промежутка по существу замыкаются два источника питания — конденсатор и внешний источник. Характеристики этих источников напряжения  весьма  различны.  Если при  разряде  конденсатора напряжение на нем очень быстро снижается практически до нуля, чем и объясняется импульс тока, то напряжение на внешнем источнике, как правило, выше напряжения на конденсаторе, вследствие чего может возникнуть затяжка импульса во времени. Чтобы не допустить этого явления, необходимо выбирать параметры схемы таким образом, чтобы заданной величине зарядного тока (ограничиваемого сопротивлением R) соответствовала емкость конденсатора, при которой рассматриваемая схема генерирует искровые импульсы электрического тока заданной длительности и частоты повторения. Вместе с тем следует помнить, что величина сопротивления R существенно влияет на КПД установки.

С увеличением энергии импульсов растет производительность процесса обработки, однако при этом снижаются точность и чистота обработанной поверхности. Поэтому при заданной чистоте поверхности и точности обработки энергию зарядки конденсатора можно увеличивать до определенного предела.

Рис.3

Следующий энергетический параметр, влияющий на производительность процесса,— частота следования рабочих импульсов, которая может быть увеличена двумя способами.

1. За счет увеличения тока зарядки конденсатора можно сократить время его зарядки, чем уменьшается длительность подготовительной фазы (рис. 3). На рис. 3 видно, что за один и тот же промежуток времени процесса   обработки  при   большем   токе  зарядки   (при прочих равных условиях) количество импульсов будет больше, а следовательно, будет снято больше металла с поверхности анода.

Следует обратить внимание на то, что величина токоограничивающего сопротивления в зарядной цепи может быть уменьшена лишь до определенного  предела, диктуемого границей  инверсии    (перехода искровой формы разряда в дуговую,    которая    непригодна для размерной обработки).

2. Частота следования импульсов в значительной степени определяется не только длительностью подготовительной фазы, но также и скоростью восстановления электрической прочности межэлектродного промежутка. К увеличению скорости восстановления искрового промежутка приводят следующие технологические факторы, не связанные с электрическими параметрами схемы:

применение  принудительной  циркуляции   рабочей жидкости   в   межэлектродном   промежутке,  что   способствует эвакуации продуктов эрозии из зоны обработки. В зависимости от свойств жидкости    и скорости ее перемещения  частота  следования  импульсов  может  быть повышена в 1,5—3 раза:

сообщение  одному  из   электродов   механических колебаний  малой  амплитуды  и  высокой частоты;

быстрое   вращение   электрода-инструмента,    если позволяет его форма;

изготовление   в   электродах-инструментах   технологических отверстий, через которые подается жидкость в зону обработки и уносятся продукты эрозии;

применение   в    качестве    межэлектродных    сред-жидкостей, не дающих при возникновении в них электрических  разрядов  твердых  продуктов  разложения,  но выделяющих  при  этом    газы,   способствующие   удалению продуктов эрозии из МЭП за счет флотации;

уменьшение   зоны   взаимодействия   между   электродом и деталью, что достигается применением в качестве  межэлектродной жидкости  воды  вместо  керосина. Это  приводит  к  увеличению   производительности   процесса в 2—3 раза. В связи с тем, что при этом значительно   уменьшается   загрязнение   МЭП,   имеется   возможность еще в 2—3 раза повысить интенсивность процесса  за  счет  увеличения  частоты  следования  импульсов. Поэтому электроискровая  прецизионная обработка в воде и при питании МЭП от специального генератора коротких  импульсов   является  очень  производительным процессом.  При  питании  промежутка  от релаксационных   генераторов   применение   воды   невозможно   ввиду прохождения   между   электродами    электрохимических реакций.

PAGE  57


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

31298. Синтез схем синхронних автоматів з памяттю 3.18 MB
  Закріпити отримані теоретичні знання зі знань теорії дискретних автоматів, навчитися визначати бульові функції і будувати функціональні схеми простих синхронних автоматів, заданих словесним описом
31299. Синтез схем асинхронних автоматів з пам’яттю за словесним описом 880 KB
  Для КС його задають у вигляді логічних виразів а для ЦА абстрактного автомата. Щоб краще зрозуміти їх суть уточнимо поняття структурного автомата який є кінцевою метою синтезу рис.2 Функціональна схема структурного автомата На відміну від абстрактного автомата що має один вхідний і один вихідний канал на які надходять сигнали у вхідному та вихідному алфавітах структурний автомат має вхідних каналів і вихідних на яких з’являються сигнали в структурному алфавіті автомата. Кожен вхідний сигнал абстрактного автомата можна закодувати...
31300. Системи числення, кодування інформації 287.5 KB
  Можна вигадати незлічену кількість способів запису числа цифровими знаками але практично застосована система числення повинна давати змогу: зображувати будьяке число в розглядуваному діапазоні величин; одержувати єдине зображення кожної величини; просто виконувати операції з числами. Розрізняють позиційні і непозиційні системи числення. Непозиційною системою числення називають спосіб зображення чисел коли значення цифри не залежить від її позиції в числі наприклад римський запис числа.
31301. Методичні вказівки щодо виконання контрольних робіт з дисципліни “Теорія автоматичного керування” 4.7 MB
  Диференціальні рівняння і передавальні функції елементів САК 5 Задача 2. Часові та частотні характеристики динамічних ланок САК 6 Задача 3 Дослідження стійкості лінійних САК 10 Задача 4 Синтез коректувальних пристроїв за логарифмічними частотними характеристиками 14 Додаток. Метою її вивчення є освоєння принципів побудови різних типів систем автоматичного керування САК; вивчення властивостей і особливостей лінійних нелінійних і дискретних САК; вивчення методів аналізу стійкості та якості...
31302. Методичні вказівки щодо виконання курсової роботи з дисципліни “Теорія автоматичного управління” 2.74 MB
  Методичні вказівки щодо виконання курсової роботи з дисципліни “Теорія автоматичного управління” для студентів денної та заочної форм навчання зі спеціальностей: 7.092203 - "Електромеханічні системи автоматизації та електропривод”, 7.092204 - “Електромеханічне обладнання енергоємних виробництв”
31303. ТЕОРІЯ АВТОМАТИЧНОГО УПРАВЛІННЯ 1.61 MB
  Лабораторні роботи проводяться на ПЕОМ у компютерному класі кафедри. Знаходячись у класі, кожен студент зобовязаний дотримувати правил техніки безпеки, які викладені в спеціальній Інструкції з техніки безпеки в компютерному класі, і правил пожежної безпеки, що також викладені в спеціальній інструкції.
31304. Методичні вказівки щодо виконання лабораторних робіт з курсу Теорія автоматичного керування 1.49 MB
  Лінійні системи автоматичного керування (САК) описують лінійними диференціальними рівняннями. У цих рівняннях змінні та їх похідні зустрічаються лише у першому ступені й відсутні взаємні добутки змінних та їх добутки з похідними.
31305. Методичні вказівки до виконання контольних і розрахункових завданнь з курсу “Теорія електропривода” 725.5 KB
  Сумісна робота двигуна і робочої машини. Вираз характеристик двигуна у відносних одиницях. Гальмівні режими роботи двигуна: а з віддачею енергії в мережу рекуперативне гальмування; б режим противмикання; в режим електродинамічного гальмування. Механічні характеристики і регулювання швидкості двигуна при шунтуванні якоря.
31306. ТЕОРІЯ ЕЛЕКТРОПРИВОДА 397.5 KB
  Незважаючи на різноманітність систем електропривода в завданні на проект а також у методичних вказівках здійснюється загальний підхід до розв’язання задач вибору потужності двигуна дослідження статичних і неусталених режимів. Розрахувати відсутні параметри тахограми орієнтовно визначити потужність двигуна вибрати за каталогом двигун і редуктор. Виконати уточнений розрахунок потужності електродвигуна використовуючи формули приведення моментів і мас що обертаються. Розрахувати й побудувати статичні характеристики двигуна в розімкненій і...