Obrabotka Metallov 2019 Vol. 21 No. 1

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 21 No. 1 2019 19 TECHNOLOGY Нормальное функционирование ЭМПТ обе- спечивается при шероховатости коллекторной пластины не более 0,8 мкм, одинаковой толщине сформированного композиционного слоя и равно- мерном распределении углерода в этом слое. Зная зависимость толщины композиционного слоя от различных параметров ЭИО, можно посредством регулировки этих параметров с помощью предло- женной установки [7] обеспечивать постоянство толщины слоя вдоль всей поверхности. Одним из параметров ЭИО, который мож- но регулировать, является напряжение между электродами. С целью определения зависимости глубины композиционного слоя l 1 от напряжения между электродами U предлагается следующая физическая модель. Так как подаваемый на электроды импульс имеет прямоугольную форму, напряжение элек- трического поля между электродами будем счи- тать постоянным, но резко возрастающим в на- чале и резко убывающим в конце движения. При постоянной скорости движения анода относи- тельно катода v A с течением времени расстоя- ние между анодом и заготовкой линейно убыва- ет, а напряженность электрического поля между катодом и анодом линейно возрастает. Внешнее электрическое поле между элек- тродами индуцирует ток электронов катода из приповерхностных слоев к поверхности в уз- кой области вблизи обрабатываемого участ- ка поверхности. Следовательно, избыточные электроны создают в поверхностном слое меди переменное электрическое поле, стремящееся скомпенсировать внешнее поле между катодом и анодом, модуль напряженности которого про- порционален модулю напряженности внешнего поля, с одной стороны, и поверхностной плот- ности заряда, сформированного электронами поверхностного слоя, – с другой. Поэтому по- верхностная плотность заряда, концентрация электронов и связанная с концентрацией через подвижность удельная проводимость вблизи об- рабатываемого участка заготовки также линейно возрастают с приближением анода. Пусть  – очень малое время, в течение ко- торого внешнее поле выключается, напряжен- ность результирующего электрического поля в обрабатываемой области катода резко обра- щается в нуль, и электрический ток в области контакта прекращается. Тогда, согласно зако- нам Джоуля–Ленца и Ома в дифференциальной форме, количество теплоты, выделившееся при прохождении импульсного тока, прямо про- порционально U 3 между электродами, обратно пропорционально 3 A v сближения электродов и  2 продолжительности прекращения тока:   3 0 3 2 ~ , A U Q v (1) где  0 – электрическая постоянная (диэлектри- ческая проницаемость вакуума), а коэффициент пропорциональности зависит от свойств меди и формы области протекания тока. Количество теплоты, которое выделяется в результате прохождения тока, расходуется: 1) на нагревание приконтактной области поверх- ности заготовки, структура которой изменяется в результате обработки, – верхнего слоя, диф- фузионной зоны и зоны термического влияния; 2) на плавление внутренней части этой области – верхнего слоя и диффузионной зоны: Q  =  Q . (2) Коэффициент  < 1 учитывает потери тепло- ты на нагревание окружающей среды – воздуха и областей коллекторной пластины, в которых после воздействия импульсного тока изменения структуры несущественны или отсутствуют. Пусть c m – удельная теплоемкость;  – удель- ная теплота плавления;  – плотность меди;  T = T  – T – повышение температуры рассматри- ваемой зоны; T  – температура плавления меди (при этом принимается допущение, что темпе- ратура в зоне термического влияния в отличие от зоны, не подвергшейся влиянию, достигает температуры плавления с учетом возможного перегрева и измеряется экспериментально); T – начальная температура меди (температура окру- жающей среды); l 3 – максимальная глубина зоны термического влияния; l 2 – максимальная глу- бина диффузионной зоны. Считается приближен- но, что зона влияния процесса обработки состоит из нескольких сферических или цилиндрических слоев различной толщины с различными физико- химическими свойствами. Обозначим измеряемое в эксперименте отношение l 3  /  l 2 =  < 1. Тогда, учи- тывая выражения (1) и (2), получим соотноше- ние для максимальной глубины диффузионной зоны и максимальной глубины зоны термиче- ского влияния: