ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Полимерные композитные материалы (ПКМ) используются для повышения механических свойств и увеличения сроков эксплуатации годных изделий. Для обработки изделий, выполненных из ПКМ, целесообразно применение электрофизических методов обработки. Одним из таких методов является копировально-прошивная электроэрозионная обработка (КПЭЭО). Применение таких методов обработки ПКМ обусловлено их высокими физико-механическими свойствами и сложностью обработки лезвийными методами. Ввиду того, что одним из элементов ПКМ является связующее – эпоксидная смола, которая в процессе электроэрозионной обработки разрушается на кромках получаемых отверстий и пазов, ПКМ можно считать труднообрабатываемым материалом. Во время КПЭЭО отверстий в изделиях из ПКМ происходит повышение температуры, зачастую вызванное неэффективным охлаждением в зоне обработки. Статья посвящена теоретическому моделированию в пакете Ansys, позволяющему оценить влияние способа промывки на эффективность КПЭЭО изделий из ПКМ на основе численного моделирования в программных системах конечно-элементного анализа. Целью работы является повышение производительности  процесса КПЭЭО изделий, выполненных из ПКМ. Методы. Экспериментальные исследования проводились по методу классического эксперимента на копировально-прошивном электроэрозионным станке Smart CNC. Заготовка подвергалась обработке при постоянном напряжении U = 50 B, времени включения импульса T_on = 100 мкс и силе тока I = 10 A. Для теоретического моделирования потока использовалось программное обеспечение ANSYS CFX 20.1. Моделирование распределения потоков проводилось при трех значения глубины обработки (2, 10, 15 мм), а также при трех значениях угла наклона форсунок (15°, 45°,75°). Результаты и обсуждения. Анализ полученных данных показал, что при КПЭЭО ПКМ следует учитывать угол расположения форсунок промывки для увеличения производительности обработки глубоких глухих отверстий. Установлено, что наибольшее значение производительности достигается при расположении форсунок под углом 15?. Преобладает ламинарное движение. При данном расположении форсунок значение давления жидкости и вывод шлама являются стабильными как при КПЭЭО ПКМ на глубину 2 мм, так и при обработке на глубину 15 мм. Отмечено, что для обработки отверстий глубиной 10 мм и более стоит учитывать угол наклона форсунки промывки, для эффективной обработки  из зазора необходимо удалить эродированные частицы. В процессе проведения экспериментального исследования  при обработке отверстий глубиной 15 мм наблюдались налипания шлама на электрод-инструмент, а также замыкание процесса КПЭЭО, возникновение вторичных разрядов в зоне обработки, что вызывало остановку процесса обработки.

1. Sarde B., Patil Y.D. Recent research status on polymer composite used in concrete – An overview // Materials Today Proceedings. – 2019. – Vol. 18. – P. 3780–3790. – DOI: 10.1016/j.matpr.2019.07.316.

2. Mechanical performance of woven kenaf-Kevlar hybrid composites / R. Yahaya, S.M. Sapuan, M. Jawaid, Z. Leman, E.S. Zainudin // Journal of Reinforced Plastics and Composites. – 2014. – Vol. 33 (24). – P. 2242–2254. – DOI: 10.1177/0731684414559864.

3. Thomason J. A review of the analysis and characterisation of polymeric glass fibre sizings // Polymer Testing. – 2020. – Vol. 85. – P. 106421. – DOI: 10.1016/j.polymertesting.2020.106421.

4. Shlykov E.S., Ablyaz T.R., Oglezneva S.A. Electrical discharge machining of polymer composites // Russian Engineering Research. – 2020. – Vol. 40. – P. 878–879. – DOI: 10.3103/S1068798X20100275.

5. Electric-discharge machining of polymer composites / T.R. Ablyaz, K.R. Muratov, E.S. Shlykov, G.S. Shipunov, T.V. Shakirzyanov // Russian Engineering Research. – 2019. – Vol. 39. – P. 898–900. – DOI: 10.3103/S1068798X19100058.

6. Analysis of wire-cut electro discharge machining of polymer composite materials / T.R. Ablyaz, E.S. Shlykov, K.R. Muratov, S.S. Sidhu // Micromachines. – 2021. – Vol. 12 (5). – P. 571. – DOI: 10.3390/mi12050571.

7. Yilmaz O., Okka M.A. Effect of single and multi-channel electrodes application on EDM fast hole drilling performance // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2010. – Vol. 51. – P. 185–194. – DOI: 10.1007/s00170-010-2625-3.

8. Bozdana A.T., Ulutas T. The effectiveness of multichannel electrodes on drilling blind holes on Inconel 718 by EDM process // Materials and Manufacturing Processes. – 2016. – Vol. 31. – P. 504–513. – DOI: 10.1080/10426914.2015.1059451.

9. Haas P., Pontelandolfo P., Perez R. Particle hydrodynamics of the electrical discharge machining process. Pt. 1: Physical considerations and wire EDM process improvement // Procedia CIRP. – 2013. – Vol. 6. – P. 41–46. – DOI: 10.1016/j.procir.2013.03.006.

10. Computational fluid dynamics analysis of working fluid flow and debris movement in wire EDMed kerf / A. Okada, Y. Uno, S. Onoda, S. Habib // CIRP Annals – Manufacturing Technology. – 2009. – Vol. 58. – P. 209–212. – DOI: 10.1016/j.cirp.2009.03.003.

11. Takino H., Han F. Cutting of polished single-crystal silicon by wire electrical discharge machining using anti-electrolysis pulse generator // Proceedings of the 14th International Conference of the European Society for Precision Engineering and Nanotechnology. – Dubrovnik, Croatia, 2014. – Vol. 2. – P. 59–62.

12. Wang J., Han F. Simulation model of debris and bubble movement in consecutive-pulse discharge of electrical discharge machining // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2014. – Vol. 77. – P. 56–65. – DOI: 10.1016/j.ijmachtools.2013.10.007

13. Schumacher B.M. About the role of debris in the gap during electrical discharge machining // CIRP Annals – Manufacturing Technology. – 1990. – Vol. 39. – P. 197–199. – DOI: 10.1016/S0007-8506(07)61034-8.

14. Su J.C., Kao J.Y., Tang Y.S. Optimisation of the electrical discharge machining process using a GA-based neural network // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2004. – Vol. 24. – P. 81–90. – DOI: 10.1007/s00170-003-1729-4.

15. Investigation of the scaling effects in meso-micro EDM / U. Maradia, K. Wegener, J. Stirnimann, R. Knaak, M. Boccadoro // ASME 2013 International Mechanical Engineering Congress and Exposition. – San Diego, 2013. – Vol. 2B. – P. 63160. – DOI: 10.1115/IMECE2013-63160.

16. A new electrode sidewall insulation method in electrochemical drilling / J. Wang, W. Chen, F. Gao, F. Han // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2014. – Vol. 75. – P. 21–32. – DOI: 10.1007/s00170-014-6131-x.

17. Numerical simulation of liquid-solid two-phase flow field in discharge gap of high-speed small hole EDM drilling / Y.Q. Wang, M.R. Cao, S.Q. Yang, W.H. Li // Advanced Materials Research. – 2008. – Vol. 53–54. – P. 409–414. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.53-54.409.

18. Kliuev M., Baumgart C., Wegener K. Fluid dynamics in electrode flushing channel and electrode-workpiece gap during EDM drilling // Procedia CIRP. – 2018. – Vol. 68. – P. 254–259. – DOI: 10.1016/j.procir.2017.12.058.

19. Ablyaz T.R., Shlykov E.S., Muratov K.R. Improving the efficiency of electrical discharge machining of special-purpose products with composite electrode tools // Materials. – 2021. – Vol. 14. – P. 6105. – DOI: 10.3390/ma14206105.