Том 24 № 2 2022 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Украина: Ковалевский С.В., доктор технических наук, профессор, проректор по научно-педагогической работе Донбасской государственной машиностроительной академии, г. Краматорск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Герасенко А.Н., директор ООО НПКФ «Машсервисприбор», г. Новосибирск, Кирсанов С.В., доктор техн. наук, профессор, ТПУ, г. Томск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Кудряшов Е.А., доктор техн. наук, профессор, Засл. деятель науки РФ, ЮЗГУ, г. Курск, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФПМ СО РАН, г. Томск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары В 2017 году журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» вошел в индекс цитирования Emerging Sources Citation Index (ESCI) базы Web of Science. Журналы, представленные в индексе цитирования ESCI, отвечают большинству базовых критериев Core Collection и расцениваются компанией Clarivate Analytics как наиболее влиятельные и востребованные издания, имеющие большую вероятность высокого научного интереса. Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing) на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия. Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 2 2022 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Тимофеев С.П., Гринек А.В., Хуртасенко А.В., Бойчук И.П. Технология механической обработки, цифровое моделирование и реализация устройства для контроля формы крупногабаритных деталей................................................................................................................................................................ 6 Шлыков Е.С., Абляз Т.Р., Муратов К.Р. Теоретическое моделирование процесса промывки межэлектродного пространства при копировально-прошивной электроэрозионной обработки изделий, выполненных из полимерных композитных материалов.................................................................................... 25 Логинов Ю.Н., Шимов Г.В., Бушуева Н.И. Деформации в нестационарной стадии прессования прутка из алюминиевого сплава с малым коэффициентом вытяжки.................................................................... 39 Сундуков С.К. Особенности наложения ультразвуковых колебаний в процессе сварки.......................... 50 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Подгорный Ю.И., Мартынова Т.Г., Скиба В.Ю. К вопросу об ограничении неравномерности движения технологической машины в заданных пределах................................................................................. 67 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Бурков А.А., Кулик М.А., Беля А.В., Крутикова В.О. Электроискровое осаждение порошка диборида хрома на нержавеющую сталь AISI 304........................................................................................ 78 Гуляшинов П.А., Мишигдоржийн У.Л., Улаханов Н.С. Влияние борирования и алитирования на структуру и микротвердость низкоуглеродистых сталей............................................................................... 91 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ Рекомендации по написанию научной статьи ...................................................................................................... 102 Подготовка аннотации ...................................................................................................................................... 107 Правила для авторов ......................................................................................................................................... 111 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 119 Корректор Л.Н. Ветчакова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 06.06.2022. Выход в свет 15.06.2022. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 15,0. Уч.-изд. л. 27,9. Изд. № 78. Заказ 189. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 24 No. 2 2022 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. We sincerely happy to announce that Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”), ISSN 1994-6309 / E-ISSN 2541-819X is selected for coverage in Clarivate Analytics (formerly Thomson Reuters) products and services started from July 10, 2017. Beginning with No. 1 (74) 2017, this publication will be indexed and abstracted in: Emerging Sources Citation Index. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 2 2022 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Ukraine: Sergiy V. Kovalevskyy, D.Sc. (Engineering), Professor, Vice Rector for Research and Academic Affairs, Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Gerasenko, Director, Scientifi c and Production company “Mashservispribor”, Novosibirsk; Sergey V. Kirsanov, D.Sc. (Engineering), Professor, National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Evgeniy A. Kudryashov, D.Sc. (Engineering), Professor, Southwest State University, Kursk; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, Institute of Strength Physics and Materials Science, Russian Academy of Sciences (Siberian Branch), Tomsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 24 No. 2 2022 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Timofeev S.P., Grinek A.V., Hurtasenko A.V., Boychuk I.P. Machining technology, digital modelling and shape control device for large parts..................................................................................................................... 6 Shlykov E.S. ,Ablyaz T.R.. Muratov K.R. Theoretical simulation of the process interelectrode space fl ushing during copy-piercing EDM of products made of polymer composite materials................................................ 25 Loginov Yu.N., Shimov G.V., Bushueva N.I. Deformations in the nonstationary stage of aluminum alloy rod extrusion process with a low elongation ratio.............................................................................................. 39 Sundukov S.K. Features of the superposition of ultrasonic vibrations in the welding process........................ 50 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Podgornyj Yu.I., Martynova T.G., Skeeba V.Yu. On the issue of limiting the irregular motion of a technological machinewithin specifi ed limits.................................................................................................... 67 MATERIAL SCIENCE Burkov A.A., Kulik M.A., Belya A.V., Krutikova V.O. Electrospark deposition of chromium diboride powder on stainless steel AISI 304..................................................................................................................... 78 Gulyashinov P.A., Mishigdorzhiyn U.L., Ulakhanov N.S. Infl uence of boriding and aluminizing processes on the structure and properties of low-carbon steels........................................................................ 91 EDITORIALMATERIALS Guidelines for Writing a Scientifi c Paper ............................................................................................................ 102 Abstract requirements ......................................................................................................................................... 107 Rules for authors ................................................................................................................................................. 111 FOUNDERS MATERIALS 119 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 2 2022 25 ТЕХНОЛОГИЯ Теоретическое моделирование процесса промывки межэлектродного пространства при копировально-прошивной электроэрозионной обработке изделий, выполненных из полимерных композитных материалов Евгений Шлыков a, *, Тимур Абляз b, Карим Муратов c Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Комсомольский проспект, 29, г. Пермь, 614990, Россия a https://orcid.org/0000-0001-8076-0509, Kruspert@mail.ru, b https://orcid.org/0000-0001-6607-4692, lowrider11-13-11@mail.ru, c https://orcid.org/0000-0001-7612-8025, Karimur_80@mail.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2022 Том 24 № 2 с. 25–38 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.2-25-38 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Внедрение новых материалов, инновационных технологий и оборудования напрямую связано с развитием отраслей современного машиностроения, в том числе авиационной и нефтегазовой. Актуальна разработка и повышение эффективности технологий обработки новых ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.1.9 История статьи: Поступила: 31 марта 2022 Рецензирование: 06 апреля 2022 Принята к печати: 12 апреля 2022 Доступно онлайн: 15 июня 2022 Ключевые слова: Полимерные композитные материалы Копировально-прошивная электроэрозионная обработка Промывка Шлам Финансирование: Работа выполнена при поддержке гранта Президента РФ по государственной поддержке молодых российских ученых – кандидатов наук № МК-566.2021.4 Благодарности: Исследования частично выполнены на оборудовании ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов». АННОТАЦИЯ 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 Ton = 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 значениях 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. Для цитирования: Шлыков Е.С., Абляз Т.Р., Муратов К.Р. Теоретическое моделирование процесса промывки межэлектродного пространства при копировально-прошивной электроэрозионной обработке изделий, выполненных из полимерных композитных материалов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2022. – Т. 24, № 2. – С. 25–38. – DOI: 10.17212/19946309-2022-24.2-25-38. ______ *Адрес для переписки Шлыков Евгений Сергеевич, к.т.н., доцент Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Комсомольский проспект, 29, 614990, г. Пермь, Россия Тел: 8 (342) 2-198-324, e-mail: Kruspert@mail.ruu
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 2 2022 26 ТЕХНОЛОГИЯ полимерных композитных материалов (ПКМ), а также формирование требуемых физико-механических свойств изделий, выполненных из данных материалов [1]. На сегодняшний день существует разнообразная номенклатура ПКМ, одними из которых являются новые перспективные материалы на основе углепластика, разработанные в ФГУП «ВИАМ». Одним из таких материалов является препрег углепластика марки ВКУ-39/ВТкУ2.200. Данный материал изготовлен на основе равнопрочной углеродной ткани ВТкУ-2.200 и связующего ВСЭ-1212. Для обработки изделий, выполненных из ПКМ, в том числе из углепластиков типа ВКУ-39, целесообразно применение электрофизических методов обработки. Одним из таких методов является копировально-прошивная электроэрозионная обработка (КПЭЭО). Применение таких методов обработки ПКМ обу словлено 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 [2–3]. В работах [4–6] представлены методы и особенности КПЭЭО ПКМ. На основе данных работ показано, что изделие из ПКМ при КПЭЭО подвергается воздействию электрических импульсов, в результате которого возникает плазменный канал, обладающий внутренней температурой порядка 9000…9500 °C, что приводит к смене состояния материала ПКМ. Происходит фазовый переход из твердого материала в парообразное вещество, что впоследствии приводит к тому, что пары ПКМ и расплавленные кусочки шлама электрода-инструмента (ЭИ) затвердевают при остывании и образуют продукты электроэрозионного шлама, негативно влияющего на качество и производительность КПЭЭО [7, 8]. Скопление эрозионного шлама и других продуктов эрозии в зоне КПЭЭО изделий из ПКМ вызвано плохой промывкой пространства между ЭИ и обрабатываемой заготовкой при получении глубоких отверстий, а также шлицевых и шпоночных пазов. Данное явление приводит к возникновению вторичных дендритных структур на поверхности ЭИ и заготовки и, как следствие, снижению качества и производительности КПЭЭО изделий из ПКМ [7]. Установлено, что движение шлама во время КПЭЭО изделий из ПКМ напрямую обусловлено процессом образования и движения газовых пузырей в зоне обработки [8–11]. В связи с тем, что диэлектрик (как правило, минеральное или трансформаторное масло) является вязким, электроэрозионный шлам может перемещаться в оболочке газового пузыря. В результате исследований, проведенных в работах [8–11], становится возможным визуально показать процесс перемещения эрозионного шлама в межэлектродном пространстве. Предлагается варьировать параметрами высоты подъема ЭИ из зоны КПЭЭО, а также скоростью подъема данного ЭИ. Однако в данных работах отсутствуют практические рекомендации для увеличения производительности и эффективности КПЭЭО изделий из ПКМ. Строение эрозионного шлама, полученного в результате разрушения ЭИ и материала заготовки, показано в работах [12, 13]. Электроэрозионный шлам, получаемый при КПЭЭО заготовки, образует сферические и полусферические частицы, показанные на рис. 1, а. В процессе остывания испаренного материала заготовки происходит непосредственное формирование формы частиц в виде сферы. Большая часть полученных сферических и полусферических частиц эрозионного шлама обладает дендритной структурой, что говорит о низких скоростях охлаждения процесса КПЭЭО. Образование эрозионного шлама из разрушенного ЭИ происходит путем термического выкрашивания (рис. 1, б). Частицы электроэрозионного шлама подвержены разрушению. Можно наблюдать, как с увеличением значения энергии импульса на поверхности сферических частиц появляются трещины, вмятины, а также зоны выкрашивания и разрушения (рис. 2). Локальный нагрев обрабатываемого материала вызывает термическое разложение боридной фазы и диэлектрической среды [14, 15]. Данная диэлектрическая среда обработки находится в состоянии движения и постоянной циркуляции, что приводит к охлаждению ЭИ и материала заготовки. Однако поток паров становится тур-
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 2 2022 27 TECHNOLOGY а б Рис. 1. Электроэрозионный шлам: а – с поверхности заготовки; б – с поверхности электрода-инструмента Fig. 1. EDM sludge: a – from the workpiece surface; б – from the surface of the electrode-tool а б Рис. 2. Поверхность частиц шлама сферической формы при разрушении: а – при масштабе 5 мкм; б – при масштабе 2 мкм Fig. 2. The surface of spherical sludge particles after destruction: a – at a scale of 5 μm; б – at a scale of 2 μm булентным и может распадаться на маленькие части–фракции, где каждая часть может конденсироваться в жидкость и, как следствие, в твердое состояние. Капля жидкого металла, скорость охлаждения которой снижают пары рабочей жидкости, способствует сфероидизации и дендритной ликвации частиц. Снижение содержания рабочей жидкости и паров металла при низкой входящей энергии приводит к уменьшению количества частиц с меньшим средним размером. При невыскоих значениях энергии импульса шлам быстрее затвердевает. При этом поток паров материала и рабочей жидкости увеличивается вместе со значениями входной импульсной энергии [14, 15]. Так как движение частиц шлама является турбулентным, то происходит их столкновение, в результате чего образуются трещины и вмятины на поверхности частиц данного шлама, а также возникает структура включений. Формирование электроэрозионного шлама существенным образом влияет на стабильность процесса КПЭЭО и, как следствие, производительность обработки. Повышение производительности процесса КПЭЭО может быть достигнуто не только путем увеличения энергии импульсов, но и за счет интенсификации вывода продуктов эрозии из межэлектродного промежутка. Увеличение производительности происходит при эффективной промывке и способствует интенсивному удалению из зазора эродированных частицы ПКМ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 2 2022 28 ТЕХНОЛОГИЯ и ЭИ. Промывка также приносит чистое трансмиссионное масло в зазор и охлаждает ЭИ и ПКМ. Чем глубже обработка, тем труднее обеспечить надлежащую промывку зоны обработки. Это, в свою очередь, увеличивает время обработки, что негативно сказывается на производительности. При определенных условиях обработки эродированные частицы наплавляются на изделие из ПКМ. Это приводит к неравномерности обработки и снижению производительности или вовсе к ее остановке. Промывка широко используется при КПЭЭО глубоких отверстий, в том числе при КПЭЭЭ изделий из ПКМ. Недостаточная промывка снижает эффективность удаления материала, так как материал, который остается в отверстии, повторно расплавляется в последующем импульсе и наплавляется на поверхность электродов. Интенсификация промывки при КПЭЭО способствует увеличению скорости съема материала, особенно в глубоких и узких полостях при КПЭЭО. В работах [16, 17] установлено, что промывка поддерживает скорость эвакуации материала после разряда. В работе [17] исследовался эффект скачка ЭИ, который используется для эвакуации эродированного материала при погружении под давлением. Скорость движения электрода влияла на распределение эродированных частиц, а амплитуда движения влияла на количество чистого диэлектрика. В работе [18] показано падение давления диэлектрической жидкости на глубине отверстия и влияние глубины отверстия на падение давления. Это была потеря 15 % длины из наблюдаемых 25 мм. Установлена также более высокая концентрация эродированного материала в углу обработанного отверстия (рис. 3). Струйная или боковая промывка осуществляется трубками или промывочными соплами, которые направляют диэлектрическую жидкость в зазор, как показано на рис. 4. Эффективность промывки при КПЭЭО глубоких отверстий в ПКМ при сложной геометрии каналов промывки электродов практически не исследована в полной мере. Существующие модели при обработке КПЭЭО ПКМ могут быть получены с помощью теоретического моделирования в программных системах конечно-элементного анализа, в том числе Ansys. Рис. 3. Частичная трассировка в зазоре между электродом и заготовкой. Среднее значение скорости частиц составляет приблизительно 0,75 м/с Fig.3. Partial tracing in the gap between the electrode and the workpiece. The average particle velocity is approximately 0.75 m/s Рис.4. Схема струйной или боковой промывки Fig.4. Scheme of jet or side fl ushing Актуальной задачей является получение теоретической модели, позволяющей оценить влияние способа промывки на эффективность КПЭЭО изделий из ПКМ на основе численного моделирования в программных системах конечно-элементного анализа. Цель работы: повышение производительности процесса КПЭЭО изделий, выполненных из ПКМ. Задачи 1. Провести теоретический анализ влияния промывки форсунок рабочей жидкости на процесс КПЭЭО изделий, выполненных из ПКМ. 2. Провести экспериментальное исследование производительности процесса КПЭЭО изде-
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 2 2022 29 TECHNOLOGY лий, выполненных из ПКМ, и верификацию теоретической модели производительности КПЭЭО изделий, выполненных из ПКМ. Методика исследований Экспериментальные исследования проведены по методике, описанной в работах [4, 5, 19]. Для проведения экспериментов выбран ЭИ из меди М1 ГОСТ 859–2001. Заготовка выполнена из ПКМ марки ВКУ-39. Заготовка подвергалась обработке на копировально-прошивном электроэрозионном станке Smart CNC при постоянном напряжении U = 50 B, времени включения импульса Ton =100 мкс и силе тока: I = 10 A [4, 5, 19]. Для теоретического моделирования потока использовалось программное обеспечение ANSYS CFX 20.1. Для вычисления основных направлений потока и распределения скорости в межэлектродном зазоре выбрано трансформаторное масло (Engineer oil). Температура масла задана стандартная, равная 25˚. Для всех случаев давление равно 2,1 кг/см2 = 0,205 МПа. Моделирование распределения потоков проводилось при трех значениях глубины обработки (2, 10, 15 мм), а также при трех значениях угла наклона форсунок (15, 45,75°), см. рис. 2–4. Целью моделирования является получение теоретической модели распределения потоков рабочей жидкости в зоне обработки при условии изменения угла подачи промывки. Для достижения заданной в работе цели необходимо: построить геометрию расчетной области, задать граничные условия расчетной модели, произвести расчет модели для глубины обработки 2, 10, 15 мм и расположением форсунок 15°, 45° и 75° относительно оси инструмента (рис. 5). Как показала экспериментальная часть, проведенная в работах [4–6], изделия из ПКМ в процессе КПЭЭО склонны к наплавлению шлама на обработанную поверхность. Это связано с нерациональным расположением форсунок промывки и образованием завихрений в зоне обработки. Моделирование выполняется после задания имен граничных поверхностей: стенок детали, ЭИ и форсунок промывки. Для обработки 10 и 15 мм ограничения геометрии схожи, однако меняется только угол расположения форсунок (рис. 6). С целью задания условий для форсунок промывки в каталоге Ansys CFXPRE выбрана рабочая жидкость – трансформаторное масло (Engineer oil). Температура масла задана стандартная, равная 25°. На рис. 7 представлена расчетная сетка. Для построения сетки задаем минимальное и максимальное значение единичного воксела: min – 1 мм, max – 5 мм. Идентично делаем и для остальных расчетных случаев. При моделировании принято, что форсунки будут работать Рис. 5. Модель обработки, где H – глубина обработки Fig. 5. Processing model, where H is the depth of processing
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 2 2022 30 ТЕХНОЛОГИЯ Рис. 6. Задание геометрических ограничений Fig. 6. Processing model, where H is the depth of processing Рис. 7. Модель сетки для расчета Fig. 7. Mesh model for calculation с одинаковым давлением и углом расположения относительно оси инструмента. Для всех случаев давление идентично и равно 2,1 кг/см2 = = 0,205 МПа. Показано, что в области обработки и в граничных областях сетка приняла минимальные значения, что увеличит точность моделирования. Однофазный поток рабочей жидкости масла моделируется с использованием стандартной модели турбулентности (рис. 8). Геометрические данные потока масла собираются с помощью увеличенного изображения поперечного сечения электрода и упрощаются для уменьшения времени вычислений. Количество элементов тетраэдрической сетки варьируется от 7,8 до 6,4 млн элементов в отверстии заготовки соответственно геометрии объемного потока из-за небольших геометрических особенностей внутри зоны обработки. Расчеты проводятся в модуле Ansys Fluid Flow.
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1