Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

„КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

УДК 621.9.048.4

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

БЕЗЕЛЕКТРОЛІЗНА ЕЛЕКТРОЕРОЗІЙНА ВИРІЗНА ОБРОБКА У ВОДОПРОВІДНІЙ ВОДІ ПРИ ВИКОРИСТАННІ ГЕНЕРАТОРІВ УНІПОЛЯРНИХ ІМПУЛЬСІВ

ТРИГУБ ОКСАНА АНАТОЛІЇВНА

Спеціальність 05.03.07 - Процеси фізико-технічної обробки

Київ - 2005

Дисертацією є рукопис.

Роботу виконано на кафедрі комп'ютеризованих технологій високоефективної обробки матеріалів Черкаського державного технологічного університету Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор Поляков Святослав Петрович, Черкаський державний технологічний університет, завідувач кафедри комп'ютеризованих технологій високоефективної обробки матеріалів.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Ляшенко Борис Артемович, Інститут проблем міцності НАН України, завідувач відділу;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Анякін Микола Іванович, Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”, старший науковий співробітник кафедри ЛТКМ.

Провідна установа: Фізико-технологічний інститут металів і сплавів НАН України, відділ плавки та рафінування сплавів (м. Київ)

Захист дисертації відбудеться 17 жовтня 2005 р. на засідання спеціалізованої вченої ради Д 26.002.15 при Національному технічному університеті України „Київський політехнічний інститут” Міністерства освіти і науки України, 03056, Київ - 56, пр. Перемоги 37, корп. 19, ауд. 417

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного технічного університету України „Київський політехнічний інститут” за адресою: 03056, Київ - 56, пр. Перемоги 37.

Автореферат розіслано „ 15 ” вересня 2005 р.

Вчений секретар

Спеціалізованої ради Д 26.002.15

д.т.н., професор Л.Ф. Головко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Виготовлення інструменту та оснастки - одне із найголовніших завдань сучасної електроерозійної вирізної обробки (ЕЕВО). ЕЕВО вже багато десятиліть дозволяє вирішувати складні технологічні задачі інструментального виробництва, зокрема обробку надміцних матеріалів та виготовлення складнопрофільних деталей.

Одним із основних недоліків ЕЕВО є корозія оброблюваних заготовок. Технологічна необхідність використання в процесі ЕЕВО в якості робочої рідини водопровідної води призводить до електрохімічного руйнування поверхні оброблюваної заготовки. При цьому параметри руйнування можуть перевищувати параметри точності контуру.

Цієї проблеми можна уникнути, використовуючи в якості робочої рідини індустріальне масло - робоче середовище, в якому відсутня корозія поверхні та випадання кобальту при обробці твердих сплавів. Однак такий шлях рішення однієї проблеми веде до виникнення іншої - в залежності від типу генератора імпульсів спостерігається зниження продуктивності в 24 рази. Використання ж в якості робочої рідини води, забезпечує не лише високу швидкість різання, а й відносно низьку вартість процесу. Уникати корозії можна керуючи параметрами технологічної напруги, що подається на електроди. Генератори біполярних імпульсів за рахунок рівності площ прямої і зворотної півхвилі забезпечують безелектролізну ЕЕВО. Інший метод полягає в керуванні амплітудою та тривалістю напруги. Для імпульсу заданої тривалості існує визначена величина амплітуди напруги при якій починається процес електролізу. Оскільки більшість генераторів генерують імпульси тривалістю 37 мкс, то для безелектролізного процесу обробки необхідно, щоб амплітуда напруги не перевищувала 50 В, що веде до припинення процесу ЕЕВО, так як при такій напрузі не відбувається пробою МЕП. Реалізація даного методу можлива лише за використання імпульсів напруги наносекундної тривалості, які допускають амплітуду напруги вище 100 В. Імпульси з такими параметрами можливо отримати, використовуючи сучасні дорогі генератори світових лідерів електроерозійних технологій, що працюють на нерезистивних схемах.

Більше 70 % електроерозійного верстатного парку України працює, використовуючи в якості робочої рідини проточну водопровідну воду та генератори уніполярних імпульсів тривалістю 37 мкс і амплітудою напруги 150200 В, що забезпечує високу вірогідність утворення корозійних ушкоджень заготовок. Для забезпечення ЕЕВО без корозії необхідно створення надійної системи, що забезпечувала б високий коефіцієнт захисту та не призводила до пониження технологічних характеристик процесу. Досягнення цієї мети вимагає детального дослідження електрохімічних явищ, що призводять до корозії, та визначення основних чинників, що сприяють виникненню даних проблем.

Таким чином задача забезпечення порівняно дешевого та ефективного захисту заготовок від корозії на існуючому в Україні електроерозійному верстатному парку є актуальною. Вирішенню цієї проблеми і присвячена представлена робота.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводилися згідно з держбюджетною темою ”Створення наукових та фізико-технологічних основ оптимізації імпульсної електроерозійної обробки” (номер державної реєстрації №01030003687).

Мета і задачі дослідження. Мета роботи: підвищити якість і точність електроерозійної вирізної обробки у водопровідній воді з використанням генераторів уніполярних імпульсів за рахунок усунення електрохімічних процесів на заготовці.

Для досягнення поставленої мети в дисертаційній роботі вирішуються такі задачі:

- аналіз механізмів утворення корозійних ушкоджень заготовок при електроерозійній вирізній обробці у водопровідній воді;

- оцінка ефективності та меж застосування відомих методів антикорозійного захисту заготовок в умовах електроерозійної вирізної обробки;

- розробка методик та проведення комплексу експериментальних та теоретичних досліджень для встановлення кількісних та якісних характеристик корозії сталевих твердосплавних заготовок при ЕЕВО у водопровідній воді на різних режимах різання уніполярними імпульсами;

- експериментальні дослідження та адаптація методу катодного захисту до умов характерних для ЕЕВО;

- побудова математичної моделі для оцінки параметрів електрохімічних процесів в прианодній зоні для уніполярних режимів різання;

- розробка комплексної системи розрахунку параметрів катодного захисту заготовок при будь-яких довільних параметрах ЕЕВО уніполярними імпульсами.

Об'єкт і предмет дослідження. Об'єктом дослідження є процес електролізу в системі дротяний електрод_інструмент - робоча рідина - деталь при ЕЕВО сталевих та твердосплавних заготовок. Предметом дослідження є параметри гальванічних струмів та якісні і кількісні показники корозії заготовок.

Методи дослідження. Теоретичні дослідження проводились на основі теорії електроерозійної обробки, положень електрохімії, методів математичного моделювання на ПК. Експериментальні дослідження проводились на спеціалізованому електроерозійному обладнанні з використанням сучасної реєструючої та вимірювальної апаратури.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

Вперше розроблена система для безелектролізної електроерозійної вирізної обробки в середовищі водопровідної води при використанні уніполярних імпульсів без зниження максимально можливої продуктивності процесу.

Отримані експериментальні залежності амплітуди та форми гальванічних струмів від електропровідності водопровідної води і електричних параметрів режиму роботи генератора уніполярних імпульсів: амплітуди напруги, тривалості імпульсу, частоти.

Встановлено, що незалежно від частоти та амплітуди імпульсів напруги функція гальванічного струму описується добутком синусоїдального та експоненціального законів.

Практична цінність роботи. Розроблено систему захисту заготовок від електрохімічної корозії в процесі електроерозійної вирізної обробки. Це дозволяє отримувати деталі з високою якістю поверхні та точністю контуру. Створено програмне забезпечення для розрахунку параметрів системи катодного захисту в застосуванні до робочих режимів ГКІ 300_200 А.

Використання катодної системи захисту заготовок на ЗАТ „Рубін-Вектор” (Росія, м. Орел) дозволило обробляти деталі із високовуглецевих конструкційних сталей при повній відсутності корозійних пошкоджень на будь-яких режимах електроерозійного вирізання.

Особистий внесок здобувача. Автором розроблена технологія безелектролізної ЕЕВО в середовищі водопровідної води за використання катодного захисту заготовок; досліджено закономірності утворення корозійних ушкоджень твердосплавних та сталевих заготовок під час електроерозійного вирізання; розроблено методику та проведено вимірювання гальванічних струмів, що проходять через електрод-заготовку в процесі ЕЕВО; отримано функціональну залежність величини гальванічного струму в залежності від технологічних режимів обробки; побудована математична модель розрахунку розподілу концентрації реагента поблизу поверхні заготовки та отримано формулу для визначення величини захисного потенціалу: вивчено особливості протікання процесу корозії сталевих зразків у водних розчинах поверхнево-активних речовин. Роботи по впровадженню результатів досліджень у виробництво виконувались спільно зі співробітниками кафедри комп'ютеризованих технологій високоефективної обробки матеріалів Черкаського державного технологічного університету.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертації викладено в доповідях VIII міжнародної науково-технічної конференції „Машиностроение и техносфера на рубеже XXI века" (м. Донецьк, 2001); V міжнародній науково-практичній конференції „Наука і освіта - 2002" (м. Дніпропетровськ, 2002); міжнародній науково-технічній конференції „Научно-технические проблемы станкостроения, производства технологической оснастки и инструмента" (м. Одеса, 2002); І міжнародній науково-технічній конференції “Машинобудування та металообробка-2003” (м. Кіровоград, 2003); X міжнародній науково-технічній конференції “Машиностроение и техносфера XXI века” (м. Донецьк, 2003).

Публікації. Результати дисертації опубліковані у 11 працях: 5 статей у фахових виданнях, що входять до переліку ВАК України, 4 тези доповідей на міжнародних наукових конференціях та 2 деклараційних патенти України на винахід.

Структура дисертації. Дисертаційна робота загальним обсягом 133 сторінки машинописного тексту, містить 46 рисунків, 9 таблиць. Дисертація складається із вступу, п'яти розділів, висновків, переліку використаних джерел з 99 найменувань та 6 додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, визначені завдання досліджень, відмічено наукову та практичну цінність роботи.

У першому розділі розглянуто проблеми електрохімічної корозії заготовок та елементів електроерозійного обладнання в процесі вирізання, наводиться аналіз механізмів утворення корозійних пошкоджень заготовок при ЕЕВО у водопровідній воді, описуються види корозії заготовок, що мають місце при ЕЕВО, оцінюється вплив хімічного складу водопровідної води та матеріалу заготовки на процес корозії, розглядаються існуючі методи боротьби з цим явищем.

На основі літературного огляду були сформульовані задачі досліджень.

У другому розділі наведено опис обладнання та методик, за допомогою яких проводились дослідження. За базу експериментальних досліджень слугували електроерозійний верстат з числовим програмним керуванням (ЧПК) моделі СЕЛД_02, що комплектується генератором технологічного струму ГКІ300-200А.

Корозійні ушкодження (плями, пітинги, тріщини), що утворилися на деталі в результаті ЕЕВО вивчалися за допомогою мікроскопу МБС-9. Топографію поверхні зразків досліджували на атомно-силовому мікроскопі NT206V. Показник корозії за втратою ваги вимірювався за допомогою терезів НТ-80. Вимірювання гальванічних струмів та технологічної напруги, що подається в МЕП на різних режимах обробки, проводилися за допомогою осцилографа С1-64А та фіксувалися цифровою фотокамерою SONY F-907. При дослідженні кінетичних параметрів розчинів електролітів використовувались мілівольтметр рН-121 та джерело живлення постійного струму Б5_21. Величини електрохімічних потенціалів електродів та елементів обладнання визначали за допомогою високоомного вольтметра В7-26.

Третій розділ присвячений експериментальним дослідженням кількісних і якісних параметрів корозії сталевих і твердосплавних заготовок в процесі ЕЕВО уніполярними імпульсами у водопровідній воді та впливу корозійних ушкоджень на якість поверхні і експлуатаційні характеристики виготовлених деталей.

Встановлено, що в процесі ЕЕВО при корозії твердих сплавів переважають процеси утворення міжкристалічної та наскрізної корозії, які можуть досягати більше 20 мкм в глибину. При обробці сталевих заготовок корозії піддається не лише конструкційна а й інструментальна термічно оброблена сталь. В цьому випадку переважають процеси утворення виразкової та пітингової корозії. В залежності від вмісту легуючих елементів, втрата маси зразка може сягати до 20-50 г/м2год.

Дослідження механічних характеристик виготовлених деталей показали, що корозійні пошкодження поверхневих шарів, утворені впродовж чотирьохгодинного процесу ЕЕВО, знижують механічні характеристики зразка (межу міцності та твердість поверхні) сталі на 20-35 %, а твердого сплаву - на 12-15 %. Мікронерівність сталі через 4 години ЕЕВО збільшується на 2 порядки в зоні утворення пітингових каверн, що призводить до значного збільшення шорсткості та зниження зносостійкості поверхні виготовлених деталей.

Поверхня утворена дією електричних розрядів також піддається корозії. Чим довше поверхня знаходилась під впливом робочої рідини, тим сильніше погіршується її шорсткість за рахунок електрохімічного розчинення матеріалу. При тривалості процесу електроерозійного вирізання 160 хв., шорсткість поверхні підвищується від Ra 0,5 до 1,7-2,1 Ra. При виготовленні відповідальних деталей, особливо якщо це стосується їх робочих поверхонь, корозія вимагає попередньо залишати на заготовках припуски для подальших слюсарних робіт: доводки, шліфовки, тощо.

Весь матеріальний ефект електрохімічної корозії металу заготовки є результатом анодного процесу, інтенсивність якого визначається величиною гальванічного струму, що через неї проходить. А величина корозійних втрат при відомому значенні струму корозії визначається за першим законом Фарадея. Для кількісної оцінки параметрів корозії заготовки при ЕЕВО необхідно знати величини гальванічних струмів.

Вимірювання власних електрохімічних потенціалів заготовки в середовищі водопровідної води при нормальних умовах показали, що без подачі на електроди робочих імпульсів напруги, процес корозії заготовки йде повільно і не перевищує6 мгм/м2год, а це в 8000 разів більше ніж після процесу ЕЕВО. У відсотковому відношенні величина корозії спричинена власними електрохімічними потенціалами становить 0,0001 % від загальної, тому нею можна знехтувати.

Вимірювання гальванічних струмів, що проходять через заготовку при ЕЕВО показали, що в залежності від типу генератора гальваноструми можуть бути строго уніполярними і можуть мати зворотню півхвилю. Площа прямої півхвилі на 20 - 30 % більша за площу зворотної півхвилі. Струм корозії визначається середньоінтегральним значенням гальванічного струму.

Для захисту заготовки від корозії потрібно забезпечити рівність площ, утворених півхвилями, тобто створити умови при яких середній струм стане рівним нулю. При відсутності зворотної півхвилі необхідно штучно її створити. Для створення таких умов було запропоновано використати катодний захист, який полягає в підключенні до заготовки захисного потенціалу. Для будь-якого виду гальванострумів підключення захисного потенціалу дозволяє збалансувати функцію струму корозії так, що площа прямої півхвилі зменшується, а зворотної збільшується. Тут зворотна півхвиля відіграє позитивну роль, бо для забезпечення рівності площ півхвиль необхідно задати менший захисний потенціал, ніж без неї. Позитивну роль також відіграє велика скважність, так як тоді площа зворотної півхвилі визначається тривалістю паузи між імпульсами.

Як альтернативний метод захисту заготовок від корозії також було досліджено метод інгібірування поверхнево-активними речовинами (ПАР). Розглядалась поведінка сталевих зразків у водних розчинах аніонного, катіонного та амфолітного ПАР. А для порівняння використовувалась водопровідна та дистильована вода. Експерименти показали, що основним механізмом електрохімічної корозії сталі в водних розчинах ПАР катіонного і аніонного типів є пітингоутворення. Водний розчин ПАР амфолітного типу проявляє плівкоутворюючі властивості. Тобто адсорбуючись на поверхні металу ПАР утворює захисну плівку, забезпечуючи максимальну гідрофобність поверхні металу. Такий адсорбований шар молекул амфолітного ПАР захищає метал від корозії. Цим пояснюється відсутність слідів корозії на поверхні сталевих зразків навіть після восьмигодинної витримки у водному розчині амфолітного ПАР. У порівнянні з водопровідною водою швидкість корозії в водному розчині ПАР аніонного типу вище в 2,5 рази, а в водному розчині ПАР катіонного типу - в 1,3 рази.

Такий засіб запобігання корозії як інгібіторний не знайшов широкого застосування так як в комплектацію багатьох електроерозійних вирізних верстатів вітчизняного виробництва не входить станція робочої рідини і вони підключені до водопровідної мережі, працюючи на проточній воді.

Четвертий розділ присвячений адаптації методу катодного захисту до умов характерних для ЕЕВО. Розроблені рекомендації щодо технічного забезпечення катодного захисту, схем встановлення та вибору матеріалу додаткового електроду в робочій ванні верстату.

Для реалізації катодного захисту в умовах ЕЕВО до робочої схеми верстату підключають джерело постійного струму 6. Від'ємний полюс під'єднують до заготовки 5, а додатній - до додаткового електроду 4, що опускають в робочу ванну електроерозійного верстату 3. Тобто електрод-заготовка стає катодом, а додатковий електрод - анодом. Так в системі заготовка - джерело постійного струму - додатковий електрод виникає гальванічний струм, що тече в напрямку від додаткового електроду до заготовки Iз. Основна умова захисту заготовки від корозії в утвореній системі:

Iз Iк. (1)

Експериментальна реалізація схеми катодного захисту при обробці сталевих заготовок виявила як переваги так і недоліки системи. До переваг можна віднести простоту і невисоку вартість системи, принципову можливість усувати будь-які корозійні ушкодження заготовок. Суттєвим недоліком схеми виявилась необхідність з похибкою, що не перевищує 5% визначати для кожного конкретного випадку обробки величину захисного потенціалу. Занижений захисний потенціал не забезпечує повного захисту від корозії. Завищений - призводить до осадження домішок робочої рідини (катіонів) на поверхні заготовки. Так мікронерівність заготовки зі Сталі 45 до ЕЕВО складає 0,05 мкм, а після ЕЕВО - 0,32 мкм. Крім того в багатьох випадках завищений потенціал веде до зниження продуктивності обробки.

Таким чином, для ефективного захисту заготовок від корозії необхідна адекватна математична модель дифузійних процесів в прианодній зоні, на основі якої можливо розробити методику розрахунку величини захисного потенціалу.

П'ятий розділ присвячений математичному моделюванню дифузійних процесів, що проходять поблизу заготовки в процесі ЕЕВО.

Визначити параметри дифузійних процесів поблизу заготовки-аноду та розрахувати величину захисного потенціалу дозволяє другий закон Фіка. Розглянемо дротяний електрод-інструмент (катод), заготовку (анод) і робочу рідину (розчин електроліту) як електрохімічну систему.

Диференційне рівняння зміни концентрацій для такої системи має вигляд:

, (2)

де с - концентрація іонів; t - час; x - координата; D - коефіцієнт дифузії.

В початковий момент часу концентрація реагенту рівна об'ємній його концентрації в робочій рідині:

. (3)

Гранична умова містить функцію струму корозії, що проходить через заготовку під час ЕЕВО:

електроерозійний обробка антикорозійний захист

, (4)

де S - площа поверхні анода; F - стала Фарадея; n - валентність іонів реагента. Функцію струму визначали шляхом апроксимації експериментально отриманого графіка залежності струму корозії від часу.

Апроксимація показала, що функція струму корозії найбільш точно (в межах 6%) описується добутком синусоїдного та експоненційного законів:

, (5)

де к1, к2 - коефіцієнти, що залежать від частотного режиму обробки; I0 _ амплітуда струму.

Для вирішення поставленої задачі було застосовано метод скінченних різниць. Згідно методу розрахункова схема задачі Фіка має вигляд:

(6)

де m - номер точки по координаті; k - номер точки по часу.

Результати розрахунків за розробленою моделлю представлені на рис. 10. Їх аналіз показує, що з часом концентрація реагента поблизу анода зростає, а з координатою зменшується. Градієнт концентрації при х = 0 визначає величину струму корозії.

Визначити мінімально допустиму величину захисного потенціалу можна за даним значенням електропровідності водопровідної води, або за її хімічним складом:

, (7)

де d - відстань між заготовкою та додатковим електродом; _ гранична іонна електропровідність k - кількість видів дисоційованих іонів в робочій рідині; cj - концентрація j-го іона; ti - тривалість імпульсу; Т - період імпульсів напруги.

Внесення в задачу Фіка величини обрахованого за формулами (7) захисного потенціалу призводить до вирівнювання графіка розподілу концентрацій на поверхні х = 0. Тобто градієнт концентрації на поверхні заготовки прямує до нуля.

Захисний потенціал вважається достатнім, коли не спостерігається зміна концентрації реагента поблизу анода, що відповідає відсутності струму корозії.

Ефективність методики розрахунку захисного потенціалу була перевірена експериментально. Процес ЕЕВО при використанні катодного захисту з розрахованим захисним потенціалом дозволяє отримувати деталі без корозійних пошкоджень і без осаджень домішок робочої рідини на поверхні матеріалу, що свідчить про відсутність як струму корозії так і катіонного струму в напрямку заготовки при електроерозійному вирізанні. Поверхня деталей, що утворена дією розрядів має низьку шорсткість і не потребує подальшої слюсарної обробки. Необроблена поверхня зберігає вихідну шорсткість та твердість матеріалу яка була у заготовки до процесу ЕЕВО і також не потребує подальшої обробки.

Згідно дослідження мікроструктури міжкристалітна і наскрізна корозія твердих сплавів також відсутні.

При непорушеному поверхневому шарі зберігаються твердість, зносостійкість та міцність матеріалу виготовленої деталі.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

Розроблена, теоретично обґрунтована та експериментально адаптована технологія безелектролізної електроерозійної вирізної обробки в середовищі водопровідної води довільними уніполярними імпульсами за використання катодного захисту заготовок. Технологія дозволяє отримати деталі зі сталей та твердих сплавів без корозійних ушкоджень як оброблених так і необроблених поверхонь за будь-якого часу вирізання. Глибина мікронерівностей поверхні деталей, твердість, зносостійкість та міцність матеріалу зберігаються незмінними.

Проведено комплекс теоретичних і експериментальних досліджень по визначенню механізмів і закономірностей утворення корозійних пошкоджень заготовок в процесі ЕЕВО. Встановлено, що основною причиною корозії заготовок є наявність високих уніполярних потенціалів холостих імпульсів генератора. В залежності від режиму роботи генератора швидкість корозії зростає у 8000ч9000 разів в порівнянні з корозією від власного електрохімічного потенціалу матеріалу заготовки.

Встановлено, що в процесі ЕЕВО при корозії твердих сплавів переважають процеси утворення міжкристалічної та наскрізної корозії, які можуть досягати більше 20 мкм в глибину. При обробці сталевих заготовок переважають процеси утворення виразкової та пітингової корозії. В залежності від вмісту легуючих елементів, втрата маси зразка може сягати до 20-50 г/м2год. При цьому корозії піддається не лише конструкційна а й інструментальна термічно оброблена сталь.

Розроблено методологію вимірювання гальванічних струмів, що мають місце при різних режимах ЕЕВО. Проведені дослідження дозволили кількісно описати комплекс ДЕІ - робоча рідина - заготовка як електрохімічну систему.

Встановлено, що гальванічні струми описуються добутком синусоїдального і експоненціального законів, а амплітуда і форма залежать від електропровідності робочої рідини та технологічних параметрів режиму вирізання.

Встановлено, що введення в водопровідну воду поверхнево-активних речовин катіонного або аніонного типів приводить до інтенсифікації пітингоутворення на заготовці, а введені поверхнево-активні речовини амфолітного типу проявляють антикорозійні властивості за рахунок плівкоутворення.

На основі вирішення задачі масопереносу (другий закон Фіка) розроблено математичну модель, що дозволяє розрахувати розподіл концентрацій реагуючих речовин поблизу заготовки в процесі обробки.

Створена методика проектування технологічних параметрів системи катодного захисту заготовок. Реалізація методики дозволяє усунути корозійні ушкодження заготовок без зниження продуктивності процесу різання та уникнути відкладень домішок робочої рідини в зоні взаємодії додаткового електроду із заготовкою.

Розроблена система катодного захисту впроваджена на ЗАТ „РУБІН-ВЕКТОР" в м. Орел Російської Федерації. Результати промислової експлуатації показали, що система дозволяє обробляти сталеві деталі при повній відсутності корозійних пошкоджень на будь-яких режимах різання.

Основні положення дисертації опубліковано в роботах:

Поляков СП., Осипенко В.И., Плахотный А.П., Тригуб О.А. Термоупругая модель внутриэлектродных процессов электроэрозионной технологи. //Прогресивные технологии и системы машиностроения. Международный сборник научных трудов .- Донецк: ДонГТУ, 2001. Вып. 17. с. 168-171.

Автором поставлена крайова задача термопружності для дротяного електроду, проведені розрахунки термопружного стану електроду для умов електроерозійного вирізання.

Тригуб О.А, Осипенко В.І., Поляков СП. Катодний захист твердих сплавів в умовах електроерозійної обробки. //Збірник наукових праць Кіровоградського державного технічного університету. - Вип. 12. - Кіровоград: КДТУ, 2003. с. 257-261.

Автором теоретично обґрунтовано реалізацію катодного захисту заготовок від корозії та запропоновано підключення додаткового джерела живлення до робочої схеми процесу електроерозійного вирізання з метою підключення захисного потенціалу.

Тригуб О.А., Осипенко В.І, Поляков СП. Механізм анодного розчинення твердих сплавів в умовах електроерозійної обробки. //Вісник Черкаського державного технологічного університету. - 2003, №1, с. 88-93.

Автором проаналізовано механізм анодного розчинення кобальтової звязки твердих сплавів в середовищі водопровідної води при подачі на заготовку технологічної напруги.

Тригуб О.А., Осипенко В.І., Поляков СП. Моделювання прианодних процесів в електроерозійній вирізній обробці. //Вісник Черкаського державного технологічного університету. - 2003, №3, с. 69-73.

Автором представлено постановку та чисельне розвязання задачі Фіка стосовно умов електроерозійного вирізання та отримано рівняння гальванічного струму як функції часу в залежності від технологічних режимів обробки.

Тригуб О.А. Влияние поверхностно-активных веществ на безобрывность проволоки в процессе электроэрозионной вырезной обработки. //Вісник Черкаського державного технологічного університету. - 2003, №4, с. 36-38.

Автором на основі термопружної задачі визначено вплив поверхнево-активних речовин на роботу дротяного електрода-інструмента в умовах електроерозійного вирізання.

6. Пат. України. Спосіб захисту заготовок від корозії при електроерозійній обробці. /В.І. Осипенко, О.А. Тригуб, С.П. Поляков, ЧДТУ - №71141 А, В23Н1/00; Заявл. 09.10.2003, бюлетень №11, 15.11.2004.

Автором запропоновано спосіб захисту заготовок від корозії в процесі ЕЕВО та представлена методика експериментального визначення величини захисного потенціалу.

7. Пат. України. Робоче середовище для електроерозійної обробки. /В.І. Осипенко, Г.Є. Калейніков, Д.О. Ступак, О.А. Тригуб, С.П. Поляков, ЧДТУ - №71471 А, В23Н1/08; Заявл. 30.12.2003, бюлетень №11, 15.11.2004.

Автором запропоновано склад робочої рідини для ЕЕВО, який забезпечує підвищення продуктивності процесу та відсутність корозії заготовок і обладнання.

8. Тригуб О.А, Поляков СП. Використання пакету МаthСАD для визначення струмів корозії. //Матеріали V Міжнародної науково-практичної конференції “Наука і освіта-2002”.-Том 21.-Дніпропетровськ: Наука і освіта, 2002.- с. 3-40.

Автором розроблено алгоритм обрахунку в середовищі прикладного пакету MathCAD струмів корозії, що проходять через заготовку без подачі технологічної напруги.

9. Тригуб О.А., Осипенко В.І., Петрухін Р.Ю., Поляков СП. Антикорозійний захист заготовок в процесі електроерозійної обробки. //Научно-технические проблемы станкостроения, производства технологической оснастки и инструмента: материалы международной научно-технической конференции. - Одесса-Киев: АТМ Украины, 2002. - с. 126-127.

Автором проведено аналіз утворення анодних та катодних зон на заготовці в процесі корозії при електроерозійній вирізній обробці.

10. Тригуб О.А., Осипенко В.1., Поляков СП. Катодний захист твердих сплавів в умовах електроерозійної обробки. //Тези доповідей Першої Міжнародної науково-технічної конференції “Машинобудування та металообробка-2003”.- Кіровоград: КДТУ, 2003, с. 227-228.

Автором запропоновано використання електрохімічного захисту заготовок від корозії в умовах електроерозійного вирізання.

11. Тригуб О.А., Осипенко В.I., Поляков СП. Міграція іонів до аноду в процесі електроерозійної вирізної обробки. //Машиностроение и техносфера XXI века. Сборник трудов международной научно-технической конференции в г. Севастополе 8-14 сентября 2003 г. В 4-х томах.-Донецк: ДонНТУ, 2003, т.З, с. 216-220.

Автором отримано розподіл концентрації реагуючих речовин поблизу анода-заготовки в процесі проходження через неї гальванічного струму.

АНОТАЦІЯ

Тригуб О.А. Безелектролізна електроерозійна вирізна обробка у водопровідній воді при використанні генераторів уніполярних імпульсів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.03.07 - процеси фізико-технічної обробки. - Національний технічний університет України „Київський політехнічний інститут”, м. Київ, 2005.

Дисертація присвячена підвищенню якості і точності електроерозійної вирізної обробки у водопровідній воді з використанням генераторів уніполярних імпульсів за рахунок усунення небажаних електрохімічних процесів на заготовці.

Шляхом теоретичних і експериментальних досліджень визначено закономірності утворення корозійних ушкоджень заготовок в процесі ЕЕВО та обґрунтовано вибір електрохімічного захисту для їх уникнення.

Побудована математична модель та проведені розрахунки розподілу концентрацій реагуючих речовин поблизу заготовки в процесі обробки. Наведені рекомендації щодо технічного забезпечення катодного захисту, схем встановлення та вибору матеріалу додаткового електроду в робочій ванні верстату.

Результати досліджень дозволили отримати деталі без корозійних ушкоджень з високою якістю і точністю поверхні без втрати максимально можливої продуктивності процесу.

Ключові слова: електроерозійна вирізна обробка, електрод, корозія, заготовка, катодний захист, гальванічний струм.

АННОТАЦИЯ

Тригуб О.А. Безэлектролизная электроэрозионная вырезная обработка в водопроводной воде с использованием генераторов униполярных импульсов. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.03.07 - Процессы физико-технической обработки. - Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, Киев, 2005.

Диссертация посвящена повышению качества и точности электроэрозионной вырезной обработки (ЭЭВО) в водопроводной воде с использованием генераторов униполярных импульсов за счёт устранения нежелательных электрохимических процессов на заготовке.

При ЭЭВО коррозии подвергается как необработанная поверхность заготовки, так и поверхность образованная действием разрядов. Определены механизмы образования коррозионных повреждений заготовок в условиях ЭЭВО и получены их количественные показатели. При обработке сталей преобладают механизмы образования язвенной и питтинговой коррозии глубиной до 80 мкм и более. При обработке твёрдых сплавов преобладают процессы сквозной и межкристаллитной коррозии глубиной до 30 мкм. Образование коррозионных повреждений не только ухудшает шероховатость поверхности, но и приводит к нарушению целостности материала заготовок с образованием концентраторов напряжений. Исследования механических характеристик показали, что в результате таких повреждений уменьшается граница прочности и твёрдость поверхности материала заготовки.

Установлено, что через заготовку в процессе ЭЭВО проходит импульсный гальванический ток, который может быть либо униполярным либо иметь обратную полуволну. Путём аппроксимации экспериментально полученных значений, установлено, что гальванический ток описывается произведением синусоидального и экспоненциального законов. Амплитуда, длительность и степень затухания гальванических токов определяется рабочими режимами генератора, электропроводностью рабочей среды и площадью поверхности заготовки. При этом ток коррозии определяется среднеинтегральным значением гальванического тока.

В работе предложена и разработана схема катодной защиты от коррозии в условиях ЭЭВО посредством источника постоянного тока. Отрицательный полюс источника подключается к коррозионному элементу (заготовке), а положительный к дополнительному электроду, который устанавливается поблизости заготовки в рабочей ванне станка. Расстояние между дополнительным электродом и заготовкой должно быть соизмеримо с межэлектродным промежутком. Защитный потенциал позволяет сбалансировать гальванический ток таким образом, что площадь прямой полуволны уменьшается, а обратной полуволны увеличивается. Следовательно, создаются условия, при которых ток коррозии равен нулю.

Значительное влияние на коррозию заготовок при ЭЭВО в водопроводной воде оказывает наличие в рабочей среде активных ионов кислотных остатков, которые реагируя с материалом заготовки, приводят к его растворению. Защитный потенциал образует электрическое поле, благодаря которому концентрация реагирующих веществ вблизи поверхности заготовки не изменяется.

На базе второго закона Фика, построена физическая математическая модель для расчёта концентрации реагирующих веществ вблизи поверхности заготовки в процессе ЭЭВО. Учитывая, что градиент концентрации реагирующих веществ определяет силу тока коррозии, математическая модель позволяет определить величину защитного потенциала независимо от типа генератора.

Входными данными для задачи массопереноса служит функция гальванического тока, который проходит через заготовку в процессе ЭЭВО. Путём аппроксимации экспериментально полученных значений, установлено, что зависимость гальванического тока от рабочих параметров генератора и электропроводности рабочей жидкости определяется произведением синусоидального и экспоненциального законов.

Приведены рекомендации по техническому обеспечению катодной защиты, выбора материала и схем установки дополнительного электрода в рабочей ванне электроэрозионного станка.

Реализация катодной защиты обеспечила устранение коррозионных повреждений заготовок как обработанной, так и необработанной поверхностей. Глубина микронеровностей поверхности материала стальных заготовок уменьшается от 80 мкм до 0,1 мкм. Межкристаллитная и сквозная коррозия твёрдых сплавов при ЭЭВО с катодной защитой не наблюдается. При этом не ухудшаются механические характеристики материала заготовки, и не уменьшается максимально возможная производительность процесса ЭЭВО.

Ключевые слова: электроэрозионная вырезная обработка, электрод, коррозия, заготовка, катодная защита, гальванический ток.

SUMMARY

Trygub O.A. Electrolysis-free wire-cut electrical discharge machining in plumbing water with the use of unypolar impulses generators. - Manuscript.

the dissertation for the degree of candidate of technical science, speciality 05.03.07 - processes of physical and technical machining. - The National Ukraine Technical University „Kyiv Polytechnic Institute", Kyiv, 2005.

Dissertation is devoted to the increase of quality and precision of the wire-cut electrical discharge machining (EDM) in plumbing water with the use of unypolar impulses generators by avoid of undesirable electrochemical processes on a piecework.

The conformity to the law of corrosive damages formation of piecework is defined in the process of EDM and the choice of electrochemical defence is motivated for their avoidance by theoretical and experimental researches.

A mathematical model is constructed and distributing of reactive matters concentrations near the piecework in the process of machining are calculated. Advices to the technical providing of cathode defence, charts of place and choice of material of additional electrode in work_capacity of the machine-tool.

The results of researches allowed to get details without the corrosive damages with high quality and precision of surface without the loss of most possible productivity of process.

Keywords: wire-cut electrical discharge machining, electrode, corrosion, piecework, cathode defence, galvanic current.

Размещено на Allbest.ru

...