Фізико-технологічні основи електроерозійного дротяного вирізання

Здобувачем побудовано математичну модель руху довільної ділянки ДЕІ при обході радіуса контуру.

20. Осипенко В.І. Розробка методів розрахунку та усунення спотворень форми кутів контуру при електроерозійній вирізній обробці // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: Зб. наук. пр.: В 2 ч. - Луганськ: Вид-во СНУ ім. В. Даля, 2004. - Ч. 2. - С. 191 - 199.

21. Осипенко В.И., Плахотный А.П. Новые технические решения в управлении характеристиками импульсов при электроэрозионной вырезной обработке проволочным электродом // Вісник Черкаського державного технологічного університету. - 2005. - №3. - С. 275 - 277.

Здобувачем запропоновано спосіб підвищення викиду рідкого матеріалу з ерозійної лунки шляхом керування заднім фронтом струму розряду.

22. Осипенко В.І. Моделювання теплових процесів руйнації електродів розрядами, характерними для електроерозійного дротяного вирізання // Вісник Черкаського державного технологічного університету. - 2005. - №4. - С. 52 - 62.

23. Осипенко В.И., Поляков С.П., Калейников Г.Е. Основы электроэрозионной обработки (I стадия) // Вісник Черкаського державного технологічного університету. - 2005. - №2. - С. 103 - 108.

Здобувачем розроблена методика та проведені дослідження механізмів утворення та розвитку каналу розряду.

24. Осипенко В.І., Ступак Д.О., Савісько Р.І. Методика дослідження ефекту гніздування розрядів за умов електроерозійного дротяного вирізання // Вісник Черкаського державного технологічного університету. - 2005. - №1. - С. 134 - 139.

Здобувачем проведено аналіз та запропонована принципова схема установки для дослідження умов локалізації розрядів.

25. Деклараційний патент на винахід. 33600 А UA МПК 6 В23К35/00. Спосіб виготовлення металевих електродів-інструментів для електроерозійної обробки / В.І. Осипенко, В.М. Лукашенко, С.П. Поляков, Д.О. Ступак; Опубл. 15.02.2001; Бюл. №1.

Здобувачем запропоновано метод формування на поверхні ДЕІ захисних оксидних плівок.

26. Деклараційний патент на винахід. 40017 А UA МПК 6 В23Н7/02. Спосіб електроерозійного вирізання внутрішніх кутів деталей / В.І. Осипенко, С.П. Поляков, Д.О. Ступак; Заявлено 13.02.98; Опубл. 16.07.01; Бюл. №6.

Здобувачем запропоновано принцип врахування нерівномірності прогину ДЕІ при обході внутрішнього кута.

27. Деклараційний патент на винахід. 32707 А UA МПК 6 В23Н7/08. Електрод-дріт для електроерозійної обробки матеріалів / В.І. Осипенко, С.П. Поляков, Д.О. Ступак; Опубл. 15.02.2001; Бюл. №1.

Здобувачем визначено вплив теплофізичних характеристик оксидних плівок на поверхні ДЕІ на параметри факельного переносу матеріалу дроту на поверхню заготовки.

28. Деклараційний патент на винахід. 71469 А UA МПК 7В23Н1/00. Спосіб електроерозійної обробки / В.І. Осипенко, С.П. Поляков, Д.О. Ступак, Г.Є. Калейніков, Р.І. Савісько; Заявлено 30.12.2003; Опубл. 15.11.2004; Бюл. №11.

Здобувачем запропоновано методику розрахунку температури локальної ділянки ДЕІ.

29. Деклараційний патент на винахід. 71471 А UA МПК 7В23Н1/08. Робоче середовище для електроерозійної обробки / В.І. Осипенко, С.П. Поляков, Д.О. Ступак, Г.Є. Калейніков, О.А. Тригуб; Заявлено 30.12.2003; Опубл. 15.11.2004, Бюл. №11.

Здобувачем запропоновано введення до складу робочого середовища поверхнево-активних домішок.

30. Деклараційний патент на винахід. 71472 А UA МПК 7В23Н1/18. Спосіб керування зазором іскрового проміжку при електроерозійній обробці / В.І. Осипенко, С.П. Поляков, Д.О. Ступак, Г.Є. Калейніков, О.А. Тригуб; Заявлено 30.12.03; Опубл. 15.11.2004; Бюл. №11.

Здобувачем запропоновано спосіб керування величиною МЕП шляхом диференціювання кривої наростання струму на післяпробійному етапі розряду.

31. Деклараційний патент на винахід. 71141 А UA МПК 7В23Н1/00. Спосіб захисту заготовок від корозії при електроерозійній обробці / В.І. Осипенко, С.П. Поляков, О.А. Тригуб; Заявлено 09.10.2003; Опубл. 15.11.2004; Бюл. №11.

Здобувачем обґрунтовано принципи побудови захисної електрохімічної системи.

32. Деклараційний патент корисну модель. 10153 UA МПК 7В23Н1/02. Генератор для електроерозійної обробки / В.І. Осипенко, С.П. Поляков, Д.О. Ступак, Р.І. Савісько. Заявлено 07.02.2005; Опубл. 15.11.2005; Бюл. №11.

Здобувачем запропонована схема нового ГКІ з двома різнопараметровими силовими блоками.

33. Деклараційний патент на корисну модель. 8684 UA МПК 7В23Н1/00. Спосіб електроерозійної обробки / В.І. Осипенко, С.П. Поляков, Д.О. Ступак; Заявлено 07.02.2005; Опубл. 15.08.2005; Бюл. №8.

Здобувачем запропоновано алгоритм керування роботою силових ключів ГКІ.

34. Осипенко В.І., Ступак Д.О., Небилиця Ю.М. Дослідження процесів виділення енергії в МЕП // Материалы 15-й ежегодной Международной научно-технической конференции “Прогрессивные технологии в машиностроении” (Технология - 2000) . - К., 2000. - С. 236 - 237.

Здобувачем запропоновано послідовність і методи аналізу параметрів енерговиділення у МЕП.

35. Осипенко В.І., Поляков С..П., Калейніков Г.Є. Моделювання просторово-енергетичних характеристик каналу іскрового розряду // Материалы третьей Международной конференции “Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях”. - п. Славское, Карпаты, 2003. - С. 66.

Здобувачем запропонована концепція оптимізації енерговиділення методом регулювання просторово-енергетичних характеристик каналу іскрового розряду.

36. Осипенко В.И., Поляков С.П., Калейников Г.Є. Влияние поверхностно-активных веществ на параметры теплообмена в межэлектродном промежутке // Материалы третьего Междунар. семинара “Современные проблемы подготовки производства, обработки и сборки в машиностроении и приборостроении”. - г. Свалява, 2003. - С. 73 - 75.

Здобувачем встановлені домінуючі механізми утворення газопарових пухирів у МЕП.

37. Осипенко В.І., Поляков С.П., Тригуб О.А. Катодний захист твердих сплавів в умовах електроерозійної обробки // Тези доп. першої Міжнар. наук.-техн. конф. “Машинобудування та металообробка - 2003”. - Кіровоград, 2003. - С. 227 - 228.

Здобувачем розроблена принципова схема реалізації системи електрохімічного захисту заготовок в умовах ЕЕДВ.

38. Осипенко В.І., Поляков С.П., Тригуб О.А. Міграція іонів до анода в процесі електроерозійної вирізної обробки // Сб. тр. Х Междунар. науч.-техн. конф. “Машиностроение и техносфера ХХІ века”.- Т. 3. - Донецк, 2003. - С. 216 - 220.

Здобувачем запропонована математична модель для розрахунку зміни концентрації іонів поблизу заготовки.

39. Осипенко В.І., Ступак Д.О. Фізико-технологічні закономірності пробою рідини за умов, характерних для електроерозійної вирізної обробки // Материалы V юбилейной промышленной конф. с междунар. участием и блиц-выставки “Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях”. - п. Славское, Карпаты, 2005. - С. 278 - 279.

Здобувачем розроблена методологія експериментальних досліджень умов пробою МЕП.

40. Осипенко В.І., Тригуб О.А., Поляков С.П., Петрухін Р.Ю. Антикорозійний захист заготовок в процесі електроерозійної обробки // Материалы Междунар. науч.-техн. конф. “Научно-технические проблемы станкостроения, производства технологической оснастки и инструмента”. - Одесса, 2002. - С. 126 - 127.

Здобувачем виконано аналіз методів антикорозійного захисту заготовок.

АНОТАЦІЯ

Осипенко В.І. Фізико-технологічні основи електроерозійного дротяного вирізання. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.03.07.- Процеси фізико-технічної обробки. - Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”. - Київ, 2006.

Дисертація присвячена розвитку фізико-технологічних основ ЕЕДВ шляхом отримання за умов ЕЕДВ розв'язків базових задач електроерозійної обробки, розробці науково обґрунтованої методології адекватного прогнозування динаміки розвитку і ефективного вдосконалення електричних, газогідродинамічних, теплових та механічних процесів у МЕП на основі концепції досягнення максимальних технологічних показників ЕЕДВ (продуктивність, точність, шорсткість) при зниженні загальної енергоємності технології за експлуатації існуючого та проектуванні нового обладнання. За результатами проведеного комплексу експериментальних та теоретичних досліджень сформульовано нові наукові положення щодо розуміння фізичних та технологічних закономірностей пробою робочої рідини, формування і керування параметрами висококонцентрованого джерела тепла на поверхні електродів та тепловими процесами в зоні його дії. На базі нових наукових положень запропонована концепція, розроблені базові технічні рішення, алгоритми керування енерговиділенням та створено експериментальний зразок принципово нового ГКІ з двома різнопараметровими силовими блоками, завдяки чому вдалося суттєво поліпшити ефективність та знизити енергоємність ерозійного руйнування металів розрядами малої тривалості та енергії. Досліджено особливості механізмів газогідродинамічних процесів у МЕП при наявності у воді домішок ПАР, встановлено вплив ПАР на динаміку розширення каналу іскрового розряду, умови теплообміну між ДЕІ і РР та, відповідно, тепловий стан локальної ділянки дроту. Створено технологічні основи керування впливом низької жорсткості дроту на точність чотирикоординатного ЕЕДВ як методу обробки. Запропонована, теоретично обґрунтована та експериментально адаптована технологія безелектролізного вирізання у водопровідній воді генераторами уніполярних імпульсів. Створено математичне описання ЕЕДВ як комплексного фізико-технологічного процесу та програмне забезпечення для комп'ютерного моделювання теплових, газогідродинамічних та механічних процесів у МЕП і на електродах.

Ключові слова: електроерозійне дротяне вирізання, іскровий розряд, струм розряду, міжелектродний проміжок, дротяний електрод-інструмент, генератор коротких імпульсів, ерозійна лунка.

АННОТАЦИЯ

Осипенко В. И. Физико-технологические основы электроэрозионного проволочного вырезания. - Рукопись.

Диссертация посвящена развитию физико-технологических основ ЭЭПВ, путем получения при условиях ЭЭПВ решений базовых задач электроэрозионной обработки, создания научно обоснованной методологии адекватного прогнозирования динамики развития и эффективного усовершенствования электрических, газогидродинамических, тепловых и механических процессов в МЭП на основании концепции достижения максимальных технологических показателей ЭЭПВ (производительность, точность, шероховатость) и снижения общей энергоемкости технологии при эксплуатации существующего и проектировании нового оборудования. По результатам проведенного комплекса экспериментальных и теоретических исследований сформулированы новые научные положения относительно понимания физических и технологических закономерностей пробоя рабочей жидкости, формирования и управления параметрами высококонцентрированного источника тепла на поверхности электродов и тепловыми процессами в зоне его действия. Путь к минимизации затрат на эрозионное разрушение металлов открывает полученное в рамках тепловой гипотезы решение объемной нестационарной тепловой задачи, которое позволяет для известных теплофизических характеристик материала электрода определить температурное поле и форму “изофазных” поверхностей на участках электрода, которые контактируют с плазмой канала разряда в зависимости от распределения интенсивности осесиметрического источника тепла как в пространстве, так и во времени. По результатам численного моделирования в качестве рабочей жидкости (РЖ) были применены водные растворы поверхностно-активных веществ (ВР ПАВ), позволяющие целенаправленно изменять физико-химические свойства РЖ и посредством их управлять динамикой расширения канала разряда, пространственно временными параметрами высококонцентрированных источников тепла и, соответственно, тепловыми процессами в зоне их действия. Предложена концепция, разработаны базовые технические решения, алгоритмы управления параметрами энерговыделения, и создан опытный образец принципиально нового ГКИ с двумя силовыми блоками, имеющими различные уровни максимальных напряжений и мощности. Использование двух блоков обеспечило устранение влияния на тепловое состояние проволоки аномальных разрядов (пробой по “частице”, пробой МЭП с неэффективным распределением энергии разряда, короткое замыкание электродов), а управление крутизной заднего фронта тока разряда позволило за счет повышения эффективности выброса расплава с эрозионной лунки увеличить объемы единичны лунок на 8 - 12 % при прохождении разряда в воде и на 20 - 26 % в ВР ПАВ амфолитного типа. За счет этого при обработке стали достигнут коэффициент выброса металла К_выбр ? 0,77, что является абсолютно лучшим результатом из известных на 2004 г. по данным AGIE Company. Таким образом, удалось существенно улучшить эффективность и снизить энергоемкость эрозионного разрушения металлов при технологических условиях ЭЭПВ.

Исследованы особенности механизмов газогидродинамических процессов у МЭП при наличии в воде различных типов ПАВ, установлено воздействие ПАВ на условия теплообмена между ПЭИ и РЖ и, соответственно, тепловое состояние локального участка проволоки. Доказано существенное влияние на общий теплообмен между ПЭИ и рабочей средой коэффициента теплообмена при кипении рабочей жидкости на поверхности остывающей эрозионной лунки. На основании полученных результатов исследований созданы и апробированы экспериментальные статистические модели, которые позволяют на этапе проектирования технологического процесса вырезания рассчитать сочетание параметров обработки (продолжительность импульса, амплитуду рабочего тока, частоту следования импульсов, количество импульсов в группе, продолжительность групповой паузы, гидродинамические условия в МЭП), обеспечивающие вероятность безобрывного вырезания на уровне 95 % при максимальной для избранного типа станка, генератора технологического тока и материалов электродов производительности процесса.

Созданы технологические основы управления влиянием низкой жесткости проволоки на точность четырехкоординатного ЭЭПВ как метода обработки. Это позволило во многих случаях за счет синтеза специальных траекторий движения приводов и расчета скорости подачи увеличить точность чернового четырехкоординатного ЭЭПВ с ± 0,05 до ± 0,02 мм без использования систем обратной связи по прогибу ПЭИ.

Предложена, теоретически обоснована и экспериментально адаптирована технология безэлектролизного вырезания в водопроводной воде генераторами униполярных импульсов.

Создано математическое описание ЭЭПВ как комплексного физико-технологического процесса и программное обеспечение для компьютерного моделирования тепловых, газо-гидродинамических и механических процессов в МЭП и на электродах.

Ключевые слова: электроэрозионное проволочное вырезание, искровой разряд, ток разряда, межэлектродный промежуток, проволочный электрод-инструмент, генератор коротких импульсов, эрозионная лунка.

SUMMARY

Vasiliy I. Osypenko. Physic-technological fundamentals of electro discharge wire cut. - Manuscript.

Dissertation submitted for Doctor of Engineering Science degree, 05.03.07.- Processes of physic-technical processing. - National technical university of Ukraine “ The Kyiv polytechnic institute ”. - Kyiv, 2006.

The dissertation is devoted to the development of physical and technological background of electro discharge wire cut (EDWC) by obtaining under conditions EDWC the solutions of the basic tasks of electro erosion processing, elaboration of the scientifically justified methodology of adequate prediction of the dynamic of development and effective refinement of the electrical, hydrodynamic, thermal and mechanical processes in an interelectrode interval (IEI) on the basis of the concept of reaching of maximal technological indexes of EDWC (productivity, accuracy, grain) at lowering common power consumption of the technology under operating the existing and designing of new equipment. By the result of the complex of experimental and theoretical researches carried out the new scientific statements concerning understanding of physical and technological conformities of natural laws of hydraulic fluid, formation and handle of parameters of highly concentrated source of heat on a surface of electrodes and thermal processes in an area of its operation are formulated. On the basis of new scientific statements the concept is proposed, basic technical solutions, and the control algorithms of the energy release are elaborated, and the experimental sample of new generator of impulses with two power blocks is created, the makes it possible to improve efficiency the efficiency and to lower the consumption of erosive corrupting of metals by small duration and energy discharges. The peculiarities of mechanisms of hydrodynamic processes in IEI at presence of impurities of surface-active substances (SAS) in water are researched, the influence SAS on the dynamic of the channel extension of spark discharge and conditions of heat exchange between a wire electrode and hydraulic fluid and, accordingly, the conditions of thermal condition of a local part of a wire are set. The technological fundamentals of handling the influence of a low rigidity of a wire on accuracy of four coordinates EDWC as method of processing are set up. The technology of non-electrolyzed cut in water by generators of unidirectional pulses, with the theoretical background and experimental adaptation, is offered. The mathematical description EDWC as complex physical and technological process, and also software for computer simulation thermal, hydrodynamic and mechanical processes in IEI and on electrodes is created.

Key words: electro discharge wire cut (EDWC), spark discharge, discharge current, interelectrode interval (IEI), wire electrode - tool, generator of short impulses, erosive crater.

Размещено на Allbest.ru