Полный текст

Введение В процессе электроэрозионной обработки (ЭЭО) материал обрабатываемой заготовки подвергается воздействию электрических импульсов. Температура плазменного канала превышает 10 000 °C. Под действием температуры происходит фазовый переход обрабатываемого материала из твердого состояния в парообразное. Пары металла при взаимодействии с рабочей жидкостью, заполняющей межэлектродное пространство, твердеют и формируют электроэрозионный шлам [1, 2]. Изучению процесса формирования электроэрозионного шлама и его влияния на качество ЭЭО посвящен ряд работ [2-5]. При обработке деталей в условиях плохой промывки межэлектродного пространства (обработка глубоких отверстий, шлицевых пазов, крупногабаритные пресс-формы и т.д.) происходит скопление продуктов эрозии в зоне обработки, что приводит к возникновению вторичных структур на поверхностях электродов, в результате чего снижается качество и производительность обработки [2]. В работах [3, 4, 6-8] показано, что перемещение электроэрозионного шлама в зоне обработки зависит от процесса формирования и перемещения газовых пузырей. Для анализа дрейфа продуктов эрозии в межэлектродном пространстве предложены экспериментальные установки. Показано, что из-за вязкости диэлектрика (минеральное масло) электроэрозионный шлам перемещается в оболочке газового пузыря. Проведенные исследования позволили визуализировать процесс перемещения шлама в зоне обработки без предложения практических рекомендаций по повышению эффективности ЭЭО. В работах [9-13] показано, что для повышения производительности процесса ЭЭО необходимо варьировать параметры высоты подъема электрода-инструмента (ЭИ) из зоны резанья и скорость этого подъема. В работах [14, 15] описано различие в строении шлама, сформированного от разрушения заготовки и инструмента. Шлам с поверхности заготовки представляет собой сферические частицы (рис. 1, а). Формирование сферических частиц происходит в результате остывания металла, испаренного с поверхности заготовки под действием электрического импульса. Многие из сферических поверхностей имеют типичные дендритные структуры, указывающие на достаточно низкую скорость охлаждения. Шлам, сформированный из материала электрода-инструмента, получается посредством термического выкрашивания (рис. 1, б). а б Рис. 1. Электроэрозионный шлам (´1500): а - с поверхности заготовки; б - с поверхности электрода-инструмента При увеличении энергии импульса сферические частицы шлама разрушаются. На их поверхности формируются зоны выкрашивания, вмятины и трещины (рис. 2). Рис. 2. Разрушение на поверхности сферических частиц Показано, что при увеличении энергии импульса средний размер частиц сформированного шлама увеличивается. В работах [14, 15] сформулирована гипотеза, о том, что местное возникновение высоких температур вызывает расплавление и испарение металлической фазы в местах воздействия, термическое разложение боридной фазы, а также испарение и разложение диэлектрической среды. Поскольку диэлектрическая среда пребывает в постоянной циркуляции, электроды охлаждаются, но поток паров становится турбулентным. Ввиду турбулентности поток паров будет распадаться на более мелкие фракции и каждая фракция будет склонна к конденсированию в жидкость (жидкий металл и рабочая жидкость), а затем в твердые частицы. Пары рабочей жидкости снижают скорость охлаждения капли жидкого металла, которая способствует сфероидизации частиц, а также их дендритной ликвации. При низкой входящей энергии снижается содержание паров металла и рабочей жидкости, что ведет к снижению количества частиц с меньшим средним размером. Шлам, сформированный при низких энергиях импульса, затвердевает быстрее и в результате становится более твердым. При увеличении входной энергии увеличивается поток паров металла и рабочей жидкости. В результате турбулентного движения частицы шлама соударяются, что приводит к возникновению вмятин и трещин на их поверхности. При столкновении сферических частиц большего размера с более мелкими частицами возникает структура включений. Кроме того, наличие вязкой рабочей жидкости ведет к формированию конгломератов из частиц электроэрозионного шлама. Влияние режимов ЭЭО на формирование конгломератов из частиц шлама не изучено в полной мере. Цель работы - металлографический анализ морфологии продуктов эрозии при обработке титанового сплава ВТ1Л. Материалы и методы исследования Эксперименты проводились на копировально-прошивном электроэрозионном станке Electronica Smart CNC. Электрод-инструмент изготовлен из композиционного материала «медь - 0,4 об. % графита (ТРГ)». Электрод инструмент выполнен в виде цилиндра диаметром 5 мм. В качестве рабочей жидкости использовано масло EDM Oil - IPOL SEO 450. В качестве заготовки применялась титановая пластина из сплава ВТ1Л толщиной 6 мм. Режимы электроэрозионной обработки представлены в табл. 1. Таблица 1 Режимы электроэрозионной обработки Параметры Кодированное значение режима Е13 (чистовой) Е34 (получистовой) Е54 (черновой) Время включения импульсов Ton, мкс 1 50 50 Время выключения импульсов Toff, мкм 32 32 32 Средний ток I, А 0,5 1,2 3 Среднее напряжение U, В 50 50 50 Полярность VE, Epol + + + Мощность, Вт·с 0,025 0,3 7,5 Металлографический анализ морфологии продуктов эрозии изучали на оптическом микроскопе AXIOVERT 40 mat с использованием программы цифровой обработки данных «ВидеоТест4». Результаты исследования и обсуждение Установлено, что частицы удаленного с поверхности заготовки металла представляют собой конгломераты, состоящие из мелких фрагментов (рис. 3-5). а б Рис. 3. Размер конгломератов при ЭЭО на чистовом режиме: а - гистограмма распределения размеров конгломератов; б - общий вид конгломератов а б Рис. 4. Размер конгломератов при ЭЭО на получистовом режиме: а - гистограмма распределения размеров конгломератов; б - общий вид конгломератов а б Рис. 5. Размер конгломератов при ЭЭО на черновом режиме: а - гистограмма распределения размеров конгломератов; б - общий вид конгломератов Значения средних размеров конгломератов и частиц в их составе представлены в табл. 2. Измерения показали, что конгломераты, полученные при обработке титана ВТ1Л на режимах с меньшей мощностью (чистовые режимы), крупнее и состоят из большего числа мелких частиц, чем при режимах с большой мощностью (табл. 2). Таблица 2 Размеры частиц продуктов эрозии Режимы Средний размер конгломератов, мкм Средний размер частиц в конгломератах, мкм Е13 (чистовой) 72 2 E34 (получистовой) 55 5 Е54 (черновой) - 14 Установлено, что конгломераты состоят из частиц электрода-инструмента и электрода-детали. Анализ полученных данных подтверждает гипотезу формирования конгломератов из частиц электроэрозионного шлама, предложенную в работах [6, 7]. Показано, что при увеличении энергии импульса (при обработке титана ВТ1Л) частицы электроэрозионного шлама не конгломерируются (см. табл. 2), шлам представляет собой отдельные элементы со средним размером 14 мкм. Заключение На основании проведенного исследования можно сделать следующие выводы: 1. Значение мощности импульса определяет размер частиц электроэрозионного шлама при обработке титана ВТ1Л. При минимальной мощности размер единичной частицы минимален, их конгломерация затрудняет удаление продуктов эрозии из зоны обработки. 2. При электроэрозионной обработке титана ВТ1Л на режиме с максимальной мощностью электроэрозионный шлам представляет собой отдельные частицы со средним размером 14 мкм.

Об авторах

Т. Р Абляз

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Email: lowrider11-13-11@mail.ru

С. А Оглезнева

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Email: osa@pm.pstu.ac.ru

Н. Д Оглезнев

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Email: fastrex@mail.ru

А. О Гришарин

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Email: lowrider11-13-11@mail.ru

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 19

PDF (Russian) - 9

Ссылки

• Ссылки не определены.