В области машиностроения для обработки труднообрабатываемых материалов эффективен метод электроэрозионной обработки. Он находит применение в самых разных отраслях — от автомобильной до аэрокосмической. Такая технология позволяет получать требуемую форму и размер изделия с помощью импульсов электрического тока. Процесс обработки сопровождается высокой температурой, примерно 9000?, из-за чего происходит отложение расплавленных кусков металла, которые затвердевают при охлаждении и негативно влияют на качество обрабатываемой детали и производительность обработки. Накопление эрозионных остатков происходит из-за плохой промывки в пространстве между электродом и деталью, особенно когда необходимо получить сложнопрофильные глубокие отверстия или пазы. Эффективная промывка повышает производительность, обеспечивая попадание диэлектрической жидкости в зазор и охлаждение инструмента и материала. Ученые Пермского Политеха разработали модель системы промывки глубоких отверстий для копировально-прошивной электроэрозионной обработки материалов. Разработка учитывает влияние угла наклона сопел относительно глубины на производительность обработки и величину давления жидкости.
Результаты исследования опубликованы в журнале «Materials», 2023. Работа была поддержана Российским научным фондом, грант № 23-29-00104.
Электроэрозионная обработка работает путем создания электрического импульса, который испускает горячие искры. Тепло импульсов направлено на то, чтобы расплавить металл от большего металлического блока и аккуратно создать задуманную конструкцию. Весь процесс происходит в ванне с диэлектрической жидкостью (трансформаторное масло), которая охлаждает машину, увеличивая удельное сопротивление воды. Такая обработка широко применяется для изменения размеров металлических изделий, для получения отверстий различной формы, фасонных полостей, профильных канавок и пазов в деталях авиа- и ракетостроения.
Значение промывки очень важно при электроэрозионной обработке глубоких отверстий. Чем глубже отверстие, тем сложнее промывать обрабатываемую область, так увеличивается время обработки. При плохой промывке шлам, который остается в отверстии, налипает на поверхность электрода-инструмента и детали, что приводит к снижению качества и производительности обработки.
Ученые ПНИПУ выяснили, что с увеличением глубины отверстия усиливаются перепады давления диэлектрической жидкости, а в углах обработанного отверстия накапливается более высокая концентрация шлама. В существующих научных работах при исследовании механизма промывки не учитывается угол наклона сопел относительно глубины на производительность обработки и величина давления жидкости в зоне обработки. Политехники разработали модель распределения потоков рабочей жидкости в зоне обработки, подверженной изменению угла промывки. Моделирование распределения потока выполняли при трех значениях глубины обработки отверстия (2 мм, 10 мм и 15 мм), а также при трех значениях угла наклона сопел относительно оси инструмента (15°, 45° и 75°).
Для проверки теоретического моделирования политехники провели экспериментальные исследования и сравнили значение производительности процесса при различных углах сопла и переменной глубине обработки с результатами моделирования. Экспериментальные исследования показали адекватность полученных математических моделей.
Выяснено, что при обработке отверстий глубиной 10 мм и более следует учитывать угол наклона сопла, так как наблюдается снижение производительности из-за сложности промывки межэлектродного пространства. А наивысшее значение производительности достигается, когда сопла расположены под углом 15°. Также ученые отмечают, что при обработке отверстия глубиной 15 мм происходит интенсивное накопление осадка в зоне обработки.
— Разработанная модель позволяет прогнозировать процесс обработки в зависимости от условий промывки. Получены данные, описывающие изменения в качестве обработанной поверхности в зависимости от угла наклона сопла. Результаты моделирования позволяют прогнозировать возникновения погрешности обработки в условиях ограниченной промывки зоны обработки, — объясняет кандидат технических наук, директор высшей школы авиационного двигателестроения ПНИПУ Тимур Абляз.
Эффективная промывка в процессе электроэрозионной обработки глубоких отверстий сводит к минимуму осаждение шлама на электроде-инструменте и детали, тем самым способствуя стабильной обработке функциональных материалов. Проведенное учеными моделирование поможет избежать снижения качества обрабатываемой поверхности и снижения производительности электроэрозионной обработки труднообрабатываемых изделий сложного профиля.