Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор научно-технической литературы по проблеме контроля и удаления катодных отложений 12
1.1. Современное состояние систем автоматизированного управления процессом прецизионной ЭХО 12
1.2. Феноменология процесса образования КО и влияние величины отложений на выходные технологические показатели прецизионной ЭХО 16
1.3. Проблема автоматизированного контроля и удаления КО 20
1.4. Цель и задачи работы 23
2. Информационная модель и алгоритмы работы АСУТП ЭХО с функциями контроля и удаления катодных отложений 25
2.1. Информационная модель автоматизированной системы управления процессом ЭХО с функциями контроля и удаления КО 25
2.1.1. Функциональная модель 25
2.1.2. Логическая модель данных 29
2.2. Алгоритмы работы АСУТП ЭХО с функциями контроля и удаления КО 31
2.2.1. Контроль величины КО 33
2.2.2. Управление процессом удаления КО с контролем допустимой величины тока обратной полярности 37
2.3 Выводы ко второй главе 39
3. Теоретические и экспериментальные исследования информативных параметров физико-химических процессов образования и удаления отложений 40
3.1. Исследования информативных параметров, характеризующих величину КО 40
3.1.1. Экспериментальное исследование в лабораторной ячейке электродного потенциала поверхности инструмента, частично покрытой КО 40
3.1.2. Математическая модель процесса образования КО с учетом гидродинамических условий МЭП при импульсной ЭХО вибрирующим электродом-инструментом 43
3.1.3. Физическая и математическая модели поверхности электрода-инструмента, частично покрытой КО 47
3.1.4. Экспериментальное исследование изменения электродного потенциала на физической модели электрода-инструмента. Сравнение теоретических и экспериментальных данных 50
3.1.5. Экспериментальное исследование влияния паразитных ЭХЯ на значения информативного параметра, характеризующего величину КО 52
3.1.6. Математическая модель ЭХЯ в условиях ЭХО при наличии паразитных электрохимических связей. Сравнение теоретических и экспериментальных данных.. 59
3.1.7. Методы измерения величины КО с компенсацией влияния паразитных ЭХЯ 71
3.2. Статистические исследования информативного параметра, характеризующего величину КО 77
3.3. Теоретические и экспериментальные исследования информативного параметра, характеризующего предельно допустимый ток обратной полярности при удалении КО 78
3.3.1. Экспериментальное исследование поверхности электрода-инструмента, поврежденной импульсным током обратной полярности 79
3.3.2. Метод определения предельно допустимого тока обратной полярности 84
3.4. Выводы к третьей главе 86
4. Практическое использование результатов исследований в системах управления 88
4.1. Промышленная АСУТП ЭХО с функциями контроля и удаления катодных отложений 88
4.1.1. Структура аппаратной части 88
4.1.2. Требования к аппаратно-программной части АСУТП ЭХО 89
4.1.3. Пример практического апробирования системы управления процессом ЭХО с функцией контроля и удаления КО 93
4.2. Технические требования к источнику технологического тока и источнику тока обратной полярности для работы с новой АСУТП ЭХО 96
4.3. Разработка учебной лабораторной работы по моделированию процесса образования КО 97
4.4. Пример технологической операции изготовления детали циклическим методом ЭХО с контролем и удалением КО 99
4.5. Выводы к четвертой главе 101
Основные выводы и результаты работы 103
Список литературы 105
- Феноменология процесса образования КО и влияние величины отложений на выходные технологические показатели прецизионной ЭХО
- Алгоритмы работы АСУТП ЭХО с функциями контроля и удаления КО
- Экспериментальное исследование в лабораторной ячейке электродного потенциала поверхности инструмента, частично покрытой КО
- Пример практического апробирования системы управления процессом ЭХО с функцией контроля и удаления КО
Введение к работе
Повышение технических требований к точности и качеству поверхности деталей машин и приборов дает стимул к развитию и применению новых прецизионных способов ЭХО, отличающихся высокой степенью прерывистости кинематико-геометрической характеристики и позволяющих вести обработку на малых (менее 10 мкм) МЭЗ.
В последнее десятилетие были достигнуты значительные успехи в вопросах автоматического управления процессом ЭХО. Большой вклад в развитие данного направления внесли отечественные и зарубежные научные коллективы: Тульского политехнического института, Уфимского государственного авиационного технического университета, научно-исследовательского технологического института (НИТИ, лаборатория 106), НКТБ «Искра» (Уфа), АО «Электросистема» (Киров), АО ЦНИТИ (Центральный научно-исследовательский технологический институт, Москва), фирма «Dorner engineering» (Германия), фирмы «Ultra-systems» и «Amchem» (Великобритания) и др.
Однако, в большинстве случаев в качестве объекта управления рассматривался процесс ЭХО на относительно больших (0,02..0,2 мм) МЭЗ, что ограничивало точность копирования, либо при разработке алгоритмов управления и формировании структуры системы управления не учитывались особенности физико-химических процессов и закономерностей, характерных для малых и сверхмалых МЭЗ при высоких (>100 А/см ) плотностях импульсного тока. В частности, при разработке систем автоматизированного управления не учитывались искажения значений информативных параметров, характеризующих величину МЭЗ, обусловленных изменением физико-химического состояния и макрогеометрии поверхности катода, например, за счет образования на нем пленок и осадков - катодных отложений (КО), либо селективным электрохимическим растворением фаз материала электрода-заготовки.
Появление КО, величина которых соизмерима с величиной МЭЗ, в технологическом аспекте приводит к снижению точности обработки, увеличению энергоемкости процесса; копирование микрорельефа КО не позволяет снизить шероховатость обрабатываемой поверхности. В аспекте управления процессом КО приводят к снижению достоверности информативных параметров, характеризующих величину МЭЗ, физико-химическое состояние поверхности электродов и межэлектродной среды, что в совокупности снижает качество управления процессом.
Таким образом, проблема создания систем АСУТП ЭХО на малых МЭЗ с функциями контроля и удаления КО является актуальной.
Основные положения, выносимые на защиту:
Информационная модель АСУ ТП ЭХО с функциями контроля и удаления КО.
Метод определения предельно допустимой амплитуды тока обратной полярности при заданной длительности очищающего импульса в процессе удаления КО.
Методы контроля величины КО по остаточному напряжению на электродах после выключения технологического импульса с компенсацией негативного влияния паразитных ЭХЯ на погрешность измерения величины КО.
Алгоритмы контроля информативных параметров и алгоритмы управления процессом удаления КО.
Технические требования к аппаратно-программной реализации АСУ ТП ЭХО с функциями контроля и удаления КО.
Научная новизна
1. Разработана информационная модель АСУ ТП ЭХО, учитывающая информационные потоки данных, характеризующих величину КО и допустимый ток обратной полярности при удалении КО, а также функции,
формирующие управляющие команды процессом ЭХО и процессом удаления КО на основании данной информации.
Усовершенствован метод контроля величины КО с компенсацией влияния паразитных ЭХЯ на точность измерения, основанный на анализе скорости спада остаточного напряжения на электродах после приостановки процесса ЭХО. Отличительной особенностью данного метода является то, что сокращение длительности измерительной паузы при ЭХО предлагается осуществлять принудительным разрядом емкостей ДЭС электродов постоянным током обратной полярности малой плотности, с последующим анализом скорости изменения остаточного напряжения на электродах.
Предложен метод определения предельно допустимой амплитуды и длительности импульса тока обратной полярности, не допускающего электрохимического повреждения электрода-инструмента при удалении КО, основанный на выявлении критичных точек вольтамперной характеристики МЭП, характеризующих переход анодных электрохимических процессов из пассивной в транспассивную область.
Разработана математическая модель процесса образования КО, учитывающая гидродинамические условия МЭП при импульсной ЭХО вибрирующим электродом-инструментом, и модель процесса изменения электрических характеристик ДЭС электрода в зависимости от величины КО, устанавливающая функциональную взаимосвязь величины КО и информативного параметра.
Практическая ценность
Результаты работы использованы: 1. При разработке технологии изготовления узких пазов на ЗАО «Оптимедсервис» в детали прецизионной части ножа витреотома для проведения офтальмологических полостных операций на заднем сегменте глаза.
При создании опытного образца электрохимического станка на предприятии «Уралтехносервис».
При разработке и внедрении в учебный процесс курса лекций и методических указаний к лабораторным работам по дисциплинам «Теоретические основы обработки металлов концентрированными потоками энергии» и «Системы автоматизированного проектирования в реновации».
Отдельные разделы работы выполнялись в рамках государственной научно-технической программы Академии наук Республики Башкортостан «Проблемы машиноведения конструкционных материалов и технологий»; по заданию Министерства образования РФ по направлению «Производственные технологии» (ПР-577 от 30.03.03), а также в соответствии с планами работ по контрактам и хозяйственным договорам Уфимского государственного авиационного технического университета (УГАТУ) и ООО «Компания Новотэч» (г. Уфа).
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: XIV-m Международном симпозиуме по электрическим методам обработки ISEM-XIV (Эдинбург, Шотландия 2004г.), на всероссийской научно-технической конференции «Современная электротехнология в промышленности России» (г. Тула, 2003г.), на IV международном научно-практическом семинаре «Современные электрохимические технологии в машиностроении» (г.Иваново, 2003 г.), на V-м международном семинаре «Computer Science and Information Technologies» (г. Уфа, 2003 г.) и на технических советах предприятия «Новотэч» (г. Уфа).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых изданиях центральной и международной печати.
Структура и объем работы
Содержание диссертационной работы изложено в 4 главах на 111 страницах машинописного текста, содержит 41 рисунков, 5 таблиц и список литературы из 54 цитируемых источников.
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ
ЛИТЕРАТУРЫ ПО ПРОБЛЕМЕ КОНТРОЛЯ И УДАЛЕНИЯ КАТОДНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
Феноменология процесса образования КО и влияние величины отложений на выходные технологические показатели прецизионной ЭХО
Под управлением процессом размерной ЭХО понимается направленное изменение физико-химических и технологических условий и параметров режима обработки с целью получения выходных показателей по точности и качеству обработанной поверхности. К последним относятся показатели, характеризующие точность геометрических размеров и формы обрабатываемых деталей, шероховатость получаемых поверхностей, производительность, энергоемкость и др. /36/.
В качестве объекта управления процессом ЭХО принято считать электрохимическую ячейку, состоящую из двух электродов, разделенных МЭП, через который прокачивается электролит. Электрохимическая ячейка является динамической системой, параметры состояния которой зависят от режимов обработки. Характерной особенностью ЭХЯ как объекта управления является саморегулирование. Оно проявляется в функциональной связи между скоростью подачи электрода и величиной МЭЗ в установившемся режиме. Именно это свойство ЭХЯ используется в простейших системах управления величиной МЭЗ путем задания определенной стабилизированной скорости подачи. Однозначность функциональной связи «скорость подачи — зазор» обеспечивается только лишь при постоянстве других параметров состояния ЭХЯ.
Все многообразие систем управления процессом ЭХО (согласно классификации /36/, изображенной на рис. 1.1) можно разделить на две большие подгруппы: системы управления непрерывным процессом ЭХО и системы управления дискретным процессом ЭХО. В системах управления, используемых в известных серийных электрохимических станках ПІ, в качестве управляющих воздействий применяются в основном скорость подачи и параметры рабочего напряжения.
В системах управления непрерывным процессом ЭХО регулирование скорости подачи и напряжения на электродах обычно осуществляется независимо друг от друга. В системах управления дискретным процессом, напротив, требуется четкая синхронизация работы источника технологического тока и автоматизированного привода подачи.
Системы управления дискретным процессом ЭХО целесообразно разделить на три категории: 1) без колебания электродов, 2) с симметричными колебаниями электродов, 3) с асимметричными колебаниями электродов. В зависимости от характера взаимосвязи управляемой и управляющей систем все системы оперативного управления процессом ЭХО могут быть разделены на разомкнутые, в которых отсутствует обратная связь объекта управления с управляющей системой, и замкнутые, в которых такая связь обеспечивается с помощью специальных датчиков обратной связи /37..39/.
Непрерывный процесс ЭХО, как правило, не может протекать при небольших МЭЗ, поскольку межэлектродная среда загрязняется продуктами электрохимических реакций. Величины зазоров, при которых проходит процесс непрерывной ЭХО, достаточно велики (много больше величины слоя КО), в результате точность обработки не высокая и, соответственно, проблема отложений на поверхности катода для данного типа обработки не является актуальной.
Системы управления дискретным процессом ЭХО /8.. 10/ позволяют вести раздельно во времени анодное растворение и удаление продуктов электрохимической реакции. При этом создаются благоприятные условия для интенсификации промывки МЭЗ и выравнивания свойств межэлектродной среды во всем объеме межэлектродного промежутка, для периодического контроля фактической величины МЭЗ и ее корректировки, а также для дозирования электрической энергии, вводимой в ЭХЯ. Дискретные методы при снижении производительности процесса ЭХО позволяют добиться большей точности обработки за счет того, что обработка происходит при малых МЭЗ, однако в данном случае одним из технологических ограничений процесса ЭХО, не позволяющим увеличить точность формообразования, являются КО. В работе /32/ установлено, что величина слоя КО при импульсной ЭХО вибрирующим электродом-инструментом соизмерима с величиной МЭП.
Анализ научно-технической и патентной литературы /11..16/ показывает, что существуют бесконтактные и контактные методы контроля величины МЭЗ в процессе дискретной ЭХО. Бесконтактные методы определения величины МЭЗ на данный момент не нашли широкого применения в современных системах АСУТП ЭХО, хотя существуют системы автоматического контроля скорости подачи электрода-инструмента, работающие по информативным параметрам, косвенно характеризующим величину МЭЗ. В то же время для достижения заданной точности формообразования и качества поверхности зачастую необходимо контролировать величину МЭЗ наиболее простым и точным контактным методом, когда электроды периодически сближаются до их касания при выключенном источнике технологического тока. Точность определения величины МЭЗ таким методом снижается вследствие образования на поверхностях электродов окисных пленок и КО, которые не позволяют точно определить момент касания электродов /32/.
КО также оказывают негативное влияние на качество управления в системах автоматического управления скоростью подачи электрода-инструмента, использующих в качестве рабочей информации информативные параметры, косвенно характеризующие величину МЭЗ в процессе обработки. Один из известных методов управления скоростью подачи /17/ основан на анализе формы осциллограммы напряжения на МЭП в момент подачи импульса технологического тока, при этом информация о текущей величине МЭЗ может искажаться из-за образования на поверхности электрода-инструмента КО.
Алгоритмы работы АСУТП ЭХО с функциями контроля и удаления КО
Настройка оборудования электрохимического станка осуществляется значениями машинных параметров (сущность: «Машинные параметры»). Доступ к программной форме, позволяющей оператору изменять значения машинных параметров, ограничен паролем. Машинные параметры разделяются по категориям, соответствующим типам оборудования, к которому относятся данные параметры (сущность: «Категория машинных параметров»).
Информация о текущем состоянии процесса ЭХО и оборудовании станка отображается в виде оперативных сообщений (сущность: «Оперативные сообщения»), которые в свою очередь могут быть разделены на категории (сущность: «Категория сообщений»). Каждое оперативное сообщение имеет свой приоритет, чем определяется очередность его появления на экране операторной станции станка. Событие, связанное с появлением оперативного сообщения, отражается записью в журнале оперативных сообщений (сущность: «Журнал оперативных сообщений»).
В журнале технологических параметров регистрируются основные технологические параметры процесса ЭХО (сущность: «Журнал технологических параметров»). Состав регистрируемых параметров определяется сущностью: «Текущие параметры процесса».
Сущность «Системные данные» содержит общесистемные данные, необходимые для нормального функционирования оборудования.
Алгоритмы работы АСУТП ЭХО /51/ разработаны на основании предложенных в третьей главе методов контроля величины КО и метода определения допустимого тока обратной полярности в процессе удаления КО. Для контроля величины отложений процесс ЭХО периодически прерывается измерительными паузами (рис. 2.9) без прекращения технологической операции. Периодичность измерений величины КО Т\ (рис. 2.8) задается оператором-технологом станка. Первое измерение величины информативного параметра и[ или U 2 (остаточное напряжение, измеренное между анодом и катодом или между катодом и измерительным зондом, см. главу 3) осуществляется после запуска процесса ЭХО при «чистой» поверхности электрода-инструмента. Оператор-технолог может отключить контроль величины КО, если известно как в зависимости от времени при данном технологическом процессе на поверхности электрода-инструмента образуются отложения (рис. 2.8). В этом случае с периодичностью времени Т\ будет включаться режим удаления КО.
В системе автоматизированного управления процессом ЭХО предусматривается два варианта реализации алгоритма контроля величины КО. Первый алгоритм (рис. 2.10) реализует метод определения величины КО с компенсацией влияния паразитных ЭХЯ при самостоятельном разряде емкостей ДЭС электродов. Перед измерением информативного параметра U\ (при описании алгоритмов используется параметр /, , в случае применения измерительного зонда информативным параметром является остаточное напряжение U 2) останавливается подача электрода-инструмента и выключаются импульсы технологического тока. После чего контролируется скорость спада остаточного напряжения на электродах Vv . При уменьшении скорости ниже заданной оператором уставки VVyCT измеренное значение параметра U[ наиболее адекватно отражает текущее физико-химическое состояние поверхности электрода-инструмента. Первоначально измеряется значение напряжения остаточной поляризации U[m4, то есть алгоритм контроля запускается при «чистой» поверхности электрода-инструмента (выполняется условие «Известно, что поверхность электрода-инструмента чистая», см. рис. 2.10). При последующих запусках алгоритма контролируется абсолютная разность напряжений \и[-и Шч , отражающая процесс увеличения количества КО на поверхности электрода-инструмента. После превышения величины отложений заданного значения подается команда на запуск процесса удаления КО.
Второй вариант алгоритма контроля величины КО (рис. 2.11) отличается тем, что для сокращения измерительной паузы производится принудительный разряд емкостей ДЭС электродов постоянным током обратной полярности. Как и в первом случае при первоначальном запуске алгоритма для «чистой» поверхности измеряется величина и\тч.
При последующих запусках емкости ДЭС разряжаются током обратной полярности /р до тех пор, пока напряжение U[ не примет значение U[m4.
Величина тока обратной полярности 1раз задается оператором-технологом электрохимического станка. После выключения тока разряда контролируется скорость изменения остаточного напряжения на электродах Vv : если ее абсолютное значение превышает значение заданной уставки, подается команда на включение процесса удаления КО.
Значения временных интервалов, через которые запускался процесс удаления КО, регистрируются в базе данных системы управления. При серийном производстве контроль величины КО может быть отключен. В данном случае процесс удаления КО запускается с определенной ранее (при отладке технологического процесса ЭХО) периодичностью.
Экспериментальное исследование в лабораторной ячейке электродного потенциала поверхности инструмента, частично покрытой КО
В ходе экспериментов на физической модели электрода-инструмента (рис. 3.4.а) пластины (электроды с различными физико-химическими свойствами поверхности) погружались на разные глубины в емкость с 8%-м раствором электролита нитрата натрия NQNOT,. При замкнутом ключе К измерялось серебряным установившееся напряжение между пластинами и хлоросеребряным электродом сравнения.
Так же при разомкнутом ключе К были измерены установившиеся напряжения между: электродом сравнения и бронзовым электродом; электродом сравнения и латунным электродом.
В результате опытов были получены экспериментальные данные (Таблица. 3.2) зависимости напряжения, измеренного между замкнутыми латунным и бронзовым электродами и хлоросеребряным электродом сравнения, от соотношения площадей погруженных в электролит бронзы и латуни.
Напряжение, измеренное экспериментально между электродом сравнения и бронзовым электродом U\, составляет -16 мВ. Напряжение между электродом сравнения и латунным электродом иг имеет значение 26 мВ. Используя эти данные, можно построить теоретическую зависимость (29) напряжения при замкнутом ключе К от соотношения площадей бронзового и латунного электродов (рис. 3.5).
Очевидно качественное совпадение теоретических и экспериментальных данных (рис. 3.5). Следовательно, предложенная эквивалентная электрическая схема замещения (рис. 3.46) адекватно описывает электрические процессы, проходящие в ЭХЯ, один из электродов которой имеет неоднородные физико-химические свойства поверхности. Таким образом, исходя из результатов моделирования можно сделать вывод, что изменение электродного потенциала, вызванное образованием катодных отложений, может быть зафиксировано в процессе ЭХО изменением осциллограммы напряжения между электродом-инструментом и заготовкой или между электродом-инструментом и дополнительным электродом (измерительным зондом), вводимым в МЭП.
Экспериментальная и теоретическая зависимости напряжения между электродом сравнения и замкнутыми бронзовым и латунном электродами от соотношения площадей
В условиях реальной обработки на электрохимическом станке кроме ЭХЯ, образованной электродом-инструментом и электродом-заготовкой, присутствуют паразитные ЭХЯ. Паразитные ЭХЯ могут быть разделены на катодные и анодные. Катодные паразитные ЭХЯ образованы паразитными электродами, электрически связанными с катодом (электродом-инструментом). Соответственно анодные паразитные ЭХЯ образованы паразитными электродами, электрически связанными с анодом (электродом-заготовкой). Примером катодных паразитных электродов могут служить металлические части гидроблока и тракта прокачки электролита электрохимического станка. Анодным паразитным электродом является рабочий стол, на котором закрепляется электрод-заготовка. Паразитные электроды имеют не постоянную и много большую, по сравнению с рабочей ЭХЯ, площадь контакта с электролитом. Соответственно, и характеристики ДЭС этих электродов не стабильны в процессе обработки.
В работе /32/ в качестве информативного параметра, характеризующего величину КО, предложено напряжение между электродом-инструментом и электродом заготовкой, измеренное в момент времени непосредственно перед подачей технологического импульса тока (остаточное напряжение на электродах между импульсами технологического тока). Целью экспериментальных исследований является определить влияние, оказываемое паразитными электродами различной площади на значение данного информативного параметра, а также на значение напряжения, измеренного между электродом-инструментом и дополнительным измерительным электродом (зондом). Обозначим информативный параметр, характеризующий величину КО, измеряемый относительно электрода заготовки U[ и относительно зонда U 2.
При проведении экспериментов использовалась установка (рис. 3.5), представляющая собой диэлектрическую ванну, наполненную раствором электролита ЫаИОз 8%, в которую кроме анода 4 и катода 2 погружаются два паразитных электрода (паразитный анодный 7 и паразитный катодный электроды 8) и измерительный зонд 6. Боковые поверхности анода и катода, а также поверхность электрододержателя 5 покрыты слоем изоляционного материала. Анод и катод представляют собой стержень, изготовленный из стали марки Stavax (40X13). Диаметр стержня катода для удобства установки оснастки несколько больше диаметра стержня анода. Токоподвод к погруженному в электролит электроду-заготовке осуществляется изолированным медным проводом. Паразитные электроды представляют собой пластины из нержавеющей стали, соединенные внешними электрическими связями с анодом и катодом электрохимического станка, коммутируемыми при помощи ключей КРА и КРК . В качестве измерительного зонда использован хлоросеребряный электрод сравнения 6. Экспериментальная установка смонтирована в рабочей камере электрохимического станка (рис. 3.6).
Поскольку схема экспериментальной установки (рис. 3.5) исключает штатный гидроблок и тракт прокачки электролита электрохимического станка, а также рабочий стол не контактирует с раствором электролита, так как ванна сделана из диэлектрического материала, достигается максимальное снижение влияния неконтролируемых паразитных ячеек на процесс ЭХО. Кроме специально вводимых паразитных электродов при данной экспериментальной схеме все же присутствуют сравнительно небольшие по площади паразитные поверхности анода и катода, образованные торцевой поверхностью катода, выходящей за границы стержня-анода, и свободной от изоляции боковой поверхностью анода.
Пример практического апробирования системы управления процессом ЭХО с функцией контроля и удаления КО
Система управления функционировала в соответствии с предложенными во второй главе алгоритмами контроля величины катодных отложений и алгоритмами управления процессом удаления катодных отложений с контролем максимально допустимого тока обратной полярности. Контроль отложений осуществлялся методом с компенсацией влияния паразитных ЭХЯ без ускоренного разряда емкостей ДЭС электродов.
Униполярный режим ЭХО проходил при условиях: РЭл=20кПа, /Мип=7.0В, FH=65%, ґи=3.0мсек, /А=117..125А, 5,н=20мкм, электролит - S%NaN03; Гэл=20 С, площадь обработки 2 см . Материал электрода-заготовки - Stavax, электрод-инструмент изготовлен из стали марки Sandwik. Длительность процесса обработки на униполярном режиме составляла Т\=25 мин, после чего система фиксировала появление катодных отложений величиной больше заданной (рис. 4.4а).
Процесс удаления КО включался со следующими параметрами: длительность очищающего импульса (обратной полярности) tn = 5мсек, импульс подавался симметрично относительно нижнего положения электрода-инструмента. Для определения допустимого тока обратной полярности величина тока постепенно увеличивалась с шагом Д/П=0.01А, при этом вычислялось значение конечноразностной производной дифференциального сопротивления МЭП и сравнивалось с уставкой 0.001. В результате система управления процессом удаления КО определила допустимый ток обратной полярности 1МЖС величиной 400 мА. Импульсы обратного тока 7макс подавались в течении времени Г3 до полной очистки поверхности электрода.
Результаты экспериментов на модернизированном электрохимическом станке показывают, что система управления, функционирующая в соответствии с предложенным алгоритмом, работоспособна. С достаточной для практики точностью определяется граница допустимого тока обратной полярности для удаления КО без повреждения электрода-инструмента. Для удаления катодных отложений необходимо доработать штатный источник технологического тока электрохимического станка дополнительным источником импульсного тока обратной полярности. Источник тока обратной полярности должен обладать следующими характеристиками: 1) диапазон изменения величины импульсного тока обратной полярности от 10 мА до 2000 мА; 2) диапазон изменения длительности импульса тока от 1 мсек до 15 мсек; 3) возможность работы в режиме источника постоянного тока; 4) диапазон изменения частоты следования импульсов тока от 20 Гц до 50 Гц. 5) выходное сопротивление источника в паузе между импульсами тока должно быть много большим сопротивления межэлектродного промежутка; для условий представленных в работе экспериментов достаточным являлось значение выходного сопротивления более 100 кОм. Последнее требование к источнику обратного тока относится и к источнику импульсного технологического тока. Переключение источников технологического тока и источника тока обратного тока может осуществляться цифровым управляющим сигналом (рис. 4.5), длительность импульсов тока и величины - аналоговым управляющим сигналом. Система управления обеспечивает синхронизацию управляющих воздействий на источники тока с вибратором электрохимического станка. Структура системы управления генератором технологического тока и источником тока обратной полярности электрохимического станка: G1-управляемый источник технологического тока; G2- управляемый источник тока обратной полярности; К1-электронный ключ включения источника технологического тока; К2-электронный ключ включения источника тока обратной полярности. Представленная в работе модель процесса образования КО в условиях импульсной ЭХО вибрирующим электродом-инструментом была использована при разработке методических указаний к лабораторной работе «Моделирование процесса образования катодных отложений» по дисциплине «Теоретические основы обработки металлов концентрированными потоками энергии» и «САПР в реновации». Моделирование процесса образования катодных отложений производится при помощи специализированной расчетной программы «Sedimentation», написанной на языке Visual Basic 6.0 (рис. 4.6). При моделировании процесса образования катодных отложений, можно изменять следующие параметры: р - плотность электролита; V - кинематическая вязкость электролита; Р0 - давление электролита на выходе межэлектродного промежутка; Px - давление электролита на входе межэлектродного промежутка; SMim - минимальная величина межэлектродного промежутка; А - амплитуда колебаний электрода-инструмента (катода); tw - длительность импульса технологического тока; F- частота вибрации электрода-инструмента; VE - скорость электрофоретического переноса частиц. После старта вычислительного процесса (кнопка 4, рис. 4.6) в области экранной формы 2 в динамике отображается состояние межэлектродного промежутка. Также численно отображается текущее количество частиц, находящихся в межэлектродном промежутке, и количество частиц, достигших катодной поверхности. В области 3 отображается график распределения катодных отложений по поверхности электрода-инструмента.
Студентам предлагается оценить характер влияния различных значений параметров электрохимической обработки на процесс образования катодных отложений и их распределения по поверхности электрода-инструмента. Изменяя, например, давление электролита и длительность импульса технологического тока предлагается подобрать режим обработки без образования отложений, при котором частицы не успевают достигать катодной поверхности.
