Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современного состояния теории и практики электрической обработки материалов 15
1.1. Общая характеристика электрической обработки. Основные закономерности электрофизических явлений в межэлектродном промежутке, обусловленные прохождением тока 15
1.1.1. Основные закономерности электрофизических явлений в межэлектродном промежутке, обусловленных прохождением тока 18
1.2. Физические процессы, обуславливающие разновидности электроэрозионных методов обработки 23
1.3. Особенности физических процессов, характеризующие электроконтактную обработку 35
1.4. Анализ энергетической эффективности методов электрической обработки 40.
1.5. Выводы, цель и задачи исследования 49
2. Физические основы процесса энергоэффективного метода размерной электрической обработки контактным непрерывным оплавлением 53
2.1. Физические предпосылки и принципиальные особенности осуществления электрической обработки контактным непрерывным оплавлением... 53
2.2. Принципиальная схема технического осуществления электрической-обработки контактным непрерывным оплавлением 58
2.3. Электрофизические процессы взрывно-искрового эффекта непрерывного оплавления металлов в межэлектродном пространстве .
3 2.4. Технологические особенности процесса электрической обработки контактным непрерывным оплавлением 67
2.5. Выводы 70
3. Гидродинамические процессы в технологической зоне обработки 74
3.1. Исходные положения гидродинамики и теории пограничного слоя несжимаемой жидкости
3.2. Физические предпосылки силового взаимодействия и возникновения движения прослойки жидкого металла в технологической зоне обработки 92
3.3. Моделирование процесса эвакуации продуктов расплава жидкого металла из технологической зоны обработки 98
3.4. Моделирование процессов силового нагружения обрабатывающего инструмента в широком диапазоне условий обработки
3.4.1. Физический механизм и количественная оценка момента сопротивления, обусловленные силами трения на внешней границе слоя эвакуации 102
3.4.2. Количественная оценка момента сопротивления, обусловленного приращением количества движения эвакуируемого объема расплава жидкого металла из межэлектродного промежутка 105
3.4.3. Количественная оценка аэродинамической составляющей момента сопротивления вращению обрабатывающего инструмента 106
3.5. Выводы. 111
4. Теплообменные процессы в технологической зоне обработки 114
4.1. Закономерности протекания теплообменных процессов в технологической зоне обработки. Разработка модельных условий 114
4 4.2. Моделирование процесса нагрева и плавления материала обрабатываемой заготовки в технологической зоне обработки 118
4.3. Моделирование теплового состояния обрабатывающего инструмента и расчетное определение теплового потока, расходуемого на его нагрев и теплоотдачу в окружающую среду
4.3.1. Расчет теплового потока, расходуемого на нагрев обрабатывающего инструмента 130
4.3.2. Оценка потерь тепловой энергии, обусловленной теплоотдачей от обрабатывающего инструмента в окружающую среду 134
4.4. Оценка энергетической эффективности Процесса электрической обработки контактным непрерывным оплавлением 138
5. Создание расчетно-аналитических методов проектирования технологии электрической обработки контактным непрерывным оплавлением. моделирование процеса формирования качества обработанной поверхности. оценка количественных показателей механизма униполярного оплавления материала обрабатываемой заготовки 147
5.1. Основные признаки и конструктивно-технологические параметры процесса электрической обработки контактным непрерывным оплавлением 147
5.2. Создание апробированных расчетно-аналитических методов проектирования технологии электрической обработки контактным непрерывным оплавлением 150
5.3. Моделирование процесса формирования качества обработанной поверхности, образованной электрической обработкой контактным непрерывным оплавлением 157
5 5.4. Метод оценки количественных показателей механизма униполярного оплавления материала обрабатываемой заготовки в
широком диапазоне режимов обработки 162
5.5 Выводы 166
6. Создание опытно-промышленных моделей режущих установок. экспериментальная апробация электрической обработки контактным непрерывным оплавлением. практическая реализация теоретико экспериментальных положений работы 168
6.1. Состав и основные технические характеристики опытно промышленных моделей режущих установок 168
6.1.1. Общая компоновка и конструктивные особенности, базовой модели режущей установки "РУСТ -1" 169
6.1.2. Особенности расчета основных технических характеристик режущих установок электрической обработки контактным непрерывным оплавлением 1 6.2. Экспериментальная апробация опытных моделей режущих установок и метода электрической обработки контактным непрерывным оплавлением в лабораторно-промышленных условиях 189
6.3. Методологические основы создания рациональных конструкций основных элементов технологического оборудования, реализующих процессы электрической обработки контактным непрерывным оплавлением
6.3.1. Практические рекомендации по конструированию приводов механизма продольной подачи обрабатывающего инструмента и универсальной режущей головки 202
6.3.2. Практические рекомендации, направленные на повышение надежности обрабатывающего инструмента
6.4. Результаты практической реализации работы 212
6.5. Выводы
Заключение и основные выводы 218
Литература 225
- Основные закономерности электрофизических явлений в межэлектродном промежутке, обусловленных прохождением тока
- Электрофизические процессы взрывно-искрового эффекта непрерывного оплавления металлов в межэлектродном пространстве
- Физический механизм и количественная оценка момента сопротивления, обусловленные силами трения на внешней границе слоя эвакуации
- Моделирование теплового состояния обрабатывающего инструмента и расчетное определение теплового потока, расходуемого на его нагрев и теплоотдачу в окружающую среду
Основные закономерности электрофизических явлений в межэлектродном промежутке, обусловленных прохождением тока
Основу рабочего процесса электроэрозионных методов обработки составляет использование энергии электрических (искровых, искродуговых и дуговых) разрядов, обусловленных прохождением тока между электродами (участок 1-2, рис. 1.1) в диэлектрической среде, для униполярного разрушения поверхности одного из них - обрабатываемой заготовки.
Когда рабочее напряжение между электродами (обрабатываемой заготовкой и обрабатывающим инструментом) достигает определенной величины, достаточной для электрического разряда, участок 1, рис. 1.1, после пробоя рабочего зазора между электродами на их поверхностях под действием бомбардировки электронами (анод), ионами (катод) возникают локализованные на небольших участках источники тепла. Нестационарный процесс распространения тепла от этих источников сопровождается вьщелением в объеме единичной лунки некоторого количества энергии, достаточного для выплавления и частичного испарения микропорции металла. Это физическое явление, сопутствующее электрическому разряду и приводящее, в конечном счете, к съему материала с поверхности обрабатываемой заготовки, называется электрической эрозией. В соответствии с этим способы обработки, основанные на использовании импульсов электрических разрядов, составляют группу электроэрозионных методов обработки (ЭЭО).
В зависимости от формы и параметров импульсов, полярности электродов, методов и средств генерирования импульсов, и способов технического осуществления процесса обработки различают четыре основные разновидности ЭЭО: электроискровую, электроимпульсную, анодномеханическую и электроконтактную [6,21,22,103,109].
Рабочим процессом при ЭЭО является электрическая эрозия под действием импульсного электрического разряда в среде рабочей (диэлектрической) жидкости (вода, керосин, масло и т.п.), заполняющей межэлектродное пространство (МЭП). Электрические разряды формируются с помощью источника питания, преобразующего непрерывный постоянный ток в импульсы требуемой мощности и частоты.
Большое разнообразие в поведении разрядов вносит вид рабочей среды, подаваемой в технологическую зону обработки, являясь одним из элементов эрозионного разрушения. Технологическая жидкость задерживает частицы диспергированного материала, переносимые при разряде, обеспечивает их быстрое удаление, а затем и быстрое восстановление электрических параметров зазора и понижает температуру катода. Помимо этого в технологической жидкости при прохождении через нее разряда возникают газообразование и гидродинамические явления, создающие дополнительный взрывной эффект, облегчающий разрушение и вынос из рабочей зоны обработки микропропорций диспергируемого материала ОЗ.
На рис.1.2.а представлена схема рабочего процесса ЭЭО. Когда импульсное напряжение - U между анодом 1 и катодом 2 достигает определен / ной величины, происходит электрический пробой жидкости. В последней возникает плазменный канал разряда - сравнительно узкая цилиндрическая область 3, в которой протекают процессы нагревания, распада и ионизации вещества рабочей среды. Между электродами через канал переносятся электрические (искровой, искродуговой и дуговой) разряды, в плазме вьщеляется джоулева теплота, а переход зарядов через границу между плазмой и электродами сопровождается импульсным поступлением тепловых потоков на анод и катод. Схема переноса электрического заряда приводит к периодическому образованию лунок разрушения на электроде-заготовке.
Интенсивное выделение джоулевой теплоты в канале разряда вызывает образование газообразных продуктов, так что канал разряда окружается газообразными продуктами распада рабочей среды - газовым пузырем 5 рис.1.2.а, стенки расширяющегося пузыря выталкивают из межэлектродного зазора рабочую среду, поток которой увлекает продукты разрушения, частицы 6 и эвакуируют их из технологической зоны обработки.
Выброс металла из единичной лунки всегда сопровождается образованием по краям кратера валика. Объем валика составляет около 40% объема лунки (рис. 1.2.6) высота валика соизмерима с глубиной лунки (соответственно 0,2 и 0,22 мм), ширина (0,5 мм) равна верхнему радиусу лунки [6, 20, 21, 46, 47, 73, 109]. Если энергию импульса значительно увеличить (до 170 Дж), то на внутренних и наружных склонах валика образуются складки. Они являются результатом растекания металла, выдавливаемого из лунки. Температура, возникающая в разрядном канале, чрезвычайно высока и намного превышает температуру плавления и кипения известных материалов.
1. Подготовка и образование канала сквозной проводимости. При этом происходит вытягивание вдоль силовых линий электрического поля мости ков из токопроводящих частиц, находящихся в жидкости во взвешенном со стоянии; нарушение диэлектрической прочности масляной пленки, насту пающее при определенном критическом напряжении; постепенное формиро вание токопроводящего мостика, сопровождающееся ростом силы тока до тех пор, пока мостик не взрывается с образованием ионизированного, хоро шо проводящего канала, позволяющего пропустить ток большой силы. Это сопровождается интенсивным нагревом канала и увеличением его диаметра со скоростью распространения ударной волны. Таким образом первая стадия разряда включает в себя две фазы - фазу пробоя (Ю-8 -10"7 с) и фазу неустойчивого искрового разряда, переходящего в фазу искродугового разряда (Ю-4 с). Осциллограммы процесса искрового разряда показывают, что он представляет собой нестационарный дуговой процесс. Для электроискровой обработки эта стадия является завершающей; для электроимпульсной -1 начальной [46,47, 63,109].
2. Стадия дугового разряда. Электрические процессы характеризуются тем, что ток принимает установившееся значение, его величина определяется только кривой питающего напряжения. Это приводит к большим плотностям тока. Электрическая дуга в этом случае является высококонцентрированным преобразователем электрической энергии в тепловую. Объемная концентра ция мощности в этом преобразователе может достигнуть значений ЗООкВт/мм2, а энергия - до 30 000 Дж/мм3. температура канала разряда в этом случае достигает примерно 5000 С и более.
Относительная величина съема материала с анода и катода определяется электрическими режимами и теплофизическими константами их материалов.
Для второй стадии - дуговой наибольший съем металла имеет место в том случае, когда заготовка является катодом. Следовательно, для электро / искровой обработки определяющее влияние имеет первая стадия, так что оптимальной является прямая полярность, когда заготовка служит анодом. Напротив, для электроимпульсной обработки решающее значение имеет вторая стадия; поэтому оптимальной является обратная полярность (заготовка - катод).
Электрофизические процессы взрывно-искрового эффекта непрерывного оплавления металлов в межэлектродном пространстве
Согласно схеме технического осуществления ОКНО, выходные параметры процесса обработки определяются закономерностями суммарного воздействия на обрабатываемый материал заготовки электротеплового эффекта ВИЛ оплавления и механического (эвакуирующего) воздействия на прослойку диспергируемого материала 03, быстроперемещающейся рабочей поверхности ОИ в технологической зоне обработки.
Следовательно исходными предпосылками проектирования операци-онно-технологических процессов ОКНО является оптимальное управление процессами термического воздействия и эвакуации заданного на обработку слоя припуска материала 03 путём комплексного регулирования конструктивно-технологическими параметрами процесса обработки совместно с энергетическими показателями ИП.
Таким образом, критериями назначения режимов обработки, конструктивных параметров технологического оборудования, включая ОИ и энергетических характеристик ИП, являются устойчивость совместного протекания процессов оплавления материала 03 в МЭП и механизмов эвакуации продуктов диспергирования из технологической зоны обработки, определяющих, в конечном счете интенсивность процесса съёма, заданного на обработку припуска материала 03.
По определению, процесс построчного резания ОКНО (рис.2.1) осуществляется в среде воздуха, в условиях постоянно существующего контакта между вращающейся рабочей поверхностью ОИ с ПЖМ, обусловленного униполярным оплавлением материала 03 в МЭП. Процесс обработки сопровождается непрерывным удалением продуктов диспергирования из МЭП толщиной съёма - Ис. Время пересопряжения участка (периферической) рабочей поверхности ОИ с ПЖМ в МЭП определяется временем цикла -14.
Очевидно, что за время цикла -14 из МЭП удаляется некоторый объём -AVU расплава материала 03, равный: AV4 = hcLB, (2.3.) где: hc LuB- соответственно толщина съёма, рабочая длина поверхности контакта ОИ с 03 и ширина слоя съёма, при принятых условиях обработки рис.2.1, L и В определяются геометрическими параметрами МЭП. При этом мощность источника питания, необходимого для оплавления эвакуируемого за цикл объёма материала 03, определяется известным соотношением [6,20,22,27]: Рип=рАУ(СТ+т)/Щ (2.4.) где р, С, Т, и т, соответственно плотность, массовая теплоёмкость, средняя температура диспергирования материала 03 (с учетом перегрева материала 03 выше температуры оплавления) и скрытая теплота плавления, л -полный к.п.д. процесса.
По условиям протекания электротеплового эффекта ВИЛ оплавления в МЭП, очевидно, что увеличение мощности ИП, либо уменьшение скорости подачи ОИ на 03 относительно скорости перемещения фронта оплавления контрольного объёма прослойки жидкого металла, в МЭП, процесс ВИЛ оплавления переходит в режим электродугового оплавления 03, что означает переход ОКНО в режим электроконтактной обработки, и наоборот, снижение мощности ИП, ниже необходимого для оплавления контрольного объёма прослойки жидкого металла в МЭП, либо увеличения скорости подачи ОИ на 03, относительно скорости перемещения фронта оплавления ПЖМ в МЭП, неизменно переводит процесс ВИП оплавления в режим короткого замыкания, (т.е. в процесс электрофрикционного резания).
В свою очередь, при прочих равных условиях, процесс развития и образования ПЖМ в МЭП зависит от теплофизическдо свойств материала 03 и площади контакта ОИ с 03 - Ар и характеризуется определенным временем ». Следовательно, по условиям сохранения сплошности ПЖМ в МЭП, что является обязательным условием реализации ОКНО, время цикла должно быть равно: U = tx =(0,001. ..О,007)с. (2.5)
В противном случае, условие tn t , означает переход процесса ВИЛ оплавления в электродуговой, и наоборот t4 tM, означает взрывной выброс ПЖМ из МЭП и переход процесса ВИЛ оплавления в режим короткого замыкания, что означает переход процесса в элект офрикционную разновидность обработки.
Перечисленные факторы накладывают особые условия на технологию проведения ОКНО, выбор энергетических параметров ИП, и назначение конструктивных параметров ОКНО. Объединяя 2.2; 2.3; 2.4; 2.5 можно увязать и основные конструктивно-технологические параметры ОКНО и время цикла: Скорость съёма Uc = L/14 Производительность ОКНО (объёмная) V = UchcB Скорость подачи ОИ на 03 Un = UJnJHp Частота вращения ОИ » = 2U JD Мощность ИП Рип = Р V(CT + т)/ц (2.6.) Время цикла: Ц=1Ж Полученные зависимости (2.6) отражают качественные особенности проектирования конструктивно-технологических и энергетических параметров ОКНО.
Для получения количественных показателей технологических параметров возникает необходимость установления физических закономерностей протекания механизмов эвакуации продуктов диспергирования из техноло / гической зоны обработки и закономерностей протекания теплообменных процессов в МЭП, что составляет отдельный класс исследований и рассматривается в последующих главах настоящей работы.
1. Показано, что в известных методах размерной электрической обработки источниками электротепловой энергии, используемыми для теплового разрушения и эвакуации заданного на обработку слоя материала 03, яв -71-ляются: электрическая искра (электроискровая обработка), искродуговые разряды (электроимпульсная обработка) и электрическая дуга (электроконтактная обработка). Перечисленные методы характеризуются невысокой энергетической эффективностью обработки, что объясняется самой физической природой термодинамического преобразования в названных источниках электрической энергии в тепловую, что связано с её потерями на элементарные процессы, возникающие в канале разряда (ионизация плазмы) и передачи ее на электроды конвекционным либо контактным путем, а также затратами энергии на нагрев технологической жидкости, являющейся обязательным элементом электроэрозионного разрушения.
2. Установлено, что высокой энергетической эффективностью и ин тенсивностью съёма обладает качественно новый метод размерной электри ческой обработки контактным непрерывным оплавлением (ОКНО), физиче ской сущностью которого является использование в качестве источника электротепловой энергии неплотного электрического контакта, непрерывно существующего между быстроперемещающейся рабочей поверхностью ОИ с обрабатываемой поверхностью 03 и реализация в МЭП взрывно-искрового процесса (ВИП) непрерывного оплавления, обусловленного эффектом Джо уля-Ленца, для униполярного оплавления и съёма заданного на обработку припуска материала 03. Отмечено, что термодинамический к.п.д. процесса ВИП - оплавления на операциях электрошлаковой и стыковой сварки оплав лением равен, г\щ 0,75..0,89, против г) = 0,009, т = 0,092 и л = 0,24 соответ ственно для электроискровой, электроимпульсной и электроконтактной об работки.
Физический механизм и количественная оценка момента сопротивления, обусловленные силами трения на внешней границе слоя эвакуации
Для момента, создаваемого силами трения на внешней границе слоя эвакуации - Tw уместно вернуться к модели (рис.3.6)(рис.3.7) эвакуации расплава жидкого металла из МЭП.
Из схемы процесса рис. 3.7, очевидно, что составляющая момента сопротивления, обусловленная силами трения на внешней границе (плоскости) слоя эвакуации толщина которой определяется интегральными соотноше ниями (3.32) равна: j где FTP - сила трения на внешней границе (плоскости) слоя эвакуации, D - диаметр ОИ. Таким образом определение Т сводится к количественной оценке сил трения, возникающих на границе раздела (плоскости) слоя эвакуации жидкого металла в МЭП. Рассмотрим механизм возникновения сил трения - Fw (рис. 3.7). Как было установлено ранее, динамическая модель движения расплава / жидкого металла в МЭП представляет течение Куэтта в пространстве между подвижной, представленной рабочей поверхностью ОИ и неподвижной, представленной нерасплавленной поверхностью 03, плоскостями. Известно, что данное течение характеризуется постоянством касательных напряжений в слое ПС как при турбулентном, так и при ламинарном движении и равно касательному напряжению на стенке т0 [75, 76,153], определяемому зависимостью (3.29). Из схемы процесса эвакуации прослойки жидкого металла рис 3.6 следует, что сила трения - Fw- определяется как: , F =т -А где т0 - касательное напряжение, возникающее по плоскости 2 рис. 3.6 на внешней границе ПС эвакуации; А - площадь контрольной поверхности внешней границы ПС.
Рассмотрим систему координат как показано на рис.3.6. При ширине подвижной области - В, толщина увлекаемого слоя д(Х), возрастает с текущей длиной пластины X.
Следуя «закону стенки» Прандтля [56,60,111] полное сопротивление пластины смоченной с одной стороны - F-гр определяется зависимостью: -104 Fmx)=B.)r0(x)dx. (3.36) о С другой стороны, на основании теоремы импульсов это сопротивление определяется из закона распределения скоростей в пограничном слое, как: FrP(x)=B-p-\uX{y){Uc-Ux(y))dy. (3.37) о Подставив (3.36) в уравнение закона распределения скоростей (3.37), получим для составляющей - Tw полного сопротивления трению: FTP=0.№-pU2cBLP( y0-2. (3.38) v Для инженерных расчетов соотношение (3.38) в более удобной форме преобразуется к виду [108]: FTP=0.5-Cfp-U2cB-LP, (3.39) где Cf - полный коэффициент сопротивления для пластины, смоченной с одной стороны, равный: : F С = tJL / f Q.S-pUlBL/ Для пластины, на которой пограничный слой турбулентен, начиная от передней кромки, показано [71,75,76,160], что в области чисел Рейнольдса: 5-104 Re 107, закон сопротивления имеет следующий вид: С, =0.074- Re"0 2. (3.40) Таким образом, объединяя 3.35 и 3.39, получим для момента Т„ зависимость: TJP=0.25-CfpU2BLPD, I (3.41) где Cf - полный коэффициент сопротивления принимается по соотношению (3.39), р - плотность материала ОИ в расплавленном (жидком) состоянии В - ширина ОИ; LP - длина рабочей дуги контакта ОИ в МЭП; -105 / 3.4.2. Количественная оценка момента сопротивления, обусловленного приращением количества движения эвакуируемого объема расплава жидкого металла из межэлектродного промежутка.
Для установления количественных закономерностей развития механизма сопротивления, обусловленного приращением количества движения эвакуируемого из межэлектродного пространства объема жидкого расплава металла, рассмотрим динамическую модель [153], представленную на рис.3.8.
По условиям процесса (рис.3.3), за время цикла (пересопряжение ОИ с 03 в МЭП) - ц из межэлектродного пространства эвакуируется объем расплавленного металла - AV. Рассматриваемый объем расплавленного металла ограничен по длине МЭП по внутренней и наружной границам плоскостями вращения.
Изнутри этой плоскостью является периферийная поверхность ОИ, наружной ограничивающей плоскостью является внешняя граница слоя эвакуации, толщиной съема - hc.
Момент сил давления на эти плоскости, согласно принятым модельным условиям 1...7 равен нулю. Также опустим известные (3.41) силы трения на границах рассматриваемого объема.
Выделим из рассматриваемого объема элементарную материальную часть рис.3.8 dV = dxdydz, массой - dm.
Из основного закона динамики вращательного движения, известно, что относительно полюса т.О рис.3.8, момент количества движения выделенного элементарного объема dV, определяется векторной величиной dL равной произведению радиуса-вектора - ri, проведенного/из полюса О на ее количество движения так, что: -106 dL = rdmflUi l l lb где dU, - скорость движения выделенного элементарного объема, относительно полюса. Тогда кинетический момент всего объема - dV расплава жидкого металла, относительно полюса, точка О рис.3.8. будет определяться как: L=\\\ridmidUr (V) і Исходя из равенства момента внешних сил, кинетическому моменту системы элементарных объемов, получим равенство: Tmv = Щ и fJdzdydx, (V) принимая для которого, условия процесса: t = їц; rcp= D/2; p = рж= const. Окончательно получим для составляющей момента сопротивления, обусловленного приращением количества движения эвакуируемого объема расплавленного металла: ТтУ=0.5ОржГсис, (3.42) где D - диаметр ОИ; рж - плотность материала ОИ в расплавленном состоянии; Uс - скорость съема (ис = соD/i); Vc - объемная производительность (интенсивность съема)(Гс = hcBUc). 3.4.3. Количественная оценка аэродинамической составляющей момента сопротивления вращению обрабатывающего инструмента. / Для количественной оценки составляющей воздушного сопротивления обрабатывающего инструмента принимаем расчетную схему (рис.3.9) равномерного вращения диска с угловой скоростью - а, вокруг оси х, перпендикулярной площади диска в большом объеме воздуха.
Моделирование теплового состояния обрабатывающего инструмента и расчетное определение теплового потока, расходуемого на его нагрев и теплоотдачу в окружающую среду
С помощью ОКНО по схеме проведения рис.5.1 в общем случае можно воспроизводить операции, аналогичные по кинематике движения процессам механической обработки, что достигается сменой обрабатывающего инструмента и изменением режимных условий обработки. Например, применяя ОИ в виде диска, можно воспроизводить операции разделительного разрезания либо построчного резания, аналогичных операциям фрезерования и строгания, применение цилиндрических, чашечных либо модульных ОИ, в свою очередь, позволит проводить операции точения, фрезерования, шлифования, заточки инструментов, зубофрезерования и т.д.
Важным условием технического осуществления ОКНО, является технологическая устойчивость совокупности явлений, обеспечивающих, в конечном счёте, съём с 03, определённого кинематической схемой заданной операции, слоя припуска, определяемых совокупностью протекания механизмов: - механизма непрерывного униполярного оплавления заданного поверхностного слоя материала 03, обусловленного эффектом ВИЛ непрерывного оплавления, в условиях непрерывно существующего контакта между -быстроперемещающейся рабочей поверхностью ОИ с обрабатываемой поверхностью 03 и, - механизма эвакуации диспергируемого слоя материала 03 из технологической зоны обработки, обусловленного реологическим законом трения Ньютона.
Таким образом, технологическая устойчивость процесса обработки определяется совокупностью протекания процессов электротеплового разрушения поверхностного слоя материала 03 в МЭП и процесса эвакуации продуктов разрушения из технологической зоны обработки.
Установленные ранее физические закономерности протекания механизмов эвакуации продуктов диспергирования из МЭП, закономерности теп-лообменных процессов и отмеченные принципиальные особенности технического осуществления ОКНО, предопределяют качественно новые подходы к проектированию операционно-технологических процессов обработки, учитывающие с единых методических позиций условия обеспечения устойчивости процессов съёма, заданного на обработку припуска материала 03 во взаимосвязи с конструктивно-технологическими и энергетическими параметрами процесса в широком диапазоне условий обработки и с учётом теплофи-зических свойств материалов 03 и ОИ.
Выделим основные критерии технологической устойчивости процесса обработки: [154,156,157]
1. Следуя схеме технического осуществления ОКНО рис.5.1, очевидно, что непреложным условием динамической устойчивости процесса обработки является равенство скоростей подачи ОИ на 03 и перемещения фронта оплавления материала 03 в МЭП.
Превышение скорости подачи ОИ на 03 над скоростью перемещения фронта оплавления материала 03 в МЭП, как отмечалось ранее, неизменно переводит процесс ВИП - оплавления в зоне контакта ОИ и 03, в режим короткого замыкания (плотный контакт), что означает переход процесса обработки в электрофрикционную разновидность ЭКО. И наоборот снижение скорости подачи относительно скорости перемещения фронта оплавления материала 03, приводит к увеличению межэлектродного зазора, что означает переход процесса ВИЛ - оплавления в дуговой, что означало бы переход процесса обработки в электродуговую разновидность ЭКО.
2. По условиям организации устойчивого непрерывного процесса эва куации продуктов диспергирования из технологической зоны обработки, обусловленных закономерностями протекания гидродинамических явлений в МЭП, установлено (3.32), что толщина съёма припуска материала 03 опреде ляется режимными условиями обработки и вязкостными свойствами рас плавленного материала 03 [153, 154, 155], так что центральной формулой определяющей условия обеспечения устойчивости процесса в целом, и в свою очередь, увязывающие режимные условия обработки с конструктивны ми параметрами ОИ, является назначение толщины съёма припуска материа ла 03, определяемого зависимостью: Ас=Хр(73,72 9...0,38 2), (5.2) где Re - число Рейнольдса равное: Re = UcL/v,
Здесь V - коэффициент кинематической вязкости жидкого расплава материала 03, Uc и Lp - скорость съёма (резания) и длина дуги контакта ОИ с 03 в МЭП.
3. По условиям сохранения сплошности ПЖМ в МЭП, обусловленно го, закономерностями протекания силового взаимодействия в МЭП [153, 156], глубина проплавлення поверхностного слоя материала 03 - hnp должна назначаться равной: hnp=2hc, (5.3)
4. Важным фактором, влияющим на устойчивость процесса обработ ки, являются закономерности протекания процесса ВИЛ - оплавления в МЭП. Согласно схеме проведения ОКНО пересопряжение участка рабочей поверхности ОИ длиной Lp за цикл (время - tu) сопровождается оплавлением поверхностного слоя 03 объёмом AV0 = LpBhnp и эвакуацией слоя припуска объёмом AV3=LpBhc. Очевидно, что по условиям сохранения сплошности ПЖМ в МЭП это время цикла ограничивается временем развития и существования в МЭП рассматриваемого контрольного объёма ПЖМ равного AV0.
Как было установлено ранее, по условиям протекания процесса ВИП -оплавления, время развития и существования жидкой фазы материала 03 в технологической зоне обработки, в зависимости от теплофизических свойств материала 03 и площади зоны обработки - Ар, составляет от 0,001 до 0,007 с, так, что далее происходит перегрев жидкого металла, сопровождающийся его объёмным вскипанием и взрывообразным выбросом из МЭП в виде мельчайших брызг и пара.
Данное обстоятельство накладывает на технологический процесс обработки условие: іц= (0,001. ..0,007)с, 1 (5.4) Вместе с тем перечисленные физические закономерности не могут быть исчерпывающими условиями технологической устойчивости процесса обработки, без учёта энергетических характеристик источника технологического питания (ИП), определяющих в конечном счёте интенсивность полезного тепловьщеления, а следовательно и скорость оплавления материала 03 в МЭП.
