Технические науки/8.Обработка материалов в машиностроении

Д.т.н., проф. Носуленко В.И., к.т.н. Шмелев В.Н.

Кировоградский национальный технический университет, Украина

Физико-технологические особенности и классификация способов электроразрядной обработки металлов

Процессы размерной электроразрядной обработки металлов (ЭРО), основанные на использовании преобразуемой в тепло энергии электрических разрядов, получили широкое применение и продолжают интенсивно развиваться. К ним относятся процессы электроискровой (электроимпульсной) обработки (ЭИО), электроконтактная обработка (ЭКО) и примыкающая к ней анодно-механическая обработка, размерная обработка электрической дугой (РОД), а также плазменная обработка (ПО).

Показано [1,2], что их всех объединяет единая физическая природа “инструмента” обработки – это то, что называют электрическим дуговым разрядом или, что то же, электрической дугой. Это позволяет рассматривать их в единстве, взаимосвязи и взаимозависимости, в частности, как высокоэффективную альтернативу традиционным процессам обработки металлов резанием (ОМР) и обработки металлов давлением (ОМД). Отличия же электрических разрядов в условиях указанных процессов ЭРО – это лишь различные формы динамического (механического) взаимодействия дугового разряда с поперечным потоком среды-диэлектрика. Это важно, поскольку логика развития познания приводит к необходимости четко различать то, что составляет сущность объекта, от того, какой она является, какой мы её видим. Это позволит установить неизвестные ранее закономерности взаимодействия дуги с внешней средой и описать электрическую дугу как качественно новый источник тепла для ЭРО.

На основе изложенных представлений предложим также классификационные признаки и классификацию способов ЭРО. Это становится необходимым, поскольку общая универсальная связь, взаимодействие явлений и процессов должны найти отображение во взаимосвязи человеческих понятий. Научное понятие или система понятий, в частности, классификация способов ЭРО, есть ни что иное как отражение внутренних связей явлений, процессов между ними.

Технологические возможности электрических разрядов в условиях процессов ЭРО определяются возможностями и диапазоном регулирования энергетических характеристик дуги, а также возможностями реализации разнообразных технологических схем формообразования. Процессы ЭРО в своей совокупности обеспечивают регулирование энергетических характеристик дуги в самом широком диапазоне технологических режимов. Реализуются также и все известные технологические схемы формообразования при оптимальном сочетании количественных и качественных характеристик процесса. Но каждый из способов ЭРО имеет свои ограничения и свои технологические возможности, а потому каждый из них имеет свою область рационального применения.

РОД обеспечивает оптимальное сочетание количественных и качественных характеристик процесса (максимально высокую производительность при высоком качестве обработки) и позволяет высокоэффективно реализовать все известные технологические схемы формообразования за исключением тех, когда невозможно обеспечить прокачку рабочей жидкости.

О классификационных признаках и классификации способов ЭРО

Основные классификационные признаки ЭРО должны, по-видимому, отражать основные физические условия ее осуществления. На рис. 1 представлены классификационные признаки и классификация способов ЭРО.

Необходимо учитывать, что указанные способы ЭРО можно комбинировать. Кроме того можно предложить принципиально новые способы ЭРО, например, способ, реализующий дугу, перемещающуюся в диэлектрической жидкости между электродом-заготовкой и электродом-инструментом в результате взаимодействия с магнитным полем. Однако о практической значимости этих способов можно говорить только после проведения соответствующих поисковых исследований, в связи с чем включать их в классификацию пока нецелесообразно.

Рис. 1. Классификационные признаки и классификация способов ЭРО

Выводы

1. Электрические разряды в условиях процессов ЭРО, включающих ЭИО, ЭМО, ПО и РОД, имеют единую физическую природу – это то, что принято называть электрическим дуговым разрядом или, что то же, электрической дугой. Именно это объединяет эти процессы, делает их похожими, позволяя рассматривать их в единстве, взаимосвязи и взаимозависимости, в частности, как альтернативу традиционным процессам ОМР и ОМД.

2. Отличия электрических разрядов в условиях реализации разнообразных процессов ЭРО – это лишь различные формы динамического (механического) взаимодействия дуги с поперечным к столбу дуги потоком среды-диэлектрика, динамическое давление которого на столб дуги и определяет энергетическую структуру дугового разряда. При РОД дуга протекает в поперечном потоке среды-диэлектрика в условиях одностороннего динамического давления потока на столб дуги. При ЭМО односторонний поперечный к столбу дуги поток среды-диэлектрика создается движущимися, обычно вращающимися электродами. При ЭИО и при реализации нестационарных электрических разрядов динамическое взаимодействие дуги с поперечным потоком среды-диэлектрика достигается в условиях изменяющегося во времени всестороннего и равномерного сжатия столба дуги при расширении канала разряда, когда последний “набегает” на неподвижную среду-диэлектрик, сжимая её. В плазмотронах эффект всестороннего, постоянного, равномерного, поперечного к столбу дуги динамического воздействия потока среды-диэлектрика достигается за счет ограничения площади поперечного сечения канала разряда соплом плазмотрона с дополнительным динамическим воздействием потока на столб дуги за счет прокачки через сопло среды-диэлектрика.

3. Технологические возможности электрических разрядов в условиях процессов ЭРО определяются возможностями и диапазоном регулирования энергетических характеристик дуги, а также возможностями реализации разнообразных технологических схем формообразования. Процессы ЭРО в своей совокупности обеспечивают регулирование энергетических характеристик дуги в самом широком диапазоне технологических режимов. Но каждый из способов ЭРО имеет свои ограничения и свои технологические возможности, а потому каждый из них имеет свою область рационального применения.

4. На основании изложенных представлений предложены классификационные признаки и классификация способов ЭРО.

ЛИТЕРАТУРА

1. Носуленко В. И. Электрическая дуга в поперечном потоке среды-диэлектрика как источник тепла для новых технологий // Электронная обработка материалов, 2005, № 2. – С. 26-33.

2. Носуленко В. И. Размерная обработка металлов электрической дугой // Электронная обработка материалов, 2005, № 1. – С. 8-17.