Разработка научных и технологических основ проектирования и изготовления сложнопрофильных электродов-инструментов для электроэрозионной обработки изделий специального назначения (заключительный)

Разработаны математические модели описывающие поведение поверхностей электродов в процессе электроэрозионной обработки. Проведен многофакторный анализ процесса серии единичных импульсов при моделировании электроэрозионной обработки материалов при термоупругой постановке. Установлено, что наличие явной нелинейной зависимости глубины лунки наблюдается только от силы тока. Получена модель, описывающая механическую деформацию электродов от теплового воздействия. Определено поле суммарных перемещений точек тела. На основе модели получены зависимости, описывающие изменение глубины и радиуса лунки при варьировании режимами обработки, с учетом механических деформаций. На основании проведенного моделирования установлено, что перемещения точек тела при изменении температуры не оказывает значительного влияния на размеры лунки. Полученные данные подтверждают адекватность разработанной модели и возможность ее применения при расчетах. Для повышения точности прогнозирования процесса целесообразно, в дальнейшем, увеличивать количество вычислительных экспериментов. Получена математическая модель описывающая процесс остывания поверхности между серией единичных импульсов. На основе проведенных расчетов установлено поле температур около лунки в результате процесса остывания между действиями импульсов. Полученная методика моделирования позволяет осуществить расчет воздействия на поверхность изделия серии единичных импульсов с учетом эволюции геометрии поверхности. Разработана математическая модель описывающая воздействие на поверхность заготовки серии единичных импульсов. Установлена зависимость большинства исследуемых параметров (температура после импульса и после остывания, глубина лунки и её изменение, радиус лунки и его изменение) стремятся к логарифмическому виду с наличием флуктуаций. Зависимость объёма лунки стремится к линейному виду с флуктуациями. Определены температуры пробоя и возможность оценки их влияния на структурные изменения обработанной поверхности. Разработана математическая модель позволяющая определить износ электрода-детали и электрода-инструмента в процессе электроэрозионной обработки, в том числе с учетом неравномерности распределения межэлектродного зазора (МЭЗ). Используя полученную модель, при экспериментальном измерении скорость эрозии для конкретного материала, становится возможным прогнозирование износа ЭИ и ЭД. Полученные математическим путем значения износа соответствуют экспериментальным данным, при использовании полученных коэффициентов. Таким образом становиться возможным прогнозирования поведения электродов в процессе ЭЭО. Разработана методика проектирования и решена задача оптимизации внутренних и наружных поверхностей ЭИ, с целью снижения его массы и обеспечения эффективной промывки рабочей зоны. В результате расчетов получены две модели распределения потоков диэлектрической жидкости и значения скоростей потоков для различных конфигураций внутренних каналов ЭИ. Доказана эффективность применения внутренних каналов для улучшения вывода шлама из рабочей зоны. Обеспечивается стабильность движения потока диэлектрической жидкости, а также ее циркуляция в зоне обработки, что способствует повышению производительности ЭЭО. На основе полученных закономерностей и методики расчета становится возможным проектирование и изготовление оптимизированного ЭИ, в том числе крупногабаритных. Изготовлены сложнопрофильные ЭИ с оптимизированными внутренними каналами из порошкового материала марки MS1 с применением отечественного оборудования для селективного лазерного сплавления. ЭИ имитируют рабочие поверхности сложнопрофильных изделий гражданского и специального назначения, а также фасонные текстурированные поверхности изделий типа «пресс-форма». Проведены экспериментальные исследования эксплуатационных характеристик ЭИ и доказана эффективность их применения. Подтверждены ранее установленные математические зависимости, показывающие, что на износ ЭИ в большей степени влияет параметр режима – сила тока. Показано, что при использовании различных конфигураций ЭИ параметры шероховатость находится в одном классе (5 класс шероховатости). Повышение силы тока приводит к общему увеличению шероховатости поверхностей. Интенсивность износа ЭИ, обосновывается низкими электроэрозионными свойствами материала MS1. Показана возможность применения ЭИ, полученных аддитивными методами из материала MS1, с последующим нанесением эрозионно-стойкого медного покрытия. Нанесение покрытия осуществлялось с применением методики гальванического осаждения. Отмечено, что величина износа ЭИ с покрытием сопоставима с износом медного ЭИ. Установлено, что покрытие электрода удовлетворяет требованиям методики электроэрозионной обработки. Покрытие способно удерживаться на поверхности детали и пропуска электрический импульс. Используя полученные ЭИ изготовлена специализированная оснастка для проведения исследований процессов абразивной финишной обработки, о чем отмечено в опубликованных статьях. Установлено, что при ЭЭО образцов изделий из разных материалов ЭИ, полученными с применением аддитивных технологий, на обработанной поверхности формируется измененные поверхностные слои. Установлено, что величина измененного поверхностного слоя при ЭЭО сплава ВВ751П составляет от 19 до 42 мкм. При обработке на минимальном режиме наблюдается стабильность распределения слоя по обработанной поверхности. Максимальный режим обработки характеризуется большей толщиной изменённого слоя. Аналогичная зависимость наблюдается при обработке сплава 42ХНМ. Величина измененного слоя составляет от 7 до 18 мкм. При ЭЭО на минимальном режиме толщина слоя составляет 7-9 мкм и характеризуется прерывистыми участками до 18 мкм. Проведенный анализ поверхности с применением сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) показал, что на поверхностях обоих материалов наблюдаются трещины, что объясняется наличием температурных и ударных воздействий. Наличие трещин доказывает адекватность математических подходов разработанных в рамках реализации научного проекта, описывающих термомеханическое воздействие на поверхность под действием импульсного разряда. Получены эмпирические модели позволяющие описать выходные параметры обработки (производительность, шероховатость, износ ЭИ) в зависимости от режимов. На основе проведенного регрессионного анализа установлены режимы позволяющие обеспечить заданные показатели качества обработанной поверхности. Получены оптимизированные технологические рекомендации по подбору параметров электроэрозионной обработки