UDK 621 Общее машиностроение. Ядерная техника. Электротехника. Технология машиностроения в целом
The article discusses the design of a combined processing process with the imposition of electromagnetic fields based on a previously developed methodology. The advantages of this approach to the creation of new methods of machining parts are shown, confirmations are given in the form of theoretical calculations and the results of practical application of a new method of stitching holes.
ELECTROEROSION TREATMENT, ELECTROCHEMICAL TREATMENT, METHODOLOGY, PRODUCTIVITY.
|
DOI:
|
|
|
УДК 621.9.047
|
|
|
05.02.08 – технология машиностроения
|
|
|
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОШИВАНИЯ ОТВЕРСТИЙ КОМБИНИРОВАННЫМИ МЕТОДАМИ
|
DESIGNING OF HOLE STITCHING TECHNOLOGY BY COMBINED METHODS
|
|
Смоленцев Евгений Владиславович, профессор кафедры технологии машиностроения, д.т.н., профессор, Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж, (РФ)
|
Smolentsev Evgeniy Vladislavovich, doctor of tech. sc., professor, department «Engineering Technology», Voronezh State Technical University, Voronezh, (RF)
|
|
e-mail: zolototrubova-y@mail.ru
|
assistant professor, department of Graphics, Computer Engineering and Design Voronezh State Technical University, Voronezh, (RF) e-mail: zolototrubova-y@mail.ru
|
|
Грицюк Василий Григорьевич, заведующий кафедрой технологии машиностроения, к.т.н., Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж, (РФ)
|
Gritsyuk Vasily Grigorievich, head of the department «Engineering Technology», cand. of tech. sc., Voronezh State Technical University, Voronezh (RF)
|
|
Аннотация.
|
Annotation. The article discusses the design of a combined processing process with the imposition of electromagnetic fields based on a previously developed methodology. The advantages of this approach to the creation of new methods of machining parts are shown, confirmations are given in the form of theoretical calculations and the results of practical application of a new method of stitching holes.
|
|
Ключевые слова: ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННАЯ ОБРАБОТКА, ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА, МЕТОДОЛОГИЯ, ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ.
|
Keywords: ELECTROEROSION TREATMENT, ELECTROCHEMICAL TREATMENT, METHODOLOGY, PRODUCTIVITY. |
|
1Автор для ведения переписки
|
|
1 Состояние исследования и актуальность работы
В современной экономике машиностроительные предприятия могут выжить только при условии обладания некими конкурентными преимуществами, которые сводятся к таким категориям, как время, качество и стоимость. Традиционные производственные процессы в подавляющем большинстве позволяют усилить отдельные преимущества, но при этом происходят потери в привлекательности у потребителей по прочим параметрам. Так, например, снижение цены, как правило, подразумевает снижение качества или ресурса изделий, а повышение эксплуатационных характеристик вызывает увеличение сроков производства и привлечения дополнительных ресурсов. В результате, процессы, построенные на традиционных технологиях, часто не позволяют создавать продукцию, отвечающую запросам потребителей, особенно в областях, где требования к срокам и качеству самые строгие, а стоимость изделий традиционно высока. К таким отраслям можно отнести аэрокосмическую, нефтегазовую и другие. В связи с вышесказанным развитие производства в этих сферах может быть основано только на применении наукоемких технологий.
Одним из направлений исследований в области прогрессивных высокоэффективных технологий является объединение нескольких физических воздействий (например, термического, механического, химического, лучевого) в едином методе обработки с формообразованием за счет наложения электромагнитных полей на деталь или инструмент [1-4]. Накопленный опыт создания новых технологических процессов позволяет говорить о весьма высоком потенциале данного подхода к обработке материалов за счет достижения показателей, превосходящих аналогичные традиционных методов обработки вплоть до кратных значений. Вместе с тем, надо отметить, что до сих пор в производство было внедрено сравнительно небольшое количество методов, в то время как теоретически их число может достигать 800-900 [5-7].
Целенаправленный выбор формообразующих физических воздействий, основанный на накопленной научной базе знаний, позволяет получить оптимальное сочетание эффектов от различных видов обработки в одной технологической операции, что позволяет осуществить качественный переход к созданию новой техники и расширить возможности технологов и конструкторов при создании прогрессивных изделий. Созданные ранее теоретические основы и практический опыт внедрения позволяют эффективно применять методологию разработки новых процессов и решать задачи, которые стоят перед проектировщиками.
Анализ состояния вопроса о проектировании комбинированных методов обработки с наложением электромагнитных полей показывает, что подавляющее большинство созданных ранее способов были разработаны под решение конкретных, узконаправленных практических задач, что затрудняет возможность их экстраполяции для решения задач со схожими граничными условиями. Кроме того, разработанная ранее методология не в достаточной мере используется для снижения или полного устранения нежелательных эффектов от формообразующих воздействий, хотя это можно было бы реализовать за счет обоснованного управления внешними и внутренними связями в режиме реального времени. Так же надо отметить и недостаточную проработанность методики проектирования и изготовления электродов-инструментов для проектируемых комбинированным методов обработки, что снижает эффективность результатов проектирования. Еще одним фактором, ограничивающим область эффективного использования вышеуказанных способов обработки, является фактическое отсутствие оборудования, способного управлять внешними и внутренними связями в формообразующих воздействиях для достижения максимально возможного результата, коррелирующего с теоретически достижимыми показателями.
Научные исследования, проводившиеся ранее как в России [8-13], так и за рубежом [14-20] показывают, что даже частичное использование методической базы для проектирования новых способов обработки и средств технологического оснащения комбинированных методов, дают существенное повышение технологических параметров и позволяют перейти на качественно новый уровень при освоении изделий новых поколений. Таким образом, задача освоения разработанной ранее в работах [1, 5, 7] методологической базы является актуальной для производства и науки.
1. Kombinirovannye metody obrabotki / V. P. Smolencev, A. I. Boldyrev, A. V. Kuzovkin, G. P. Smolencev, A. I. CHasovskih. Voronezh : VGTU, 1996. 168 s.
2. Smolencev V. P. Vliyanie elektrohimicheskoj razmernoj obrabotki na fiziko-mekhanicheskie harakteristiki metallov // Elektrohimicheskaya obrabotka metallov. Sb. nauch. tr. Kishinev: "SHtiinca", 1972.
3. Sulima A. M. Kachestvo poverhnostnogo sloya i ustalostnaya prochnost' detalej iz zharoprochnyh i titanovyh splavov / A. M. Sulima, M. I. Evstigneev. M. : Mashinostroenie, 1974.
4. Elektrofizicheskie i elektrohimicheskie metody obrabotki materialov. V 2 t. / Pod red. V. P. Smolenceva. M : Vysshaya shkola, 1983.
5. Smolencev E. V. Proektirovanie elektricheskih i kombinirovannyh metodov obrabotki. M. Mashinostroenie. 2005. 511 s.
6. Sostoyanie i perspektivy razvitiya kombinirovannyh metodov obrabotki / Smolencev V. P., Smolencev E. V. // Vestnik Rybinskoj gosudarstvennoj aviacionnoj tekhnologicheskoj akademii im. P. A. Solov'eva. 2017. № 2 (41). S. 5-9.
7. Spravochnik tekhnologa (spravochnoe izdanie) / pod. red. Suslova A. G. // M. : Innovacionnoe mashinostroenie, 2019. 800 s.
8. Ablyaz T. R. Izuchenie izmeneniya svojstv elektrodov v zavisimosti ot rezhimov provolochno-vyreznoj elektroerozionnnoj obrabotki // Vestnik PGTU. Mashinostroenie, materialovedenie. – 2011. – T. 13. – № 1. – S. 87-93.
9. Ablyaz T. P., SHlykov E. C., Kremlev S. S. Primenenie elektrodov-instrumentov s pokrytiem dlya elektroerozioinoj obrabotki stali 38H2N2MA // STIN. – 2017. – № 5. – S. 20-21.
10. Empiricheskoe modelirovanie mezhelektrodnogo pri pri elektroerozionnoj obrabotke stali 38H2N2MA / T. N Ablyaz, E. S. SHlykov, D. A. Borisov, A. A. SHumkov, I. YU. Jletyagin // Vestnik Permskogo nacional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Mashinostroenie, materialovedenie. – 2017. – T. 19, № 2. – S. 67-79.
11. Kuc, V. V. Issledovanie processa polucheniya otverstij polym elektrodom na modernizirovannom elektroerozionnom stanke CHPU / V. V. Kuc, M. S. Razumov, D. A. Zubkov, A. S. Byshkin, A. A. Nestruev // Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki. 2020. № 3. S. 395-402.
12. Science-based technologies creation based on combined processing methods for fabrication aerospace filters / A. Yu. Ryazantsev, A. A. Shirokozhukhova, V. G. Gritsyuk // Materials Today : Proceedings, 19 (2019), 2065-2067. DOI: 10.1016/j.matpr.2019.07.075.
13. Innovative Methods For Obtainig Artificial Roughness On The Surfaces Of Heat-Loaded Parts Of The Liquid Rocket Engines Combustion Chamber / A. Yu. Ryazantsev, A. A. Shirokozhukhova, Yukhnevich S. S. // AIP Conference Proceedings 2318, 030004 (2021); https://doi.org/10.1063/5.0035987.
14. Micro electrical discharge machining single discharge temperature field simulation / Z. L. Peng, Y. N. Li, D. Fang, Y. Y. Zhang. – USA : JCPRC5, 2013. - P. 859-864.
15. Jiajing Tang, Xiaodong Yang. A Thermo-hydraulic Modeling for the Formation Process of the Discharge Crater in EDM // 18th CIRP Conference ISEM XVIII. – 2016. – № 42. – P. 685-690.
16. Obara N. Detection of Discharging Position on WEDM // Proceedings of 10th ISEM, 1992 – p. 404-409.
17. Umang Maradia. Meso-Micro EDM : diss. Dr. sc. ETH Zurich No. 22024. – Zurich, 2014. – 246 p.
18. Matthias Hackert-Oschatzchen. Single Discharge Simula¬tions of Needle Pulses for Electrothermal Ablation. – Rotterdam : COMSOL Conference, 2013. – P. 1-5.
19. Weingartner E., Kuster F., Wegener K. Modeling and sim¬ulation of electrical discharge machining // 1st CIRP Global Web Conference. – 2012. – № 2. – P. 74-78.
20. Chander Parkash Khatter Analysis of surface integrity in electrical discharge machining (EDM) process for tungsten carbide material: dis. Ph. D. - Patiala, India, 2010.
21. Ablyaz, T. P., Borisov D. A., SHlykov E. C. Modelirovanie processa formirovaniya edinichnoj lunki pri elektroerozionnoj obrabotke // STIN. – 2018. – № 2. – S. 27-31.
22. Cetin, S., Okada, A., Uno, Y. Effect of Debris Distribution on Wall Concavity in Deep-hole EDM // JSME International Joutn ii Series C. – 2004. – Vol. 47. – P. 553.
23. Schumacher B. M. After 60 years of EDM the discharp process remains still disputed // J. Matl. Proc. Tech. – 2001 Vol. 149. – P. 376-381.
24. Abbas N. M., Solomon D. G., Bahari Md. F. A review on current research trends in electrical discharge machining (EDM) Int. J. Mach. Tools Manuf. – 2007. – Vol. 47. – P. 1214-1228.
25. Liao Y. S., Wu P. S., Liang F. Y. Study of debris exclusion effect in linear motor equipped die-sinking EDM process // Procedia CIRP. – 2013. – № 6. – P. 123-128.
26. Valetov V. A., Meduneckij V. V. Harakternye osobennosti formirovaniya funkcional'nyh poverhnostej press- form na elektroerozionnom oborudovanii dlya izgotovleniya konstrukcionnyh elementov priborov / Trudy nizhegorodskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. R. E. Alekseeva. – N. Novgorod : Izd-vo NGTU, 2012. – S. 342-347.
27. Zahiruddin M., Kunieda M. Energy distribution ratio into micro EDM electrodes // Journal of Advanced Mechanical Design, Systems, and Manufacturing. – 2010. – № 4 (6). – P. 1095-1106.
28. Das S., Klotz M., Klocke F. EDM simulation: finite element-based calculation of deformation, microstructure and residual stresses // Journal of Materials Processing Technology. – 2003. – Vol. 142 (2). – P. 434-451.
29. Tao J., Ni J., Shih A J. Modeling of the anode crater formation in electrical discharge machining // Journal of Manufacturing Science and Engineering. – 2012. – Vol. 134 (1). – P. 011002.
