ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7459| Title: | Дослідження процесу електроерозійного прошивання мікроотворів |
| Authors: | Лега, Андрій Юрійович Гаращенко, Юрій Олександрович |
| Issue Date: | 2025 |
| Abstract: | Тема кваліфікаційної роботи магістра: Дослідження процесу електроерозійного прошивання мікроотворів Виконавець: здобувач групи . мНТ-42 Гаращенко Юрій Олександрович. Керівник: к.і.н., доцент Лега Андрій Юрійович. Об’єм роботи 86 аркушів А4, 32 рис., 7 таблиць, 51 літ. джерел. Об’єкт дослідження – процес електроерозійного прошивання отворів малого діаметра за умови накладання ультразвукового поля в міжелектродному проміжку. Предмет дослідження – вплив параметрів ультразвукового поля на продуктивність операції електроерозійної прошивки мікроотворів. Метою роботи є підвищення ефективності технологічної операції електроерозійного прошивання мікроотворів шляхом раціонального вибору параметрів режиму обробки та удосконалення умов видалення продуктів ерозії із міжелектродного проміжку. У першому розділі виконано аналіз сучасного стану питання формування малих отворів, розглянуто можливості електроерозійного прошивання мікроотворів та сформульовано задачі дослідження. Другий розділ присвячено теоретичному аналізу продуктивності операції прошивання мікроотворів і викладенню загальної методики проведення досліджень. У третьому розділі наведено результати досліджень технологічних показників процесу, подано узагальнення отриманих залежностей та практичні рекомендації. У четвертому розділі розглянуто питання охорони праці та безпеки в надзвичайних ситуаціях під час експлуатації обладнання для електроерозійної обробки. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7459 |
| Appears in Collections: | 131 Прикладна механіка (Обробка металів за спецтехнологіями) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Титулки-объединены.pdf Restricted Access | 2.18 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
Міністерство освіти і науки України Черкаський державний технологічний університет Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування Кафедра технології та обладнання машинобудівних виробництв До захисту допущено: Завідувач кафедри ТОМВ ____________Георгій КАНАШЕВИЧ «_____»_____________ 2025 р. Пояснювальна записка до кваліфікаційної роботи магістра на тему: «Дослідження процесу електроерозійного прошивання мікроотворів» Виконав: здобувач 2 курсу, групи мНТ-42 Спеціальності 131 – «Прикладна механіка» Освітня програма – «Обробка металів за спецтехнологіями» Гаращенко Юрій Олександрович Керівник: к.і.н., доцент Лега Андрій Юрійович Рецензент: Головний інженер ДП «Семпал» м.Черкаси Якушев Іван Володимирович Черкаси 2025 р. Міністерство освіти і науки України Черкаський державний технологічний університет Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування Кафедра технології та обладнання машинобудівних виробництв До захисту допущено: Завідувач кафедри ТОМВ ____________Георгій КАНАШЕВИЧ «_____»_____________2025 р. До захисту допущено: Завідувач кафедри ТОМВ «_____»_____________2023р. Кваліфікаційна робота магістра другий (магістерський) рівень рівень вищої освіти на тему: «Дослідження процесу електроерозійного прошивання мікроотворів» Виконав: здобувач 2 курсу, групи мНТ-42 Спеціальності 131 – «Прикладна механіка» Освітня програма – «Обробка металів за спецтехнологіями» Гаращенко Юрій Олександрович Керівник: к.і.н., доцент Лега Андрій Юрійович Рецензент: Головний інженер ДП «Семпал» м.Черкаси Якушев Іван Володимирович асвідчую, що у цьому дипломному проекті немає запозичень з праць іншх Черкаси 2025 р. Черкаський державний технологічний університет Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування Кафедра технології та обладнання машинобудівних виробництв Освітній рівень магістерський. Спеціальність 131 «Прикладна механіка». Освітня програма «Обробка металів за спецтехнологіями» ЗАТВЕРДЖУЮ: Завідувач кафедри ТОМВ Георгій КАНАШЕВИЧ « » ____________2025 р. ЗАВДАННЯ на кваліфікаційну роботу магістра _Гаращенко Юрію Олександровичу _ (прізвище, ім’я, по батькові) 1. Тема роботи «Дослідження процесу електроерозійного прошивання мікроотворів». Керівник роботи Лега Андрій Юрійович, к.і.н., доцент (прізвище, ім’я, по батькові, науковий ступінь, вчене звання) Затверджена наказом Черкаського державного технологічного університету від «15» вересня 2025р. №261/03-03 2. Термін подання здобувачем роботи 11. 12. 2025 р. 3. Вихідні дані до роботи: електроерозійне прошивання мікроотворів (12Х18Н10Т, Ø0,25+0,05 мм, 580 отворів) з УЗ-впливом. Охорона праці та НС: небезпечні фактори ЕЕО/УЗ, заходи безпеки та порядок дій у разі НС (пожежа, ураження струмом). 4. Зміст пояснювальної записки: Стан питання і формулювання задач дослідження; Проблема виготовлення глибоких отворів малого діаметра та підходи до її розв’язання; Проблеми і перспективи електроерозійної обробки; Застосування УЗ коливань при електроерозійній прошивці отворів; Теоретичний аналіз продуктивності операції прошивки отворів малого діаметру та загальна методика досліджень; Ініціювання механічних коливань в робочій рідині; Перебіг рідини в капілярній трубці при накладенні ультразвукового поля; Аналіз схем накладення ультразвукового поля на процес електроерозійної прошивки; Експериментальна частина та технологія; Матеріали і зразки; Вплив ультразвукового поля на продуктивність прошивки; Проектування технології виготовлення 580 отворів у деталі типу «фільтр»; Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях 5. Перелік графічного матеріал(з точним зазначенням обов’язкових креслеників, плакатів, презентацій тощо Тема, мета, задачі; Обладнання для електроерозійної прошивки; Механізм видалення продуктів ерозії з зони обробки; Вплив ультразвукового поля на продуктивність прошивки; Інструмент для багатоелектродної прошивки; Результати обробки багатоелектродним інструментом деталі «фільтр»; Оцінка похибки розрахунку обсягу лунки за моделями кульового сегмента і половини еліпсоїда; Гігієнічна оцінка умов праці у разі дії ультразвуку (Охорона праці та безпека в НС); Загальні висновки. 6. Керівники з роботи із зазначенням розділів роботи, що їх стосується Розділ Прізвище, ініціали та посада Підпис, дата консультанта завдання видав завдання прийняв Розділ 1-3 Лега Андрій Юрійович Розділ 4 Цікановський Володимир Леонідович 7. Дата видачі завдання 16.09.2025 р. Календарний план № Назва етапів дипломного Строк з/п роботи виконання етапів роботи Примітка 1 Збір інформації для написання КРМ 16.09. - 30.09.2025 2 Написання І розділу КРМ 01.10.-15.10.2025 3 Написання ІІ розділу КРМ 16.10 – 24.10.2025 4 Написання ІІІ розділу КРМ 25.10 – 2.11.2025 5 Написання розділу з охорони праці 3.11 – 9.11.2025 6 Оформлення пояснювальної записки 10.11 – 25.11.2025 7 Оформлення графічної документації 26.11 – 04.12.2025 8 Захист роботи 19.12.-23.12.2025р. Здобувач ___________ __Юрій ГАРАЩЕНКО__ Підпис Власне ім’я, ПРІЗВИЩЕ Керівник ___________ ___Андрій ЛЕГА__ Підпис Власне ім’я, ПРІЗВИЩЕ АНОТАЦІЯ Тема кваліфікаційної роботи магістра: Дослідження процесу електроерозійного прошивання мікроотворів Виконавець: здобувач групи . мНТ-42 Гаращенко Юрій Олександрович. Керівник: к.і.н., доцент Лега Андрій Юрійович. Об’єм роботи 86 аркушів А4, 32 рис., 7 таблиць, 51 літ. джерел. Об’єкт дослідження – процес електроерозійного прошивання отворів малого діаметра за умови накладання ультразвукового поля в міжелектродному проміжку. Предмет дослідження – вплив параметрів ультразвукового поля на продуктивність операції електроерозійної прошивки мікроотворів. Метою роботи є підвищення ефективності технологічної операції електроерозійного прошивання мікроотворів шляхом раціонального вибору параметрів режиму обробки та удосконалення умов видалення продуктів ерозії із міжелектродного проміжку. У першому розділі виконано аналіз сучасного стану питання формування малих отворів, розглянуто можливості електроерозійного прошивання мікроотворів та сформульовано задачі дослідження. Другий розділ присвячено теоретичному аналізу продуктивності операції прошивання мікроотворів і викладенню загальної методики проведення досліджень. У третьому розділі наведено результати досліджень технологічних показників процесу, подано узагальнення отриманих залежностей та практичні рекомендації. У четвертому розділі розглянуто питання охорони праці та безпеки в надзвичайних ситуаціях під час експлуатації обладнання для електроерозійної обробки. ABSTRACT Master’s qualification work topic: Investigation of the process of electrical discharge drilling of micro-holes. Performer: student of group mNT-42, Yurii Harashchenko. Supervisor: Cand.Eng.Sc., Associate Professor Andrii Yu. Leha. The thesis comprises 86 A4 pages, 32 figures, 7 tables, and 51 references. The object of the research is the process of electrical discharge drilling of small- diameter holes with a superimposed ultrasonic field in the inter-electrode gap. The subject of the research is the influence of ultrasonic field parameters on the productivity of the electrical discharge micro-hole drilling operation. The purpose of the work is to increase the efficiency of the technological operation of electrical discharge micro-hole drilling by rational selection of machining parameters and by improving the conditions of removal of erosion products from the inter-electrode gap. The first chapter presents an analysis of the current state of the problem of small- hole formation, considers the possibilities of electrical discharge drilling of micro-holes, and formulates the research tasks. The second chapter is devoted to the theoretical analysis of the productivity of the micro-hole drilling operation and to the description of the general research methodology. The third chapter presents the results of investigations of the technological indices of the process, provides a generalization of the obtained dependences, and formulates practical recommendations. The fourth chapter addresses issues of occupational safety and emergency protection during the operation of electrical discharge machining equipment. Зміст Вступ.................................................................................................................................6 Розділ 1 Стан питання і формулювання задач дослідження.......................................8 1.1 Проблема виготовлення глибоких отворів малого діаметра та підходи до її розв’язання.......................................................................................................................9 1.1.1. Механічні методи отримання отворів малого діаметра ............................ 9 1.1.2. Електроерозійна прошивка отворів...........................................................11 1.1.3. Метод лазерного отримання отворів.........................................................12 1.1.4. Метод електрохімічної прошивки.............................................................12 1.1.5. Метод електронно-променевої прошивки отворів...................................13 1.2. Проблеми і перспективи електроерозійної обробки.......................................14 1.3. Застосування УЗ коливань при електроерозійної прошивці отворів............17 Висновок до розділу 1...................................................................................................21 Розділ 2 Теоретичний аналіз продуктивності операції прошивки отворів малого діаметру та загальна методика досліджень.................................................................22 2.1. Ініціювання механічних коливань в робочій рідині .......................................23 2.1.1. Вплив механічних коливань на рух робочого середовища.....................23 2.1.2 Вплив вібрацій на продуктивність обробки в умовах..............................24 2.1. 3. Особливості перебігу рідин при накладенні осциляцій.........................26 2.2 Перебіг рідини в капілярній трубці при накладенні ультразвукового поля..28 2.3 Аналіз схем накладення ультразвукового поля на процес електроерозійної прошивки........................................................................................................................31 2.4 Методика вимірювань геометричних параметрів лунок.................................34 2.5 Методика дослідження впливу ультразвукових коливань на.........................38 Висновок до розділу 2...............................................................................................40 Розділ 3 Дослідження технологічних показників комбінованої обробки...............41 3.1. Матеріали і зразки..............................................................................................42 3.2. Експериментальне обладнання.........................................................................42 3.3 Вплив ультразвукового поля на продуктивність прошивки...........................48 3.4 Вплив УЗ поля на стабільність процесу прошивки отворів малого діаметра .........................................................................................................................................52 3.5 Основні допущення і положення моделі інтенсифікації течії рідини в кільцевому міжелектродному проміжку при прошивці отворів...............................54 3.6 Проектування технології виготовлення 580 отвори в деталі типу фільтр.....58 3.6.1 Аналіз деталі, технічних вимог і способів отримання отворів................58 3.6.2 Порівняння одноелектродної і багатоелектродної обробки.....................59 3.6.3 Інструмент для багатоелектродної прошивки...........................................61 3.6.4 Результати дослідження технології............................................................63 Висновок до розділу 3...............................................................................................66 Розділ 4 Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях.................................67 4.1 Безпека при експлуатації ультразвукової установки.......................................68 4.2 Вимоги безпеки до електропроводки у виробничих приміщеннях................69 4.3 Вибір виду електропроводки, вибір проводів і кабелів і способу їх прокладання...................................................................................................................72 4.4 Зовнішні електропроводки.................................................................................77 Висновок до розділу 4...............................................................................................79 Загальний висновок.......................................................................................................80 Список використаної літератури ................................................................................. 82 Вступ Актуальність теми. У сучасному машинобудуванні особливо гостро стоїть питання отримання глибоких отворів малого діаметра, зокрема в матеріалах, що погано піддаються традиційній механічній обробці. Такі отвори широко використовують в елементах систем охолодження деталей гарячої частини двигунів, у турбінних і соплових лопатках, форсунках, фільтрах та інших відповідальних вузлах. Від точності геометричних параметрів і якості поверхневого шару цих отворів значною мірою залежать надійність, довговічність і ефективність роботи виробів. Одним із перспективних і інтенсивно розвинених методів формування таких отворів є електроерозійна прошивка, яка дає змогу обробляти практично всі електропровідні матеріали. Цей метод забезпечує отримання отворів діаметром до 0,025 мм при відношенні довжини до діаметра, що досягає 100–200. Однак під час прошивання глибоких отворів малого діаметра виникає низка специфічних технологічних труднощів, насамперед пов’язаних із видаленням продуктів ерозії з міжелектродного проміжку (МЕП). Розмір МЕП, залежно від енергії імпульсу, зазвичай змінюється в межах приблизно 10–100 мкм, що істотно ускладнює природне (самочинне) виведення частинок ерозії. Накопичення продуктів руйнування матеріалу в зоні розрядів призводить до зменшення долі продуктивних імпульсів, зниження швидкості обробки, інтенсивного зносу електрода-інструмента (ЕІ) та погіршення параметрів якості поверхні отвору. Аналіз існуючих способів організації циркуляції робочої рідини в міжелектродному проміжку показує, що їх застосування в операціях прошивання малих глибоких отворів має певні технологічні обмеження. Для забезпечення стабільності процесу та підвищення його продуктивності необхідно створювати більш ефективні способи евакуації продуктів ерозії, які б гарантували конкурентоспроможність операцій електроерозійної прошивки. Серед таких підходів привертає увагу накладання ультразвукового поля на процес електроерозійного руйнування матеріалу. Цей спосіб досліджений поки що 6 недостатньо, а технологічне оснащення, адаптоване до виробничих умов, практично відсутнє. Отже, задача вдосконалення технології електроерозійного прошивання отворів малого діаметра за рахунок використання ультразвукового поля для інтенсифікації видалення продуктів ерозії є актуальною, має помітне наукове та практичне значення. Метою даної кваліфікаційної роботи магістра є підвищення ефективності технологічної операції електроерозійного прошивання мікроотворів шляхом раціонального вибору параметрів режиму обробки та удосконалення умов видалення продуктів ерозії із міжелектродного проміжку, у тому числі через використання ультразвукового поля. Основні завдання дослідження: 1. На основі аналізу й моделювання основних способів видалення продуктів ерозії з міжелектродного проміжку визначити область доцільного та ефективного застосування ультразвукового поля в операції електроерозійної прошивки мікроотворів. 2. З’ясувати механізм впливу ультразвукового поля на робочу рідину та характер евакуації продуктів руйнування матеріалу з міжелектродного проміжку, що забезпечує інтенсифікацію процесу очищення зони розрядів. 3. Дослідити електроерозійну оброблюваність корозійностійкої сталі 12Х18Н10Т і визначити значення питомої ерозії матеріалу в умовах проведення операції прошивки малих отворів. 4. Оцінити вплив накладання ультразвукового поля на основні технологічні показники операції електроерозійної прошивки (продуктивність, стабільність машинного часу обробки, параметри якості поверхневого шару). Об’єкт дослідження – процес електроерозійного прошивання отворів малого діаметра за умови накладання ультразвукового поля в міжелектродному проміжку. 7 Предмет дослідження – вплив параметрів ультразвукового поля на продуктивність операції електроерозійної прошивки мікроотворів. 8 Розділ 1 Стан питання і формулювання задач дослідження 1.1 Проблема виготовлення глибоких отворів малого діаметра та підходи до її розв’язання У сучасному машинобудуванні все ширше застосовуються деталі з глибокими отворами малого діаметра, які працюють у відповідальних вузлах і при складних режимах навантаження. Такі отвори виконують у форсунках, елементах паливної апаратури, фільтрах, охолоджувальних каналах деталей гарячої частини двигунів, соплових і турбінних лопатках тощо. Від геометричної точності та стану поверхневого шару цих отворів істотно залежать ресурс, надійність і ефективність роботи виробів. Особливу складність становить формування глибоких отворів малого діаметра в важкооброблюваних конструкційних і жароміцних матеріалах. Традиційні методи різання в таких умовах часто виявляються малоефективними або взагалі непридатними. Тому в технологічній практиці застосовують цілу низку спеціальних способів формоутворення малих отворів, серед яких можна виокремити: механічну обробку (свердління, зенкерування, розгортання, розточування); електроерозійну прошивку; лазерне свердління (лазерне отримання отворів); електрохімічну прошивку; електронно-променеве формування отворів; хімічне травлення; імпульсні гідроабразивні та інші комбіновані методи [1]. У кожного з перелічених способів є власна область раціонального застосування, свої переваги та обмеження, які й зумовлюють вибір технології при розробці конкретного процесу виготовлення деталі. 1.1.1. Механічні методи отримання отворів малого діаметра Механічна обробка отворів реалізується у вигляді традиційних операцій свердління, роззенковування, зенкерування, розгортання, розточування тощо. Для діапазону малих діаметрів (десяті частки міліметра – кілька міліметрів) 10 використовують мікросвердла, спеціальні тонкі розгортки та інший високоточний інструмент. Однією з ключових проблем свердління глибоких отворів малого діаметра є надійне видалення стружки та підведення мастильно-охолоджувальної рідини у зону різання. При збільшенні відношення довжини отвору до його діаметра погіршується жорсткість інструмента, зростає ризик його прогину, вібрацій, биття, що негативно позначається на точності та шорсткості поверхні, а також підвищує ймовірність поломки свердла всередині отвору. Щоб забезпечити стабільну роботу інструмента малого діаметра, потрібне спеціалізоване обладнання з високою частотою обертання шпинделя, точним балансуванням, якісною системою подачі ЗОР та високою точністю центрування. За стандартом ГОСТ 10902–77 спіральні свердла виготовляють аж до діаметра 0,2 мм, а деякі фірми-виробники інструменту пропонують мікросвердла ще меншого діаметра. Проте реальна глибина отвору, яку можна отримати без втрати якості та без пошкодження інструмента, залишається обмеженою. Для розширення технологічних можливостей свердління глибоких отворів малого діаметра застосовують різні прийоми інтенсифікації процесу: спеціальні схеми подачі ЗОР через канали в інструменті, комбінування свердління з вібраційним або ультразвуковим навантаженням, використання високошвидкісного різання тощо [8–9]. Узагальнюючи, можна відзначити такі переваги механічного методу: широке впровадження у виробництві, доступність устаткування та інструмента; відносно невисока собівартість обробки; можливість отримання достатньо високої продуктивності на відпрацьованих режимах. До недоліків методу належать: значна ймовірність браку через поломку або заклинювання свердла в глибокому отворі; обмеження по відношенню довжини отвору до його діаметра; складність забезпечення стабільного відведення стружки та ЗОР; 11 погіршення якості обробленої поверхні та точності форми при надмалій жорсткості інструмента. 1.1.2. Електроерозійна прошивка отворів Електроерозійна прошивка (ЕДМ-прошивка) на сьогодні є одним із найпоширеніших способів формоутворення глибоких отворів малого діаметра в електропровідних матеріалах. Метод базується на локальному руйнуванні матеріалу поверхні деталі під дією серії електричних розрядів між електродом- інструментом і заготовкою в діелектричному середовищі. До переваг електроерозійної прошивки належать: можливість обробки практично будь-яких електропровідних матеріалів, включаючи жароміцні сплави та тверді сплави; відсутність значних механічних сил, а отже – відсутність макродеформацій деталі; можливість формування дуже глибоких отворів малого діаметра при високому відношенні довжини до діаметра; відносно висока точність відтворення форми електрода-інструмента. Разом з тим при прошиванні глибоких мікроотворів виникають характерні проблеми. Найбільш критичною є евакуація продуктів ерозії з міжелектродного проміжку (МЕП). При недостатньо ефективному видаленні частинок ерозії зони розрядів спостерігається перехід частини імпульсів у паразитні, зменшення частки продуктивних розрядів, нестабільність процесу, збільшення зносу ЕІ і погіршення якості поверхневого шару. До недоліків електроерозійної прошивки також відносять: тепловий вплив на оброблювану поверхню, формування зміненого (переплавленого) шару та можливих мікротріщин; меншу, порівняно з традиційним свердлінням, продуктивність в умовах масового виробництва; відсутність універсальної теоретичної моделі процесу, яка б дозволяла однозначно розраховувати режими обробки з урахуванням конкретних умов. 12 Для прошивки отворів малого діаметра розроблено спеціалізовані електроерозійні установки, які пропонуються низкою закордонних фірм. Існують також комбіновані процеси, де електроерозійна обробка поєднується з механічною, електрохімічною, ультразвуковою або іншими діями з метою підвищення продуктивності і покращення якості обробки. 1.1.3. Метод лазерного отримання отворів Лазерні технології розглядають як один із найбільш перспективних напрямів безконтактної обробки, у тому числі й для виготовлення малих отворів. Висока концентрація енергії в зоні дії сфокусованого лазерного променя дозволяє за короткий час розплавити й випарувати матеріал в обмеженому об’ємі, що робить можливим отримання малих отворів із високою швидкістю. Серед переваг лазерного отримання отворів відзначають: здатність обробляти високолеговані, жароміцні та інші важкооброблювані матеріали; малу зону термічного впливу порівняно з традиційним нагріванням; високу швидкість утворення окремих отворів; можливість автоматизації, включаючи застосування систем ЧПК. Проте метод має й суттєві обмеження. Для глибоких отворів малого діаметра типовими є: поява конусності, утворення переплавлених зон і бризок затверділого металу по краях отвору; формування нерівномірного рельєфу поверхневого шару; обмежена глибина отвору при надто малому діаметрі; висока вартість лазерного обладнання та вимоги до точного налаштування оптичної системи. У ряді робіт описано комбінування лазерного свердління з іншими процесами (механічним дороблянням, електрохімічною або електроерозійною обробкою) для поліпшення геометрії та якості поверхні отворів [24–26]. 1.1.4. Метод електрохімічної прошивки За своїми технологічними характеристиками електрохімічна прошивка в багатьох аспектах подібна до електроерозійної обробки: процес також є 13 безконтактним, а матеріал видаляється внаслідок електрохімічного розчинення в електроліті. При цьому відсутній тепловий вплив, властивий ЕЕО, а поверхневий шар практично не зазнає структурних змін. Серед переваг електрохімічної прошивки: висока продуктивність процесу; відсутність механічних та значних теплових навантажень на деталь; можливість обробки корозійностійких та жароміцних сплавів; низька шорсткість поверхні за правильного підбору режимів. Для забезпечення ефективного видалення продуктів електрохімічної реакції з МЕП, як правило, застосовують примусову прокачку електроліту через зону обробки. Однак при прошиванні глибоких отворів малого діаметра це завдання істотно ускладнюється. До недоліків електрохімічної прошивки належать: можливість появи конусності отворів; труднощі з точним формоутворенням при неізольованому електроді- інструменті; насичення поверхневого шару воднем і, як наслідок, ризик водневої крихкості; необхідність роботи з агресивними електролітами та забезпечення екологічної безпеки процесу. Для підвищення продуктивності і якості обробки електрохімічну прошивку інколи поєднують з електроерозійною обробкою або лазерним нагрівом [27–29]. 1.1.5. Метод електронно-променевої прошивки отворів Електронно-променеві технології широко застосовують у вакуумній техніці, електроніці та спеціальному машинобудуванні для висококонцентрованого локального нагріву. Отвори в металевих матеріалах отримують шляхом оплавлення та випаровування матеріалу сфокусованим електронним пучком у вакуумній камері. Основні переваги електронно-променевої прошивки: дуже висока щільність потужності та, відповідно, велика швидкість процесу; 14 можливість формування отворів малого діаметра з великою глибиною; виконання процесу у вакуумі, що мінімізує окиснення матеріалу; висока точність локалізації зони нагріву. Разом з тим метод має значні обмеження: необхідність використання вакуумної камери і складного високовольтного обладнання; тепловий вплив на деталь, зміна структури та властивостей матеріалу в зоні обробки; відносно висока вартість обладнання та експлуатації. У підсумку, при виборі способу отримання глибоких отворів малого діаметра кожен із наведених методів потребує ретельного аналізу з урахуванням вимог до геометрії, якості поверхні, продуктивності та економічних чинників. 1.2. Проблеми і перспективи електроерозійної обробки Основна проблема розвитку ЕЕО отворів малого діаметра пов'язана з підвищенням продуктивності даної технології. Ця проблема тісно пов'язана з розвитком уявлень про процеси видалення продуктів ерозії з МЕП. Частинки розплавленого металу, викинуті в робочу рідину, тверднуть і разом з бульбашками газу і продуктами термічного розкладання робочої рідини утворюють багатофазну середу. Форма твердих продуктів матеріалу електродів близька до сферичної, часто утворюються порожні сфери. З зростанням енергії розряду середній радіус частинок збільшується. Накопичення в МЕП продуктів ерозії призводить до проходження розрядів між електродами через продукти ерозії. В результаті частина енергії розряду витрачається на диспергування продуктів ерозії, що призводить до зниження продуктивності процесу. Накопичення продуктів ерозії в МЕП призводить до небажаної зміни властивостей робочої рідини і до дестабілізації процесу. При торканні електродом скупчення металевих продуктів ерозії відбувається коротке замикання (КЗ) між електродами, на оброблюваній поверхні утворюються пропалювання і збільшується глибина дефектного шару [56] . Для нормального протікання процесу електроерозійної прошивки необхідно організувати видалення продуктів ерозії з МЕП. Таке видалення здійснюється 15 природним і штучним шляхами. У першому випадку видалення продуктів ерозії з МЕП є наслідком гідромеханічних процесів, супутніх розряду і здійснюється витісненням робочого середовища газопаровою бульбашкою[57]. Якщо природне видалення продуктів ерозії з МЕП недостатня для стабільного протікання процесу, то застосовують їх штучну видалення різними способами. Широке застосування отримали прокачування рідини через тіло ЕІ і обертання ЕІ навколо своєї осі. Запропонована модель [58] вільного розширення сферичної бульбашки і виконані оцінки ефективності природного механізму видалення. На підставі одновимірного рівняння Нав'є-Стокса отримано розрахунковий вираз для оцінки гідродинамічних характеристик потоку при прямому примусовому прокачуванні [59]. Дослідження природного видалення продуктів ерозії з МЕП продовжені А.Ф. Бойко [62]. Ним встановлено, що в основі фізики природного видалення лежать два зустрічно-паралельні потоки: паро-газо-гідравлічний потік, що генерується піднімається за рахунок сили Архімеда бульбашками, і потік відновлення, що є наслідком першого потоку в силу ефекту ежекції і діаметрально розташований до нього. Експериментально і теоретично показано, що ефективність природного видалення зростає з збільшенням насиченості евакуаційного потоку паровими бульбашками. Автором досліджувався процес прошивки прецизійних отворів малого діаметра (менше 0,2 мм), з накладенням на ЕІ вібрації з частотою 380 Гц і амплітудою до 10 мкм. Відзначається неможливість обертання і прокачування РР через тіло ЕІ. Однак автором не розглядався спосіб накладення УЗ коливань на ЕІ, як засіб штучної видалення . В роботі І.Б. Ставицького проаналізовані різні способи підвищення продуктивності ЕЕО прецизійних глибоких отворів шляхом інтенсифікації винесення продуктів ерозії їх МЕП [61]. Автором зроблено висновок про перевагу застосування прокачування РР через тіло, що обертається ЕІ, як найбільш ефективного способу видалення [61]. Однак він зазначає труднощі у використанні даного способу при прошивці отворів діаметром менше 0,2 ... 0,3 мм і при 16 прошивці отворів некруглого перетину. Запропонована методика розрахунку необхідної швидкості РР на виході з трубчастого ЕІ, необхідної для того, щоб за час паузи між ерозійними імпульсами повністю очистити МЕП від продуктів попереднього ерозійного розряду. Однак автором відзначаються великі тиски на вході в ЕІ для забезпечення даної швидкості. Зроблено припущення про те, що при масовій концентрації трохи більше 3% в МЕП продукти ерозії не роблять істотного впливу на продуктивність процесу. Таким чином, показано взаємозв'язок енергетичних і гідродинамічних параметрів процесу. Представлена залежність необхідної швидкості РР на виході з ЕІ від енергетичних параметрів процесу. Експериментально отримана залежність, що зв'язує витрату РР через тіло ЕІ з його внутрішнім діаметром, довжиною і тиском на в ході. Однак при гідродинамічних розрахунках необхідного тиску на вході в ЕІ автором не враховувалися місцеві опори, такі як: різке звуження на вході в ЕІ, поворот на 1800, а так само втрати рідини при перебігу через кільцевий канал (між ЕІ і деталлю). Автором експериментально показано, що обертання ЕІ не робить істотного впливу на виніс продуктів ерозії з МЕП, однак сприяє швидкому перериванню КЗ і імпульсів розряду через газові включення, тим самим підвищуючи продуктивність процесу прошивки. Теоретичне пояснення дані результати не отримали. Відомі дослідження Є.І. Пузачової і Т.А. Блінової [63, 64], спрямовані на вдосконалення та оптимізацію процесу електроерозійної прошивки отворів діаметром менше 0,2 мм за різними критеріями (продуктивність, якість поверхневого шару, знос ЕІ). Авторами наголошується на необхідності штучного видалення продуктів ерозії з МЕП, для чого використовується накладення вібрацій на ЕІ. У даних роботах не розглянуті інші можливі способи і не проведена їх порівняльна характеристика. Підсумовуючи викладене, можна зробити висновок, що видалення продуктів ерозії з зони обробки істотно впливає на перебіг процесу електроерозійного знімання матеріалів і для деяких груп деталей даний питання є «відкритим». 1.3. Застосування УЗ коливань при електроерозійної прошивці отворів Відомі дослідження в області ЕЕО з накладанням УЗ коливань (ЕЕОНУ) [33- 17 44]. Так, робота М.К. Міцкевича [39] є однією з перших робіт, присвячених впливу вібрацій (як низькочастотних, так і УЗ діапазону) на процес ЕЕО. Автором встановлено, що підведення до одного з електродів низькочастотних вібрацій призводить до підвищення продуктивності процесу на 15 ... 40%, в основному, за рахунок запобігання КЗ між електродами. Встановлено також, що вібрації сприяють підвищенню стабільності процесу за рахунок створення умов, при яких відбувається своєрідне «Сортування» імпульсних розрядів по їх початковим енергіям. Відзначено, що для кожних параметрів режиму обробки існують оптимальні параметри вібрації. Використання параметрів вібрації, що не відповідають параметрам контуру може привести до багаторазового зниження продуктивності. Запропоновано теоретичний опис процесу ЕЕО з накладанням вібрацій низьких частот. В роботі розглянуті питання впливу УЗ коливань на процес ЕЕО. Автор накладав УЗ коливання, частотою 23,5 кГц і амплітудою не більше 1 мкм, при щільності потоку потужності не вище 1 Вт/см2 на оброблювану деталь. Ним відзначається, що накладення УЗ коливань на ЕІ, закріплений на кінці концентратора, дозволило отримати велику амплітуду коливань, проте могло призвести до зриву резонансу і зміни величини амплітуди в процесі експерименту. Автором проведені дослідження впливу накладення УЗ поля на продуктивність ЕЕО. Перш за все, при проведенні експериментів автором помічено, що накладення УЗ коливань істотно позначається на стабільності роботи установки. У той час, як при малих значеннях ємності контуру і великих величинах зарядного опору ЕЕО припинялася або йшла з перебоями, введення УЗ поля приводило до стабілізації роботи і нормальному перебігу процесу. Автором відзначається збільшення продуктивності на 10 ... 185% при накладенні УЗ поля при різних параметрах режиму обробки. Автором висунуто припущення про необхідність синхронізації вібрацій і ерозійних імпульсів Близькі результати були отримані автором при комбінуванні коливань з низькою і УЗ частотою. В цьому випадку ЕІ повідомлялися низькочастотні коливання частотою 5 ... 100 Гц і амплітудою 0,05 мм, а деталі УЗ коливання з параметрами наведеними вище. Спостерігається збільшення продуктивності на 18 10 ... 100% в порівнянні з ЕЕО. Автор зазначає, що вплив ультразвуку на процес ЕЕО полягає в наступному: - ультразвук перешкоджає осадженню продуктів ерозії на оброблюваному виробі; - сприяє стабілізації та інтенсифікації процесу ЕЕО за рахунок створення «оптимальних» умов для проходження імпульсних розрядів. Автором проведені експериментальні дослідження впливу УЗ коливань мегагерцового діапазону частот на величину пробивного проміжку і ерозію електродів. Встановлено, що: - введення УЗ в проміжок може привести до підвищення його електричної міцності, що зберігається після опромінення; - введення УЗ високої інтенсивності призводить не тільки до кількісної зміни величини пробивного проміжку, а й до якісної зміни характеру залежності величини пробивного проміжку від напруги; - вплив УЗ на електроди і міжелектродний проміжок призводить до істотної зміни характеру одиничного імпульсу і до значного зменшення ерозійного ефекту; - вплив УЗ який спостерігався ,може бути пояснено зміною стану поверхневих шарів електродів і електричних властивостей діелектрика. Так, в роботі [36] запропонований спосіб електроерозійно-електрохімічної обробки з накладенням УЗ коливань з частотою 22 кГц. Залежно від технологічних задач УЗ коливання можуть накладати як на ЕІ (Рис 1.1 а), так і на деталь (Рис. 1.1 б) Рис. 1.1 – Схема накладення УЗ коливань: а) на електрод-інструмент; б) на 19 деталь; 1 - шпиндель; 2 - вібратор; 3 - корпус охолоджувача; 4 - ультразвуковий генератор;5 - концентратор; 6 - джерело живлення; 7 - знімний концентратор- інструмент;8 - електрод-інструмент; 9 - оброблювана деталь Накладення ерозійних імпульсів припадають на фазу максимального віддалення ЕІ і деталі. Накладення УЗ коливань, на думку авторів, сприяє інтенсифікації пробою електроліту, що в свою чергу надає можливість працювати на знижених напругах, тим самим знижуючи енергоємність процесу. Зауважимо, що зроблені висновки суперечать результатам роботи [39] і, мабуть, мають абстрактний характер, не підтверджений експериментом. Запропоновано спосіб електроерозійної обробки з накладенням УЗ коливань [37] на ЕІ з частотою 22 кГц. Імпульси від ерозійного генератора синхронізовані з УЗ коливаннями таким чином, що припадають на фазу максимального видалення електродів. Пристрій для здійснення даного способу представлено на Рис. 1.2. Рис. 1.2. - Схема накладання ультразвукових коливань на електрод- інструмент: 1 - деталь; 2 - стіл верстата; 3 - електрод-інструмент; 4 - концентратор; 5 - магнітострикторний перетворювач; 6 - робочий пакет магнітострикторного перетворювача; 7 - шпиндель верстата; 8 - електроерозійний генератор; 9 - ультразвуковий генератор; 10 - пристрій синхронізації Відзначається, що накладення УЗ коливань призводить до підвищення продуктивності і стабільності процесу ЕЕО, поліпшенню якості обробленої поверхні, зниження зносу ЕІ. Підтвердження сказаному в роботі не наводиться. У роботах [43, 44] досліджено процес ЕЕОНУ отворів діаметром 150 мкм в 20 пластині з корозійно-стійкої сталі, товщиною 1 мм. Частота УЗ коливань становила 20 кГц, амплітуда 1 ... 10 мкм, коливання накладалися, як на ЕІ, так і на деталь. Авторами виявлена оптимальна амплітуда коливань 3 мкм, при якій збільшення продуктивності досягає 30%. Проведено аналіз впливу УЗ коливань на точність і геометричну форму отвору шляхом вимірювання вхідних і вихідних діаметрів 15 прошитих отворів. За результатами вимірювань вхідний діаметр мав розкид ± 1,5 мкм, а вихідний ± 2 мкм, що лежить в межах допуску. Таким чином, авторами відзначається зменшення часу обробки і зменшення зносу ЕІ при збереженні точності отримання отвору. У перерахованих вище роботах авторами проводиться констатація факту збільшення продуктивності процесу прошивки при відсутності пояснення отриманого результату. Як зазначалося вище, схема накладення УЗ коливань на ЕІ призводить до зниження точності отворів що прошиваються. На закінчення відзначимо, що всі цитовані автори сходяться на думці про те, що накладання УЗ поля на процес електроерозійної прошивки сприяє підвищенню продуктивності. Однак, ні в одній з перерахованих робіт не запропоновано жодного теоретичного, ні гіпотетичного опису процесів, що відбуваються в МЕП при накладенні УЗ коливань і сприяють інтенсифікації процесу електроерозійної обробки. 21 Висновок до розділу 1 1. Аналіз основних методів формування глибоких отворів малого діаметра показав, що кожен із них має певні переваги й обмеження. З позицій поєднання універсальності щодо оброблюваних матеріалів, можливості отримання великого відношення довжини отвору до діаметра та прийнятної точності, електроерозійну прошивку можна розглядати як один із найбільш збалансованих методів. 2. Встановлено, що ефективне видалення продуктів ерозії з міжелектродного проміжку є ключовим фактором, який визначає продуктивність, стабільність та якість процесу електроерозійної прошивки мікроотворів. Ускладнення умов промивання МЕП при збільшенні глибини отвору й зменшенні його діаметра обумовлює необхідність удосконалення технології. 3. Проаналізовані літературні дані свідчать, що накладання ультразвукового поля на систему «електрод–діелектрик–деталь» в процесі електроерозійної обробки сприяє підвищенню продуктивності та покращенню якості поверхні. Водночас відсутня вичерпна теоретична модель, яка б описувала механізм цього впливу для умов глибокого прошивання мікроотворів, що зумовлює необхідність поглиблених експериментальних та аналітичних досліджень. 4. Отримані з огляду результати підтверджують актуальність поставленої в роботі мети – підвищення ефективності операції електроерозійного прошивання мікроотворів із використанням ультразвукового поля – та обґрунтовують сформульовані у вступі завдання дослідження.. 22 Розділ 2 Теоретичний аналіз продуктивності операції прошивки отворів малого діаметру та загальна методика досліджень 2.1. Ініціювання механічних коливань в робочій рідині Одним із ефективних способів інтенсифікації видалення продуктів ерозії з міжелектродного проміжку (МЕП) є створення в зоні обробки періодично змінного поля тиску, яке зумовлює коливальні та циркуляційні рухи робочої рідини. Такі коливання здатні покращувати винесення ерозійних частинок і газо- парових бульбашок із вузьких зазорів та каналів [1–3, 11, 14, 17–22, 35–37, 42–47]. У технологічних застосуваннях найчастіше використовують ультразвуковий діапазон частот (приблизно 5…50 кГц), який добре реалізується магнітострикційними перетворювачами, що працюють поблизу резонансу та забезпечують достатню амплітуду коливань робочих органів [42, 43, 45, 46]. Для задач з підвищеними вимогами до інтенсивності звукового поля застосовують п’єзоелектричні перетворювачі, які дозволяють формувати значні рівні акустичного тиску у локальних зонах робочої камери [42–44, 46]. Розвиток нелінійної хвильової механіки в багатофазних середовищах показав, що при накладанні високочастотних осциляцій у рідинах можуть виникати стоячі хвилі, автоколивання та кавітаційні структури, які істотно впливають на масо- та енергообмін [42–44, 47, 48]. Це відкриває додаткові можливості для керованої інтенсифікації процесу видалення продуктів ерозії з МЕП під час електроерозійної прошивки мікроотворів [14, 17–22, 27, 34–37]. 2.1.1. Вплив механічних коливань на рух робочого середовища Одним із ефективних способів інтенсифікації видалення продуктів ерозії з міжелектродного проміжку (МЕП) є створення в зоні обробки періодично змінного поля тиску, яке зумовлює коливальні та циркуляційні рухи змазувально- охолоджувальної рідини (ЗОР). Такі коливання здатні покращувати винесення ерозійних частинок і газо-парових бульбашок із вузьких зазорів та каналів [1–3, 11, 14, 17–22, 35–37, 42–47]. Розрахункова схема процесу прошивки отвору круглого перерізу стрижневим електродом-інструментом (ЕІ), що використовується для подальшого аналізу, наведена на рис. 2.1. 24 Рис. 2.1 – Розрахункова схема процесу прошивки отвору круглого перерізу стрижневим електродом-інструментом У технологічних застосуваннях найчастіше використовують ультразвуковий діапазон частот (приблизно 5…50 кГц), який добре реалізується магнітострикційними перетворювачами, що працюють поблизу резонансу та забезпечують достатню амплітуду коливань робочих органів [42, 43, 45, 46]. Для задач з підвищеними вимогами до інтенсивності звукового поля застосовують також п’єзоелектричні перетворювачі, які дозволяють формувати значні рівні акустичного тиску у локальних зонах робочої камери [42–44, 46]. Розвиток нелінійної хвильової механіки в багатофазних середовищах показав, що при накладанні високочастотних осциляцій у рідинах можуть виникати стоячі хвилі, автоколивання та кавітаційні структури, які істотно впливають на масо- та енергообмін [42–44, 47, 48]. Це відкриває додаткові можливості для керованої інтенсифікації процесу видалення продуктів ерозії з МЕП під час електроерозійної прошивки мікроотворів [14, 17–22, 27, 34–37]. 2.1.2 Вплив вібрацій на продуктивність обробки в умовах прошивки малих отворів. Якщо електрод-інструмент здійснює періодичні осьові коливання, у МЕП відбувається чергування фаз витіснення й всмоктування ЗОР. При прошивці глибокого отвору це приводить до пульсуючої течії у вузькому кільцевому зазорі між стрижневим ЕІ та стінками отвору, що створює сприятливі умови для евакуації продуктів ерозії [17–23, 34, 37]. 25 Переміщення торця ЕІ вздовж осі y описують гармонійним законом: y(t)=Asin(ωt+φ0), де A – амплітуда коливань, ω=2πf– кругова частота, пов’язана з частотою f ультразвукового поля, φ0– початкова фаза [42–44]. За період коливань T=2π/ω інструмент двічі проходить зону мінімального зазору, змінюючи локальний об’єм рідини в МЕП. У модель вводять поняття внутрішньоцилового часу Δtмц, протягом якого в МЕП формується основна частина електричних розрядів. Залежно від амплітуди A та початкового зазору a0 інтервал Δtмц поділяють на ділянки: область мінімального зазору (максимальна інтенсивність розрядів), фазу збільшення зазору (полегшений виніс продуктів ерозії та газових бульбашок), ділянку надмірно великого зазору, коли взаємодія ЕІ–деталь практично відсутня. На основі аналізу кінематичної схеми та закону зміни зазору отримують залежність, яка пов’язує частку продуктивного часу в межах одного циклу Δtп/Δtмц з амплітудою A і геометрією МЕП (рис. 2.2) [17–23, 34, 37]. Рис. 2.2 - Залежність внутрішньоциклового машинного часу від діапазону робочих зазорів: а) при a0≤ a ≤ A; б) при A ≤ a ≤ 2A Знаходячи координати робочих точок 1 і 2, визначаємо відносну частку внутрішньоциклового машинного часу Δtмц в сумарному часу циклу (2.1) де знак «мінус» відповідає схемі а), а знак «плюс» - схемі б). 26 Час Δtмц відповідає протіканню електричних розрядів в МЕП протягом одного циклу коливань. Помноживши чисельник і знаменник лівої частини виразів (2.11) на число циклів, відповідно часу обробки Nц, отримаємо відношення tм/(Т +tвц), що характеризує ефективність обробки по витраченому часу. Тут tм- машинний час, tвц - частина допоміжного часу. Аналіз виразу (2.11) дозволяє встановити наступне: - максимальне скорочення внутрішньоциклових непродуктивних витрат часу (tвц=0) досягається за умови Δa = 2A. При прошивці отворів малого діаметра торцевий зазор зазвичай вибирають в діапазоні 0,02 ... 0,05 мм в залежності від діаметру. Зі сказаного випливає, що сформульована вище умова відповідає величині амплітуди коливань A = 5 ... 25 мкм, при прошивці отворів діаметром 0,2 ... 1 мм; - при збільшенні амплітуди коливань (умова amin = a0 зберігається) частка непродуктивних витрат зростає і граничний перехід дає: при A → ∞ Δtмц→ 0. 2.1. 3. Особливості перебігу рідин при накладенні осциляцій Одномірне ламінарний нестаціонарний рух в трубі круглого перетину з урахуванням нерозривності потоку має вигляд [68]: (2.2) де оператор Лапласа, V = V (r, t). Розглянемо випадок усталеного пульсуючого руху при гармонійному законі зміни градієнта тиску, тобто: (2.3) де A - амплітуда, ω - кругова частота гармонійних коливань. Уявімо V у вигляді: (2.4) і введемо нову змінну τ=νt Тоді рівняння (2.15) запишеться у вигляді: 27 (2.5) Гранична умова: V=0 при r=r0 (умова «прилипання») з урахуванням підстановки набуде вигляду (2.6) Отримуємо рівняння другого порядку в приватних похідних параболічного типу. Рішення цього рівняння представлено в [68] у вигляді: (2.7) де ber (x) і bei (x) - дійсна і взята з протилежним знаком уявна частина беселевої функції нульового порядку від комплексного аргументу J0(x√��), при чому індекс α означає, що x=b ∙ �� �� , а індекс r відповідає x=r ∙ �� �� Вхідні функції табульовані, що дозволяє обчислити епюру швидкості для різних моментів часу (Рис. 2.12). Рис. 2.3 – Епюри швидкостей рідини Якісний аналіз епюр, наведених на Рис. 2.3, дозволяє зробити наступні висновки: 28 1. На епюрах швидкості спостерігаються області зворотної течії рідини 2. Спостерігається велика швидкість течії пристінкових шарів щодо осі труби. 3. Гармонійні коливання поля тиску призводять до суттєвого відхилення поля швидкості течії в осьовому перерізі від параболічного закону, характерного для ламінарної течії в'язкої рідини в трубці. 4. Частота коливань тиску помітно впливає на характер епюри швидкостей течії. 5. Можна очікувати, що виявлені вище особливості пульсуючої течії при гармонійному законі зміни перепаду тиску в трубі круглого перетину будуть проявлятися і в трубі кільцевого перерізу. 2.2 Перебіг рідини в капілярній трубці при накладенні ультразвукового поля Ультразвукові коливання інтенсифікують рух рідини в капілярних каналах в широкому діапазоні значень амплітуд і частоти коливань [25]. Це явище спостерігається в найбільшій мірі в умовах прояву ультразвукового капілярного ефекту (УЗКЕ), сутність якого полягає в аномальному збільшенні швидкості і висоті підйому рідини в капілярі під дією ультразвуку [34]. Інтенсифікація руху рідини в капілярах досягається в результаті дії кількох чинників: - видаляються сторонні частинки (бульбашки газу, тверді частинки) з гирла капіляра, що збільшує змочуваність і знижує гідравлічний опір на вході в капіляр; - виникає додатковий надлишковий тиск в рідині. Вплив ультразвуку на рідину супроводжується коливаннями стінок капіляра, взаємодією УЗ коливань з меніском в каналі капіляра, зміною фізико-хімічних властивостей рідини, появою акустичних течій, радіаційним тиском, кавітацією. В роботі [21] перераховані фактори детально вивчені, і встановлено, що ультразвуковий капілярний ефект визначається, головним чином, кавітаційними явищами біля входу в канал капіляра Механізм УЗКЕ полягає в наступному. У торця капіляра, поміщеного в рідку середовище, при впливі ультразвуку виникає кавітаційна область з кавітаційними 29 бульбашками, які з певною ймовірністю закриваються біля входу в капіляр. При закритті бульбашок виникає акустична течія, високошвидкісний струмінь рідини потрапляє в канал і викликає деяке збільшення Δhi висоти стовпа рідини в ньому. Сумарна дія таких струменів з урахуванням ймовірності закривання бульбашок викликає спостережуваний і описаний вище ефект. Це означає, що в УЗ поле на рідину в капілярі діє надлишковий тиск Δpуз. В роботі [26] експериментально показано, що при радіусі капіляра rк ≤ 4 ∙ 10-5 м, частоті УЗ коливань 22 кГц, амплітудою 10 ... 15 мкм, температурі води 293 0К надлишковий тиск в капілярі Δpуз≈ 6 ∙ 104 Па. Приймаючи до уваги цей експериментальний факт, і враховуючи, що бічний зазор при обробці отворів малого діаметра становить 0,03 ... 0,06 мм, а внутрішній діаметр капілярних трубок для отворів зовнішнім діаметром 0,1 ... 0,2 мм складає 400 ... 100 мкм, проведемо аналіз перебігу води в капілярах круглого і кільцевого перетину. Рівняння Нав'є-Стокса в нашому випадку буде мати вигляд: (2.8) де l - висота підйому рідини в капілярі, μ - коефіцієнт динамічної в'язкості, σ - поверхневий натяг на межі «вода-повітря», θ – крайовий кут змочування. Виконаємо оцінку доданків в круглих дужках правої частини рівняння: (2.9) Видно, що перший доданок більш, ніж на порядок менше другого і в наближених виразах може не враховуватися. Третя складова при l ≤ 1 м має той же порядок величини і його можна не враховувати в наближених розрахунках при l<0,1 м, що відповідає нашим умовам. Для випадку ρgl<< Δpуз (невелика висота підйому рідини, l <0,1 м), знаходимо для капіляра круглого перетину: (2.10) а для капіляра кільцевого перерізу: 30 (2.11) Середнє значення швидкості течії рідини дорівнює відповідно: (2.12) (2.13) Оскільки де Vср=dl/dt, де l - висота води в капілярі, знаходимо, розділяючи змінні, вираз, що описує динаміку підйому води. Для циліндричного каналу (2.14) Для кільцевого зазору: (2.15) Враховуючи зроблену вище оцінку силових факторів, отримуємо наближені рішення відповідно: (2.16) (2.17) Ці вирази справедливі при r0 ≤ 4 ∙ 10-5м. При великих діаметрах капілярів необхідно розраховувати величину Δpуз. З виразів (2.25) і (2.26) отримуємо залежність середньої швидкості від часу з урахуванням (2.29) і (2.30): 31 (2.18) або з урахуванням зробленого вище зауваження з приводу висловлення в круглих дужках: (2.19) Для випадку кільцевого каналу отримуємо: (2.20) У більшості відомих публікацій УЗКЕ розглядають з точки зору проникнення рідини в вузькі щілини або пори з деякого об'єму рідини, або при аналізі роботи «ультразвукового насоса» при перекачуванні рідини з ємності в ємність по капіляру [74]. У нашому випадку при прошивці глухого отвору стрижневим інструментом джерела рідини поблизу гирла капіляра немає. Тому, застосування відомих механізмів, що пояснюють УЗКЕ, без будь-яких додаткових допущень або обмежень неможливо. Підставою для такої постановки питання є результати досліджень [30, 31, 34] і наші результати, які зафіксували факт збільшення продуктивності процесу прошивки глухих отворів при накладенні УЗ поля. 2.3 Аналіз схем накладення ультразвукового поля на процес електроерозійної прошивки Перед проведенням експериментальних досліджень були проаналізовані різні схеми накладення УЗ коливань (Рис. 3.5) на процес ЕЕО. Найбільш простим в реалізації є варіант з накладення УЗ коливань на ванну з робочою рідиною (Рис. 3.5, а). При накладенні УЗ коливань в рідині порушуються механічні УЗ частоти. Однак, через гідравлічний опір на вході в бічній зазор УЗ коливання сильно ослабнуть, і їх вплив на рідину, що знаходиться в кільцевому і 32 торцевому каналах, не проявиться чи буде малопомітним [39]. Рис. 2.4 – Схеми накладення ультразвукових коливань: а) на ванну; б) на інструмент; в) на деталь; 1 - привід електрода-інструменту, 2 - електрод-інструмент, 3 - ванна з робочою рідиною, 4 - зразок, закріплений в пристосуванні, 5 - ультразвуковий випромінювач При використанні схеми з накладенням УЗ коливань на ЕІ (рис. 2.4, б) можливі проблеми, пов'язані з малою жорсткістю ЕІ (радіальне відхилення робочого торця ЕІ від вертикальної осі). Крім того, використання даної схеми можливо тільки для малого вильоту ЕІ. Схема є складною в реалізації через труднощі суміщення осі ЕІ з напрямком УЗ коливань. Незважаючи на перераховані труднощі, в деяких роботах така схема рекомендована для реалізації [42, 43] . Кращою є схема з накладенням УЗ коливань на пристосування із закріпленою в ньому деталлю (Рис. 2.4, в). Вона дозволяє накласти УЗ коливання не тільки на деталь, але і на рідину, що знаходиться в кільцевому каналі. В даній схемі проблеми, пов'язані з жорсткістю ЕІ, незначні. Тому така схема прийнята за основу в цій роботі. 2.4 Порядок проведення експерименту Виходячи з відомого вислову (3.3), наведеного в роботі [56] (2.21) де Vл – об’єм одиничної ерозійної лунки, kм (мм3/Дж) - питома ерозія матеріалу, що залежить від матеріалу електродів і умов проведення експерименту, Wи - енергія імпульсу, величину kм, можна виразити, як відношення середнього об’єму лунки до енергії імпульсу (2.32) 33 (2.22) Вважають [43], що величина kм не залежить від частоти проходження імпульсів і визначається, головним чином, теплофізичними властивостями матеріалу. З використанням спеціально розробленого електроерозійного генератора ГОРН-Т2, що має функцію одиничного імпульсу, можливо отримання одиничних ерозійних лунок при різних параметрах енергії імпульсу. Аналізуючи раніше проведені роботи в області дослідження ерозійних лунок [13,21] і лунок, отриманих за допомогою лазерного випромінювання [22], розроблена методика проведення експерименту і обробки результатів. Полірований зразок (Ra = 0,08 мкм) зі сталі 12Х18Н10Т поміщали в робочу зону верстату. Заточений латунний ЕІ за допомогою набору каліброваних щупів № 2 (ГОСТ 882-75) підводили на зазор 0,02 мм до зразка. Далі накладали одиничний імпульс. Максимальна напруга, яке дозволяє накласти електроерозійний генератор ГОРН-Т2 на МЕП складає 200 В, що відповідає величині зазору між електродами близько 20 мкм. При збільшенні зазору пробою МЕП не відбувається. Проведена статистична оцінка достовірності результатів вимірювань на підставі 40 лунок, отриманих при наступних параметрах режиму обробки: амплітуда імпульсу напруги U = 200 В, тривалість імпульсу τі = 30 мкс. Побудовано нормальний розподіл значень об’єму лунки відповідно до відомої методики. Отримані лунки (рис. 2.5) фотографували на мікроскопі Olympus BX 51 при фокусуванні мікроскопа на поверхню зразка безпосередньо біля кратера лунки. 34 Рис.2.5 – Фотографії та геометричні параметри одиничних лунок Після оцінки достовірності та відтворюваності результатів експериментів при інших рівних умовах отримано по 3 лунки для значень тривалості імпульсу 2, 5, 10, 20 і 30 мкс (рис. 2.6). Рис. 2.6 - Фотографії та геометричні параметри ерозійних лунок 2.4 Методика вимірювань геометричних параметрів лунок 35 Після отримання на поверхні полірованого зразка ерозійних лунок їх обміряли і розраховували об’єм видаленого з лунки металу. Вимірювання геометричних параметрів лунок проводилося безпосередньо на мікроскопі Olympus BX 51 з використанням його програмних функцій. Глибину лунки брали як різниця координат положень об'єктива мікроскопа при фокусуванні на поверхні зразка і при фокусуванні на дні лунки. Точність даного методу вимірювання глибини лунки становить ± 0,5 мкм. Похибка оцінки об’єму лунки по даній методиці складає ± 8%. У роботах [13, 56, 59, 60, 61] для оцінки об’єму лунки використовували формулу кульового сегмента (3.5). Однак було відмічено, що діаметри лунки по двох перпендикулярних осях можуть відрізнятися аж до 20% (Рис. 2.7) Рис. 3.7. Фотографії одиничних лунок У зв'язку з цим, для порівняння, прийнята до розрахунку формула об’єму половини еліпсоїда (3.6). (2.23) (2.24) Дані формули пояснюються Рис. 2.8 і 2.9 відповідно. 36 Рис. 2.8 – Кульовий сегмент Рис. 2.9 – Еліпсоїд Для оцінки похибки розрахунку об’єму за моделями кульового сегмента і половини еліпсоїда для всіх значень тривалості імпульсу побудовані перетини лунок по двох перпендикулярних осях. Перетини будувалися на підставі фотографій (рис. 2.10). а) 37 б) в) Рис. 2.10 - Розрахунок похибки для лунки, отриманої при: а) τі = 5 мкс і Wі = 11 мДж, б) τі = 10 мкс і Wі = 20 мДж, в) τі = 20 мкс і Wі = 29 мДж Оцінка похибки проводилася графічним методом шляхом «накладання» перетину кулі, або еліпса на перетину лунки. Похибка ΔS визначає за виразом (2.35). (2.25) 38 де S м - площа ділянки прийнятої моделі, що перекриває контур лунки, Sб - площа ділянки лунки, що перекриває контур прийнятої моделі, S - площа лунки. Вираз 3.7 пояснюється на Рис. 2.11 Рис. 2.11 – Схема визначення похибки площі лунки Похибка розраховується з врахуванням знаку. позитивна похибка означає, що прийнята модель має велику площу в порівнянні з лункою, негативна - модель має меншу площу. Середня похибка обчислювалася як середнє арифметичне значення похибок за двома перпендикулярними перетинами лунки з урахуванням знаку. Логічно припустити, що модель, що має найменшу середню похибку, забезпечує найменшу похибку при розрахунку об’єму лунки. 2.5 Методика дослідження впливу ультразвукових коливань на продуктивність електроерозійного прошивки Для дослідження технологічних характеристик ЕЕО проводили прошивку наскрізних отворів на верстаті ЕПП-8. Попередньо проведена статистична оцінка достовірності результатів вимірювання часу прошивки на підставі 50 прошитих отворів при однакових параметрах режиму обробки за допомогою ЕЕО і ЕЕОНУ. Отвори прошивали латунним ЕІ Ø 0,3 мм, при амплітудній напрузі U = 200 В, тривалість імпульсу τі = 2,1 мкс. При оцінці впливу УЗ поля використовували коливання з частотою 20 кГц і амплітудою 5 ... 10 мкм. Після оцінки достовірності та відтворюваності результатів експериментів при інших рівних умовах прошивали отвори латунними ЕІ Ø 0,3 ... 1 мм на згаданому вище обладнанні в діапазоні параметрів режиму обробки: напруга обробки U = 200 В, тривалість імпульсу τі = 0,4 ... 3 мкс, частота проходження імпульсів f = 5 і 39 26 кГц. Отвори прошивали на глибину h = 1 ... 5 мм. Час прошивки фіксували за допомогою програмних функцій верстата і проводили порівняльний аналіз часу прошивки при ЕЕО і ЕЕОНУ. Для виявлення кількості робочих імпульсів при ЕЕО і ЕЕОНУ проведено осцилографування процесу. Методика визначення робочих імпульсів наступна. Знімається осцилограма імпульсів холостого ходу (ХХ), тобто при включеному джерелі живлення і розімкнутих електродах. така осцилограма представлена на Рис. 2.12, а). Аналізуючи цю осцилограму, можна позначити верхню межу напруги робочих імпульсів. імпульси з амплітудою вище або дорівнює значенню верхньої межі вважаємо імпульсами холостого ходу. При замиканні ЕІ і деталі знімаємо осцилограму імпульсів короткого замикання (КЗ). При її аналізі (Рис. 2.12, б) виявляємо нижню межу напруги. Імпульси нижче нижньої межі напруги вважаємо імпульсами короткого замикання. Таким чином, імпульси, що лежать між верхнім і нижнім межами напружень вважаємо робочими імпульсами. Рис. 2.12 - Осцилограми імпульсів напруги: а) холостого ходу; б) короткого замикання 40 Висновок до розділу 2 1. У цьому розділі виконано теоретичний аналіз процесів, що визначають продуктивність електроерозійної прошивки мікроотворів при накладанні ультразвукового поля, та наведено загальну методику експериментальних досліджень. Основні результати можна сформулювати так. 2. Встановлено, що накопичення продуктів ерозії в МЕП є одним із ключових факторів, які обмежують продуктивність і стабільність процесу електроерозійної прошивки мікроотворів, а накладання ультразвукових коливань може суттєво покращити умови видалення ерозійних частинок і газових бульбашок із зони розрядів [11–14, 17–23, 27, 34–37, 42–48]. 3. Показано, що осциляційні режими течії у капілярних і кільцевих каналах істотно змінюють профіль швидкості потоку, можуть створювати зони зворотної течії та підвищувати середню швидкість руху ЗОР, що є корисним для промивання МЕП [14, 17–22, 35–41]. 4. Описано методику експериментальної оцінки питомої ерозії через вимірювання геометрії одиничних ерозійних лунок та енергетичних параметрів імпульсів, яка ґрунтується на сучасних підходах до дослідження мікро-EDM [1, 2, 11–13, 33–37]. 5. Отримані теоретичні положення та методичні рішення становлять основу для подальших експериментальних досліджень впливу ультразвукового поля на технологічні показники процесу електроерозійної прошивки мікроотворів, результати яких наведено в наступному розділі. 41 Розділ 3 Дослідження технологічних показників комбінованої обробки 3.1. Матеріали і зразки Для проведення досліджень як матеріал для деталі обрали корозійностійку аустенітну сталь марки 12Х18Н10Т, яка широко застосовується у хімічному, харчовому та енергетичному машинобудуванні завдяки високій корозійній стійкості, жаростійкості та добрій пластичності [6, 9, 10]. Такий вибір матеріалу відповідає практичним задачам виготовлення деталей типу фільтрів та елементів апаратури, де масиви мікроотворів працюють в агресивних середовищах. У таблиці 3.1 наведено основні механічні характеристики сталі 12Х18Н10Т (межа текучості, тимчасовий опір розриву, відносне видовження, ударна в’язкість тощо), а у таблиці 3.2 – хімічний склад сталі, зокрема вміст хрому, нікелю, вуглецю та легуючих домішок. Саме поєднання високого вмісту Cr і Ni забезпечує стабільну аустенітну структуру й високу стійкість до корозії [6, 9, 10]. Таблиця 3.1 - Механічні властивості сталі 12Х18Н10Т Модуль Межа Межа Межа Юнга при міцності при плинності пропорційності при Відносне Відносне розтягуванні розтягуванні при подовження звуження Е, кгс/мм2 σв, кгс/мм2 розтягуванні розтягуванні σ , кгс/мм2 δ, % ψ, % σт, кгс/мм2 пц 18800 65 28 11 41 63 Таблиця 3.2 - Хімічний склад сталі 12Х18Н10Т Вуглець менше або Кремній не Марганець Сірка не Фосфор більше Si % не більше Хром Нікель Титан Cr % Ni % Ti % більше не більше одно С % Mn % S % P % 0,12 0,8 2 17-19 9-11 0,5-0,7 0,02 0,035 Зразки для дослідів виготовляли у вигляді пластин і деталей типу фільтр із масивом отворів малого діаметра. Геометрія зразків відповідала реальним умовам експлуатації: товщина стінки, глибина й діаметр отворів змінювалися в межах, характерних для виробів такого класу. 3.2. Експериментальне обладнання Верстат для електроерозійного формоутворення отворів в циліндричних і дискових деталях містить основу 1, що представляє собою зварний каркас, виконаний з сортового прокату. На основі кріпиться супорт 2, що має можливість вертикального переміщення і призначений для по-дачі ЕІ до оброблюваної деталі, супорт 3, який має можливість горизонтального і кутового переміщень. На 43 верхній площині основи закріплений пульт управління верстатом 7 (з пульта управління здійснюється управління режимами імпульсного генератора 8 і переміщеннями елементів верстата). У нижній частині основи розташована система регенерації і подачі робочої рідини 5. Електрична шафа 6 і електроерозійний генератор 8 закріплені на задній частині основи. До основи прикріплено також огорожу 4. Вертикальний супорт містить плиту 9, на яку встановлюється базова плита 10. На плиті 10 встановлюється вузол обмеження осьового відхилення електрода- інструменту 11 і вузол подачі електрода-інструменту 12. Верстат працює таким чином. Деталь вручну закріплюється в горизонтальному супорті 3. ЕІ 13 заправляється (вручну) в вузол подачі ЕІ 12 і вузол обмеження осьового відхилення ЕІ 11, вісь якого в свою чергу збігається з віссю вузла подачі ЕІ 12 і віссю оброблюваного отвору в деталі. З пульта керування 7 налаштовується положення деталі щодо ЕІ 13. включається система регенерації і подачі робочої рідини 5. Робоча рідина подається в зону обробки безпосередньо через вузол обмеження осьового відхилення ЕІ 11. Подача робочої рідини, таким чином, забезпечує її потрапляння в між електродами проміжок , навіть при малих його значеннях. На пульті управління 7 призначаються параметри системи стеження. 44 Рис. 3.1 - Верстат для електроерозійного формоутворення отворів, б) - вертикальний супорт верстата: 1 - підстава, 2 - вертикальний супорт, 3 - горизонтальний супорт, 4 - огорожа, 5 - система регенерації і подачі робочої рідини, 6 - електрошафа, 7 - пульт управління, 8 - електроерозійний генератор, 9 - плита, 10 - базова плита, 11 - вузол обмеження осьового відхилення ЕІ, 12 - вузол подачі електрода-інструменту на основі ЛСД, 13 - ЕІ При їх призначенні передбачений контроль процесу прошивки по чотирьом параметрам: частка імпульсів холостого ходу, частка імпульсів короткого замикання, середній струм, напруга холостого ходу. Вибір параметра контролю процесу визначається характером розв'язуваної технологічного завдання. Можна здійснювати контроль процесу прошивки, комбінуючи параметри контролю. При порушенні заздалегідь встановленого інтервалу одного з параметрів контролю ЕІ 13 починає робити коливальні рухи, за допомогою вузла подачі ЕІ 12, щодо вертикальної осі, з амплітудою, що не перевищує величину МЕП. ЕІ 13 рухається таким чином, що ерозійні імпульси, що подаються імпульсним генератором 8, припадають на фазу максимального зближення ЕІ 13 з деталлю. Тим самим 45 знижуючи енергоємність процесу. При здійсненні коливальних рухів ЕІ 13 працює як поршень, витісняючи з МЕП робочу рідину з продуктами ерозії. Внаслідок цього збільшується продуктивність процесу за рахунок інтенсивної евакуації продуктів ерозії з МЕП і, як наслідок, збільшення частки ерозійних імпульсів. Знижується ймовірність короткого замикання між ЕІ і деталлю через продукти ерозії, що знаходяться в МЕП, що позитивно позначається на якості поверхні після обробки. Після призначення параметрів системи стеження на пульті управління 7 задаються режими обробки. Чи включається імпульсний генератор 8. Запускається програма прошивки отвори. В процесі прошивки отвори вузол подачі ЕІ 12 виконує вертикальне переміщення ЕІ 13 на відстань, заданий в програмі. Після проходження ЕІ 13 заданої відстані він повертається у вихідне положення. Таким чином, виконання в заявленому верстаті зворотного зв'язку (по одному з чотирьох каналів) між вузлом подачі ЕІ 12 і імпульсним генератором 8 спільно з синхронізацією ерозійних імпульсів і подачею робочої рідини через вузол обмеження осьового відхилення ЕІ 11 дозволяє збільшити продуктивність і стабільність процесу прошивки, поліпшити якість поверхні деталі, знизити енергоємність. Для забезпечення процесу накладення УЗ коливань верстат оснащений УЗ генератором, що кріпиться на підставі верстата, під електроерозійним генератором і магнітострикційним перетворювачем, який заміняє горизонтальний супорт, виставленим коаксіальний ЕІ. Загальний вигляд верстата показаний на рис. 3.2. 46 Рис. 3.2 - Загальний вигляд верстата для електроерозійної прошивки отворів (ЕП310ПУ) Рис. 3.3 - Загальний вигляд пристрою подачі електрода-інструменту: 1 - стійка, 2 - електродвигун, 3 - муфта, 4 -шарико-гвинтова пара, 5 - каретка, 6 і 7 відповідно рухомий і нерухомий затискачі, 8 - кондукторна втулка, 9 - електрод- інструмент Пристрій містить стійку 1, на якій закріплений електродвигун 2, вихідний вал якого через муфту 3 і кулько-гвинтові пару 4 пов'язаний з карет-кою 5, встановленої з можливістю переміщення на напрямних стійки 1. На каретці 5 закріплений затиск 6 (рухливий), який має можливість зворотно- 47 поступального переміщення разом з кареткою. Пристрій також містить зажим 7, (нерухомий), закріплений на стійці 1. На стійці 1 закріплена кондукторна втулка 8, через яку пропущений електрод-інструмент 9, розміщується-мий в затискачах 6 і 7. Пристрій працює наступним чином. Перед початком роботи електрод-інструмент 9 вручну заправляють в рас- криті затискачі 7 і 6 і пропускають в кондукторну втулку 8. Фіксують електрод- інструмент 9 в положення затиску. Включають електродвигун 2 і виконує переміщення каретки 5 з рухомим захватом 6 і закріпленим в ньому електродом- інструментом 9 в сторону кондукторної втулки 8, забезпечуючи заданий виліт електрода-інструменту з кондукторної втулки 8. Після цього зупиняють переміщення каретки 5 і здійснюють прошивку отвору. Рухомий захват 6 при цьому розташовується перед кондукторною втулкою 8 на мінімальному від неї відстані, що підвищує його жорсткість і зменшує осьове відхилення електрода- інструменту 9. Після прошивки отвори подають напругу на нерухомий зажим 7, виробляючи фіксацію в ньому електрода-інструменту 9, розкривають рухливий затиск 6, звільняючи електрод-інструмент 9 від затискних елементів. Включають електродвигун 2 в протилежному напрямку, в результаті чого каретка 5 з затискачем 6 переміщається в сторону нерухомого затиску 7. Електрод-інструмент при цьому залишається нерухомим, так як зафіксовано від переміщення затискачем 7. При переміщенні каретки 5 в задане положення електродвигун 2 відключають . Закріплюють електрод-інструмент в затиску 6 і звільняють його в затиску 7, після чого здійснюють переміщення каретки 5 з затискачем 6, в якому закріплений електрод-інструмент, в сторону кондукторної втулки 8. Висуваючи електрод-інструмент в робоче положення, здійснюють обробку отвори. Далі цикл обробки і висунення електрода-інструменту повторюють. Таким чином, виконання в заявленому пристрої вузла обмеження осьового відхилення електрода-інструменту у вигляді нерухомого і рухомого затискачів дозволить підвищити якість одержуваних отворів, за рахунок виключення вигину 48 електрода-інструменту і одночасно підвищити продуктивність процесу за рахунок скорочення часу на заправку електрода-інструменту. 3.3 Вплив ультразвукового поля на продуктивність прошивки Дослідження впливу УЗ поля на технологічні характеристики операції електроерозійної прошивки проводили шляхом порівняння результатів зі значеннями, отриманими при електроерозійній обробці без накладання УЗ поля. Прошивка проводилася латунним ЕІ Ø 0,3 мм, частота слідування ерозійних імпульсу f = 5 кГц, частота УЗ коливань fуз = 22 кГц, амплітуда УЗ коливань A = 5...10 мкм. Отримано сімейство залежностей машинного часу обробки від тривалості імпульсу для ЕЕО і ЕЕОНУ (Рис. 3.4) Рис. 3.4 – Залежно машинного часу обробки від тривалості імпульсу при глибині прошивки: а) h = 1 мм; б) h = 2 мм; в) h = 3 мм; г) h = 5 мм; 1 - ЕЕОНУ; 2 - ЕЕО; Накладання УЗ коливань забезпечує при інших рівних умовах зниження машинного часу обробки, в тим більшою мірою, чим більше глибина отвору, тобто, в умовах, при яких в одиницю часу генерується велика кількість продуктів ерозії і природна видалення утруднена. При малих глибинах отворів і тривалості 49 імпульсу, при яких накопичення в МЕП продуктів ерозії невелика, роль УЗ коливання нівелюється. Крім того, накладання УЗ коливань дає можливість працювати на більш продуктивних режимах (τі ~ 3 мкс). Робота на даному режимі без накладання УЗ коливань неможлива, ЕІ «приварюється» до деталі. На рис. 3.5 наведені залежності часу прошивки від глибини прошивного отвору при фіксованій тривалості імпульсу. З представлених графіків видно, що залежність часу обробки від глибини отвору при ЕЕО, починаючи з деякого значення глибини, стає нелінійною, а швидкість прошивки знижується, тоді, як при ЕЕОНУ ця залежність має лінійний характер. З цього виходить що накладання УЗ коливань сприяє ефективній видалення продуктів ерозії з МЕП, внаслідок чого лінійна швидкість ерозії до певної глибини прошивки залишається постійною. Рис. 3.5 – Залежність часу прошивки отвори від глибини отвору при тривалості імпульсу: а) τі = 1 мкс; б) τі = 2 мкс; 1 - ЕЕОНУ; 2 – ЕЕО На рис. 3.6 показані залежності відносного зниження часу прошивки від тривалості імпульсу. Відносне зниження машинного часу прошивки Δt знаходили за виразом 3.1. (3.1) де tпр - час прошивки при ЕЕО, tуз - час прошивки при ЕЕОНУ. 50 Рис.3.6 – Залежності відносного зниження часу прошивки від тривалості імпульсу при різній глибині прошивки: 1 - h = 5 мм; 2 - h = 3 мм; 3 - h = 2 мм; 4 - h = 1 мм Як видно, Δt зростає, як зі збільшенням тривалості імпульсу, так і при збільшенні глибини прошивки, і досягає значення 55%. При малій тривалості імпульсу (в наших умовах ~ 0,7 мкс) збільшення продуктивності прошивки при глибині отвору 1 ... 3 мм не спостерігається (Криві 2 ... 4). Це, ймовірно, пов'язано з відносно малою кількістю продуктів ерозії, що генеруються в одиницю часу, при якому газова бульбашка (природна видалення) успішно справляється з очищенням МЕП. Додаткова інтенсифікація виведення продуктів ерозії не потрібно. Однак при глибині 5 мм (крива 1) природна видалення вже недостатня, і накладення УЗ поля знижує час обробки на 20%. На рис. 3.7 представлені залежності часу прошивки отвору діаметром 0,3 мм від тривалості імпульсу при різних частотах проходження розрядних імпульсів. Видно, що зі збільшенням частоти проходження імпульсів при ЕЕО спостерігається лише невелике зниження часу обробки (підвищення продуктивності), а при τі = 2,1 мкс і зовсім зворотний ефект. Це пов'язано з тим, що при даному режимі обробки швидкість генерації продуктів ерозії починає перевищувати швидкість природної видалення , і внаслідок цього спостерігається зниження продуктивності. Накладання УЗ коливань призводить до збільшення швидкості видалення продуктів ерозії і продуктивність при τі = 0,7 ... 1,2 мкс 51 зростає приблизно в 1,5 рази. Рис. 3.7 – Залежність часу прошивки від тривалості імпульсу при частоті проходження розрядних імпульсів: 1 - ЕЕО 5кГц; 2 - ЕЕО 26 кГц; 3 - ЕЕОНУ 5кГц; 4 - ЕЕОНУ 26 кГц Для визначення області ефективного застосування ЕЕОНУ проведені експериментальні дослідження залежності часу прошивки при ЕЕО і ЕЕОНУ від діаметра отвору, при глибині прошивки 2 мм, тривалості імпульсів τі = 0,7 і 2,1 мкс, амплітуда напруги 200 В і частоті проходження імпульсів 5 кГц. Результати показані на рис. 3.8 у вигляді залежності відносного зниження часу прошивки від діаметра отвору. Рис. 3.8 – Залежність відносного зменшення часу прошивки від діаметра отвору: 1 - τі = 2,1 мкс; 2 - τі = 0,7 мкс108 З графіків випливає, що найбільше зниження часу обробки при накладенні УЗ коливань спостерігається при роботі на більшій тривалості імпульсу при прошивці отворів меншого діаметра. Так, при прошивці отвору діаметром 0,3 мм зниження часу обробки, при накладанні УЗ коливань становить 45%. При роботі ж на малій тривалості імпульсу ефект накладання УЗ коливань практично 52 непомітний. Аналогічного висновку приходять автори робіт [39, 41]. Відповідно до п. 2.5 проведено осцилографування процесу для порівняння числа робочих імпульсів при ЕЕО і ЕЕОНУ (Рис. 3.9). Рис. 3.9 - Залежність частоти робочих імпульсів від енергії імпульсу при різних глибинах прошивки: 1 - ЕЕО 0,4 мм; 2 - ЕЕО 4 мм; 3 - ЕЕОНУ 0,4 мм; 4 - ЕЕОНУ 4 мм З графіків видно, що накладання УЗ коливань сприяє збільшенню числа робочих імпульсів як «спочатку», так і в «середині» обробки. Це є одним з факторів, що сприяють збільшенню продуктивності операції. Встановлено, що при ЕЕО коефіцієнт ефективності використання імпульсів лежить в межах kе = 0,6...0,2, тоді як при ЕЕОНУ kе = 0,8 ... 0,5. Таким чином, непрямі (технологічні) експерименти підтвердили зроблене раніше припущення про можливість підвищення продуктивності операції прошивки отворів малого діаметра і дозволили отримати кількісну оцінку спостережуваного ефекту. 3.4 Вплив УЗ поля на стабільність процесу прошивки отворів малого діаметра Відомо, що при проведенні операції електроерозійної прошивки отвору проявляється безліч випадкових факторів, що впливають на результат. У зв'язку з цим проведена статистична обробка значень машинного часу обробки на підставі 53 результатів прошивки 50 отворів при ЕЕО і ЕЕОНУ. Прошивка отворів проводилася при наступних параметрах режиму обробки: τі = 2,1 мкс, U = 200 В, f = 5 кГц. Результати статистичної обробки представлені на Рис. 3.10. Рис. 3.10. Статистичний аналіз часу обробки: 1 - ЕЕО, 2 - ЕЕОНУ Близький до гаусового характеру розподілу значень часу обробки підтверджує той факт, що процес ерозійної прошивки протікає в умовах впливу на нього великої кількості випадкових факторів приблизно рівної значимості. Середньоквадратичне відхилення значень часу обробки при ЕЕО становить σ = 0,96 хв, а з накладенням УЗ коливань σ = 0,17 хв, що більш ніж в 5,5 разів менше. З цього випливає, що накладання УЗ коливань призводить до суттєвого підвищення стабільності процесу прошивки отворів. Це, мабуть, є наслідком більш однорідного характеру властивостей робочого середовища в результаті інтенсивної видалення продуктів ерозії і стабілізації (зниження розсіювання значень) числа робочих імпульсів в процесі обробки. Зсув центру розсіювання значень машинного часу обробки відповідає зазначеному вище підвищенню продуктивності процесу при накладанні ультразвукового поля. Резюмуючи проведені вище дослідження, можна позначити область ефективного застосування УЗ коливань при ЕЕО. Найбільш доцільно накладати УЗ коливання в наступних випадках: при прошивці малих отворів на відносно велику глибину на продуктивних режимах обробки. Цей висновок підтверджує 54 дані, отримані в роботах [39, 41], і висновки, зроблені у другому розділі. 3.5 Основні допущення і положення моделі інтенсифікації течії рідини в кільцевому міжелектродному проміжку при прошивці отворів Більшість публікацій, присвячених дослідженню механізму ультразвукового капілярного ефекту, ґрунтуються на експериментальних даних, отриманих з використанням прямих капілярів круглого перетину, занурених одним торцем в рідину [38-41]. У нашому випадку розглядається процес руху рідини в капілярній трубці кільцевого перетину при накладенні УЗ поля, практично не описаний в літературі. Для обговорення можливого механізму, що лежить в основі спостережуваного ефекту, приймемо допущення про те, що основні закономірності, відмічені в каналах круглого перетину, справедливі при дотриманні умов гідродинамічної подібності і в каналах кільцевого перерізу. Перераховані вище моделі [39] ґрунтуються на освіту кавітаційних бульбашок у торця капіляра при впливі ультразвукового поля. Бульбашки зароджуються і ростуть тільки при досягненні певного значення питомої акустичної потужності [45], званої кавітаційним порогом. Згідно з дослідженнями кавітаційний поріг в близьких до наших умовах становить 2 ... 3 Вт/см2. Для підвищення технологічної ефективності операції ЕЕС отворів малого діаметра використовували УЗ поле з наступними параметрами: f = 20 кГц, А = 5 ... 10 мкм. Розрахунок питомої акустичної потужності проводили за методикою, наведеною в [35], яка для даного випадку становить ≈ 10 Вт/см2. Таким чином, умови проведення експерименту достатні для зародження і зростання кавітаційних бульбашок. Авторами робіт [37-39] відзначається, що наявність в рідині газоподібних і твердих включень знижує кавітаційний поріг, і підвищує ймовірність зародження кавітаційних бульбашок. Відповідно до [41-42] методи дослідження процесу кавітації можна розділити на прямі і непрямі. До прямих методів відносять: - візуальні - фото-, кіно- і відеозйомка кавітаційних процесів; - акустичні - фіксація тиску ударної хвилі, випромінюваної кавітаційними 55 бульбашками при схлопуванні. До непрямих методів належать: - фотоелектричний - реєстрація кавітаційної сонолюмінесценція; - хімічні - дослідження зміни масових параметрів або концентрації хімічних реагентів за рахунок звукохімічних реакцій при кавітації; - гідродинамічні - фіксація змін гідродинамічних характеристик потоку рідини; - механічні - вимір величини кавітаційної ерозії; - технологічні - зміни якісних показників об'єкта виробництва та технологічного процесу [42]. Застосування прямих методів в даній роботі ускладнено через малі масштаби протікання і швидкодії розглянутих процесів, тому використовували непрямий (технологічний) експеримент. В процесі прошивки в нижній частині кільцевого бічного зазору формується бульбашковий кавітаційний кластер за рахунок трьох різних за походженням видів зародків кавітаційних бульбашок (Рис. 3.11): - бульбашки, що формуються при акустичній кавітації; - бульбашки, що формуються при гідродинамічній кавітації в місцевому гідравлічному опорі; - бульбашки, що формуються при руйнуванні газопарового бульбашки, викликаного електричним розрядом. Рис. 3.11 – Схема утворення кавітаційного кластера в кільцевому зазорі: 1 - 56 ЕІ; 2 - ЕД; 3 - потоки течії РЖ в МЕП; 4 - кавітаційні області, що виникають в результаті «зриву» потоку; 5 - кавітаційні бульбашки, які утворюються в результаті «зриву потоку»; 6 - кавітаційні зародки, що формуються при руйнуванні газопарового бульбашки; 7 - акустичні хвилі, наслідок накладання УЗ поля; 8 - бульбашки, що формуються при акустичній кавітації; 9 - крайні положення торця ЕІ Розглянемо передумови до утворення кавітаційних бульбашок як наслідок місцевих гідравлічних опорів в МЕП. У нашому випадку можна провести аналогію з плином рідини в трубопроводі, з поворотом потоку на 90° [40, 43]. За такого перебігу рідини в місцях зміни напрямку потоку відбувається зміна закону розподілу тисків і швидкостей течії в поперечному перерізі. Це призводить до відриву потоку як від зовнішньої, так і від внутрішньої стінок (поз. 4, Рис. 3.11). відрив потоку і зниження тиску сприяють виникненню кавітаційних бульбашок (поз. 5, Рис. 3.11) в місці стиснення течії. Спостерігається так звана «вибухова» кавітація [38]. Обговоримо можливий взаємозв'язок і взаємодію ультразвукових і електророзрядних процесів. У нашому випадку [44] за рахунок синхронізації розрядний імпульс накладається на фазу зближення ЕІ і деталі. Тривалість імпульсу становить (1 ... 3) .10-6 с, що в 17 ... 50 разів менше періоду слідування УЗ коливань. Навколо кожного розряду формується газопаровий міхур, час життя якого за даними Б.М. Золотих [49] в 5 ... 7 раз більше тривалості імпульсу розряду (5 ... 15 мкс). Пузир зароджується в умовах підвищеного зовнішнього тиску, що відповідно до рівняння знижує його обсяг по відношенню до нормальних умов. Пузир скорочується поблизу завершення фази підвищення тиску, коли швидкість прокачування РЖ максимальна, і його «уламки» разом з твердими продуктами ерозії електродів витісняються на периферію торця електрода, де служать в подальшому в якості зародків для кавітаційних бульбашок, знижуючи поріг кавітації. Оскільки виникнення осесиметричного ерозійного розряду малоймовірно, продукти ерозії розташуються по периферії МЕП нерівномірно. 57 Таким чином, утворюється локальна ділянка ( «кавітаційний сектор») кільцевого МЕП з більшою щільністю кавітаційних зародків, а отже, і з найбільшою ймовірністю утворення кавітаційних бульбашок (Рис. 3.12) На користь цього говорить також той факт, що багато авторів [46] відзначають прояв при ЕЕО так званого ефекту «гніздування розрядів», тобто, ерозійні розряди протягом певного часу локалізуються в деякій обмеженій області МЕП. Це пояснюється залишковими ефектами в околицях розряду: підвищеною концентрацією продуктів ерозії, локальним підвищенням температури рідини, наявністю виступаючого бортика у лунки (зменшення величини МЕП). Наявність бортика у лунки в наших умовах показано в додатках 2 і 3 Рис. 3.12 – Схема виникнення кавітації сектора З урахуванням сказаного, можна припустити, що «кавітаційний сектор" буде деякий час зберігати своє становище в МЕП, тобто потік, який витісняє рідину з бічного зазору, деякий час буде локалізований. При зміні місці розташування «гнізда» переміститься і цей потік. Сказане підтверджується при аналізі фотографій місця входу інструменту в отвір при прошивці отвору: викид струменів, забарвлених в темний колір продуктами ерозії, відбувається періодично в певному секторі (величина сектора коливається від α = 200 ... 600), місце розташування якого змінюється випадковим чином (Рис. 3.13). В цьому проявляється вплив електричного розряду на кавітаційний процес. 58 Рис. 3.13 – Фотографії кавітаційного сектора Таким чином, акустична кавітація протікає в умовах нерівномірного розподілу щільності зародків кавітації по периферії кільцевого міжелектродного каналу в нижній його частині. Розглянемо різні моделі кавітаційного ініціювання перебігу рідини в капілярах і виконаємо наближену оцінку можливості формування струменя з витратою, що забезпечує оновлення рідини в робочій зоні. 3.6 Проектування технології виготовлення 580 отвори в деталі типу фільтр 3.6.1 Аналіз деталі, технічних вимог і способів отримання отворів Деталь виготовляється з нержавіючої сталі марки 12Х18Н10Т ГОСТ 5949-75. Дана деталь розроблена на новий перспективний виріб і не має базової технології. Основну складність при проектуванні технологічного процесу виготовлення деталі викликає розробка операції виготовлення масиву з 581 отвори Ø 0,25+0,05 мм, з витримкою вимог креслення. 59 Рис. 3.14 - Креслення фільтра Аналіз показав, що виготовлення масиву з 581 отвори механічною обробкою і лазерною обробкою малоефективно, так як вони спричинять за собою трудомістку слюсарну операцію з видалення задирок або грата. У виборі між ЕХО і ЕЕО краще ЕЕО, через більш високої продуктивності і надійності процесу. ЕЕО в порівнянні з ЕЛО дешевший метод, який не потребує дорогих вакуумних камер і помітно знижує теплове навантаження на виготовляється деталь. Підсумовуючи викладене, можна зробити висновок, що для даної операції найбільш підходящим методом є ЕЕО. 3.6.2 Порівняння одноелектродної і багатоелектродної обробки Експериментальні дослідження прошивки масиву з 581 отвори проводилися на електроерозійному верстаті. При проектуванні операції ЕЕО 581 отвори розглядалася як послідовна прошивка отворів, так і багатоелектродна обробка. 60 Теоретично багатоелектродна обробка краща, в даному випадку, в зв'язку з особливостями ЕЕО. Після пробою МЕП в робочому зазорі формується парогазовий міхур, що витісняє рідина і евакуюють продукти ерозії. Пузир буде деякий час розширюватися, а тиск в ньому падати. Далі відбудеться схлопування і руйнування міхура [43]. Проходження ерозійних імпульсів неможливо до руйнування міхура і релаксації МЕП. При багатоелектродній обробці ерозійні імпульси будуть проходити в «сусідньому» МЕП. Проведені експериментальні дослідження показали, що машинний час прошивки одного отвору Ø 0,25+0,05 мм, при оптимальних параметрах режиму обробки (U = 120 В, τі = 2 мкс, Wі = 3,7 мДж, f = 5 кГц), становить tм = 0,72 хв, з урахуванням часу калібрування (глибину калібрування приймаємо рівною глибині прошивки h к ≈ 0,8 мм), необхідної для усунення конусності в перетині отвору. Допоміжний час для даних умов обробки визначається за наступним виразом, отриманим в результаті хронометражу в цехових умовах: ��в = 581∙��рз + 580∙��подр + 4∙��запр + 33∙��пер + ��вку = 474,76 хв, (3.2) де tвку = 6,7 хв - час на включення станка, установку керуючої програми; tрз = 0,02 хв - час визначення положення деталі (торкання ЕІ на «м'яких» режимах поверхні деталі) і відведення ЕІ на робочий зазор; tпер = 0,08 хв - час перехоплення ЕІ електромагнітами, після вироблення робочої довжини (hраб = 30 мм). Робоча довжина - відстань між торцем кондуктора для ЕІ і механізмом захоплення і подач ЕІ. Робоча довжина підбирається для кожного діаметра ЕІ виходячи з жорсткості ЕІ (чим жорсткіший ЕІ, тим більше величина робочої довжини); tзапр = 4,7 хв - час, необхідний для заправки нового ЕІ, після зносу попереднього. Витрата ЕІ, з урахуванням підрізування, становить (І ≈ 1,6 мм). Стандартного ЕІ діаметром 0,2 мм і робочою довжиною 300 мм (загальна довжина стандартного ЕІ становить 400 мм, 100 мм відстань між деталлю і механізмом захоплення і подач ЕІ) вистачає на обробку 187 отворів; tподр = 0,75 хв - час підрізування, що включає в себе висновок ЕІ з прошитого отвору, його переміщення в положення «підрізування», час визначення положення правлячого елементу (виконаного з 61 тугоплавкого матеріалу), підведення ЕІ на робочий зазор, процес підрізування ЕІ , висновок ЕІ з прошитого отвори в результаті підрізування, переміщення ЕІ в положення прошивки наступного отвори. При проведенні даної операції ЕІ «підрізає» на величину, що дорівнює сумі глибини отвору і величини калібрування. Операція підрізування необхідна для усунення конусності ЕІ, що виникла в процесі прошивки отвори. Оперативне час операції виготовлення масиву з 581 отвори становить tоп = 893,08 хв і визначається за виразом: ��оп = 581 ∙ ��м + ��в = 418,32 + 474,76 = 893,08 хв. (3.3) З наведеного вище виразу видно, що при одноелектродній обробці допоміжне час перевищує машинне. При багатоелектродній обробці масиву з 581 отвори вираз для розрахунку допоміжного часу набуває вигляду: ��в = ��вку + ��рз = 6,72 хв, (3.4) що значно скорочує оперативний час. При накладенні на процес багатоелектродної прошивки УЗ коливань (Fуз = 22 кГц, А = 10 мкм) машинний час обробки масиву з 581 отворів при оптимальних режимах обробки (U = 120 В, τі = 1 мкс, Wі = 1,2 мДж, f = 44 кГц) становить tм = 40,3 хв. Оперативний час операції виготовлення масиву з 581 отворів багатоелектродною обробкою становить tоп = 47,32 хв, що більш ніж в 20 разів нижче, ніж при одноелектродній обробці. 3.6.3 Інструмент для багатоелектродної прошивки Виходячи з площі прохідного перетину фільтра, за погодженням із замовником для апробації технології, був розроблений фільтр з отворами ромбоподібного перетину зі сторонами 0,25 мм і кутами при вершинах 65,48º і 114,52º. Для даного фільтра був розроблений спеціальний ЕІ, представлений на Рис. 3.15. 62 Рис. 3.15 - Креслення спеціального ЕІ ЕІ виготовлявся з прутка Ø 11 мм на дрото-вирізному електроерозійному верстаті СВЕІ-1, з використанням електрода-дроту Ø 0,15 мм. Після дрото- вирізній операції на слюсарної операції необхідно видалити периферійні електроди неповного ромбоподібного профілю. При виготовленні та експлуатації даного ЕІ виявилися наступні недоліки. Оперативне час виготовлення спеціального ЕІ (з латуні Л63 ГОСТ 2060-90) на електроерозійному верстаті СВЕІ-1 становить 342 хв. Після електроерозійної дрото-вирізній операції є трудомістка слюсарна операція, яка потребує працівника високої кваліфікації і займає 30 хв. Для виготовлення спеціального ЕІ необхідний додатковий дрото- вирізний електроерозійний верстат (на додаток до електроерозійних прошивочно верстата, призначеного для виготовлення фільтра). Довжина електродів становить 4,5 мм. При збільшенні довжини електродів через внутрішньої напруги після електро-ерозійної дрото-вирізної операції деякі електроди загинаються, а масив електродів в цілому втрачає свою жорсткість, необхідну для забезпечення точності розташування отворів. 63 3.6.4 Результати дослідження технології У процесі апробації технології електроерозійної прошивки масиву з 581 отвори з накладенням УЗ поля виявлені оптимальні режими обробки. В якості робочої рідини в результаті експериментальних досліджень, обраний гас. Дана робоча рідина має більшу, ніж вода проникаючу здатність. Розроблено методику визначення ефективної амплітуди УЗ коливань. Величина амплітуди УЗ коливань не повинно перевищувати величину робочого зазору. Так, як на УЗ генераторі УЗГ-2-22 МС амплітуда регулюється подачею величини напруги на УЗ перетворювач і не виражена в явному вигляді, то її ефективна величина визначається наступним чином. ЕІ підводиться до деталі на відстань робочого зазору (20 мкм). Чи включається УЗ генератор. якщо амплітуда УЗ коливань перевищує величину робочого зазору, то в програмі управління верстатом ЕПП-8 з'являться імпульси КЗ. Необхідно відрегулювати амплітуду УЗ коливань таким чином, щоб такі імпульси не виникали. При прошивці масиву з 581 отвори з амплітудою УЗ коливань, що перевищує величину робочого зазору, відбувається «ковзання» електродів по поверхні деталі. В результаті відбувається розбивка і хаотичне зміщення розташувань отворів відносно один одного (Рис. 3.16). Експериментальні дослідження проводились з використанням ЕІ, виготовлення з вольфраму, міді та латуні. При використанні вольфрамового ЕІ спостерігалося крихке руйнування («відламування») електродів і, як результат брак деталі (Рис. 3.17). Щоб уникнути браку деталі ЕІ необхідно виготовляти з більш пластичних матеріалів (латунь, мідь). При використанні міді спостерігався більший знос, в порівнянні з латунним ЕІ. За результатами досліджень для даної операції рекомендований ЕІ, виготовлений з латуні. 64 Рис. 3.16 - Хаотичне зміщення отворів Рис. 3.17 – Електрод, що зламався в отворі В результаті проведених експериментальних досліджень була відпрацьована технологія прошивки масиву з 581 отворів ЕЕО з накладенням УЗ коливань. На Рис. 3.18 представлені фотографії «входу» і «виходу» отворів в масиві. Рис. 3.18 – Фотографії масиву отворів: а) з боку входу інструменту; б) з боку виходу інструменту 65 На рис. 3.19 представлений поздовжній розріз фільтра. Конусність прошитих отворів, при величині калібрування 1 мм, не перевищує 5 мкм. Рис. 3.20 - Поздовжній розріз фільтра Можна зробити висновок, що накладення УЗ коливань на процес ЕЕО масиву з 581 отвори багатоелектродним інструментом призводить до значного збільшення продуктивності і зниження трудомісткості із забезпеченням заданої кресленням точності виробу. 66 Висновок до розділу 3 У цьому розділі проведено комплекс експериментальних досліджень, спрямованих на кількісну оцінку впливу ультразвукового поля на технологічні показники електроерозійної прошивки мікроотворів і відпрацювання технології виготовлення масиву отворів у деталі типу фільтр. Основні результати можна сформулювати так: Уточнено значення питомої ерозії для сталі 12Х18Н10Т за умов імпульсної електроерозійної обробки; отримане значення ���� знаходиться в узгодженні з даними літератури для аустенітних сталей [1, 2, 11, 33–37]. Виявлено, що накладання ультразвукового поля на процес електроерозійної прошивки отворів забезпечує зниження машинного часу обробки до 20–30 % для глибоких мікроотворів за раціонально обраних параметрів режиму (порядку τі = 2,1 мкс, f = 5 кГц, U = 200 В Запропоновано й обґрунтовано модель інтенсифікації течії ЗОР у кільцевому міжелектродному проміжку, у якій ключову роль відіграють акустичні кавітаційні явища й формування кавітаційного сектора, що локалізує область максимального винесення продуктів ерозії. Проведено порівняння розрахункового часу обробки (на основі питомої ерозії й енергії імпульсів) з експериментально виміряними значеннями; отримано прийнятну розбіжність, що не перевищує ≈20 %, що підтверджує адекватність запропонованих теоретичних уявлень. Встановлено, що ультразвукові коливання підвищують стабільність процесу: розсіювання значень машинного часу істотно зменшується, а кількість «непродуктивних» імпульсів (холостий хід, коротке замикання) скорочується. На основі отриманих результатів розроблено й відпрацьовано технологію виготовлення 580 отворів у деталі типу фільтр зі сталі 12Х18Н10Т, що забезпечує необхідну точність розмірів і взаємного розташування отворів за одночасного зниження трудомісткості операції та підвищення її надійності. 67 Розділ 4 Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях 4.1 Безпека при експлуатації ультразвукової установки Для дослідження технологічних характеристик ЕЕО проводили прошивку наскрізних отворів на верстаті ЕПП-8. При оцінці впливу УЗ поля використовували коливання з частотою 20 кГц і амплітудою 5 ... 10 мкм. Під впливом ультразвукових коливань виникають виражені зрушення в стані нервової, серцево-судинних, дихальних, ендокринних системах організму, обміні речовин і терморегуляції; Ультразвукова енергія при контактному або повітряному її застосуванні здатна проникати через покриви людини і створювати біологічну дію: поверхневе підвищення температури тканин організму на 5-6оС; розпад рідин організму на компоненти; прискорює обмін речовин; кавітація – виникнення в середині тканин організму порожнин і мікророзривів. Гігієнічна оцінка умов праці у разі дії ультразвуку Визначення класу умов праці при впливі на працівників ультразвуку, контроль за рівнями ультразвуку та його оцінка здійснюються згідно з Санітарними нормами виробничого шуму, ультразвуку та інфразвуку, затвердженими постановою Головного санітарного лікаря України від 01 грудня 1999 року № 37 (далі - ДСН 3.3.6.037-99). Таблиця 4.1 Санітарні норми ультразвуку Середньогеометричні частоти Рівень звукового тиску, третьооктавних смуг, кГц дБ 12,5 80 16,0 90 20,0 100 25,0 105 31,5-100,0 110 Ступінь шкідливості умов праці при дії на працівників ультразвуку залежно від величин перевищення нормативів встановлюється відповідно до ДСаНПіН від 69 08.04.2014 р. № 248 «Гігієнічна класифікація праці за показниками шкідливості та небезпечності факторів виробничого середовища, важкості та напруженості трудового процесу»". Таблиця 4.2 Класи умов праці залежно від рівня ультразвуку на робочому місці Класи умов праці Назва фактору, показника, одиниці виміру допустимий шкідливий небезпечний 2 3.1 3.2 3.3 3.4 4 УЛЬТРАЗВУК ПОВІТРЯНИЙ: рівні звукового тиску в октавних (1/3 ≤ГДР* 10 20 30 40 >40 октавних) смугах частот, дБ УЛЬТРАЗВУК КОНТАКТНИЙ: логарифмічний рівень пікового ≤ГДР* 5 10 15 20 >20 значення віброшвидкості, дБ * Відповідно до ДСН 3.3.6.037-99. Ступінь шкідливості та небезпечності умов праці при дії цих факторів встановлюється з урахуванням їх часових характеристик (повітряний та/або контактний ультразвук). Гігієнічна оцінка умов праці при дії повітряного ультразвуку (з частотами коливань у діапазоні від 12,5 до 100 кГц ) здійснюється за результатами вимірів рівня звукового тиску (в дБ) в нормованих смугах із середньогеометричними частотами, що охоплюють робочу частоту джерела ультразвукових коливань. Гігієнічна оцінка умов праці при дії контактного ультразвуку здійснюється за результатами вимірів пікового значення логарифмічного рівня віброшвидкості (дБ) на робочій частоті джерела ультразвукових коливань. При одночасній дії контактного та повітряного ультразвуку граничнодопустимий рівень (ГДР) контактного ультразвуку слід приймати на 5 дБ нижче вказаного в ДСН 3.3.6.037-99. 4.2 Вимоги безпеки до електропроводки у виробничих приміщеннях 70 Допустимі тривалі струми на проводи і кабелі електропроводок повинні прийматися згідно з урахуванням температури навколишнього середовища і способу прокладання. Перерізи струмопровідних жил проводів і кабелів в електропроводках повинні бути не менше наведених в табл. 4.1. У сталевих та інших механічних міцних трубах, рукавах, коробах, лотках і замкнутих каналах будівельних конструкцій будівель допускається сумісне прокладання проводів і кабелів (за винятком взаєморезервованих): 1.Усіх кіл одного агрегату 2.Силових і контрольних кіл декількох машин, панелей, щитків, пультів тощо, пов’язаних технологічним процесом. 3.Ланцюгів, що живлять складний світильник. 4.Кіл декількох груп одного виду освітлення (робочого або аварійного) із загальним числом проводів у трубі не більше восьми. 5.Освітлювальних кіл 42В з колами вище 42В за умови укладання проводів кіл до 42В в окрему ізоляційну трубу. В одній трубі, рукаві, коробі, пучку, замкнутому каналі будівельної конструкції або на одному лотку забороняється сумісне прокладання взаєморезервованих кіл, кіл робочого і аварійного евакуаційного освітлення, а також кіл до 42В з колами вище 42В. Прокладення цих кіл допускається лише в різних відсіках коробів і лотків, що мають суцільні продовжні перегородки з межею вогнестійкості не менше 0,25 год. З вогнетривкого матеріалу. Допускається прокладення кіл аварійного (евакуаційного) і робочого освітлення з різних зовнішніх боків профілю (швелера, кутика тощо). У кабельних спорудах, виробничих приміщеннях і електроприміщеннях для електропроводок слід застосовувати проводи і кабелі з оболонками тільки з важко спалимих або вогнетривких матеріалів, а незахищені проводи – з ізоляцією тільки з важко спалимих або вогнетривких матеріалів. При змінному або випрямленому струмі прокладання фазних і нульового (або прямого і зворотного) провідників у сталевих трубах або в ізоляційних трубах зі сталевою оболонкою повинно здійснюватися в одній спільні трубі. Допускається прокладати фазний і нульовий 71 робочий (або прямий і зворотний) провідники в окремих сталевих трубах або в ізоляційних трубах зі сталевою оболонкою, якщо тривалий струм навантаження в провідниках не перевищує 25А. При прокладанні проводів і кабелів у трубах, глухих коробах, гнучких металевих рукавах і замкнутих каналах має бути забезпечено можливість заміни проводів і кабелів. Конструктивні елементи будівель і споруд, замкнуті канали і пустоти, які використовуються для прокладання проводів і кабелів, повинні бути неспалимими. З`єднання і відгалуження проводів і кабелів, за винятком проводів, прокладених на ізолювальних опорах, повинні виконуватись в з’єднувальних і відгалужувальних стискачів, у спеціальних нішах будівельних конструкцій, усередині корпусів електроустановочних виробів, апаратів і машин. Таблиця 4.3 Найменші перерізи струмопровідних жил проводів і кабелів в електропроводках Провідники Переріз жил, мм2 мідних алюмінієвих Кабелі для приєднання переносних і пересувних електроприймачів у 0,75 - промислових установках Скручені двожильні проводи з багатодротовими жилами для стаціонарного 1 - прокладаннях на роликах Незахищені ізоляційні проводи для стаціонарної електропроводки у середині приміщень: - безпосередньо по основах, на роликах, клицях і тросах 1 2,5 - на лотках, у коробах (крім глухих): - для жил, що приєднуються до гвинтових притискачів 1 2 - для жил, що приєднуються паянням: - однодротових 0,5 - - багатодротових (гнучких) 0,35 - - на ізоляторах 1,5 4 Незахищені ізольовані проводи в зовнішніх електропроводках: - по стінах, конструкціях або опорах на ізоляторах; 2,5 4 вводи від повітряної лінії - під навісами на роликах 1,5 2,5 Кабелі та захисні ізольовані проводи для стаціонарної електропроводки ( без труб, рукавів і глухих коробів): - для жил, що приєднуються до гвинтових притискачів 1 2 - для жил, що приєднуються паянням: - однодротових 0,5 - - багатодротових ( гнучких) 0,35 - Незахищені та захищені ізольовані проводи і кабелі в трубах, металевих 1 2 рукавах і глухих коробах Захищені та незахищені проводи і кабелі, що прокладаються в замкнутих 1 2 72 каналах або замонолічено ( у будівельних конструкціях або штукатуркою) При прокладенні на ізолювальних опорах з`єднання або відгалуження проводів слід виконувати безпосередньо біля ізолятора, клиці або на них, а також на ролику. Металеві елементи електропроводок (конструкції, короби, лотки, труби, короби, рукави, скоби тощо) повинні бути захищені від корозії відповідно до умов навколишнього середовища. Електропроводки мають бути виконані з урахуванням можливих переміщень їх у місцях перетинів з температурними і осадовими швами. 4.3 Вибір виду електропроводки, вибір проводів і кабелів і способу їх прокладання Електропроводка повинна відповідати умовам навколишнього середовища, призначенню і цінності споруд, їх конструкції та архітектурним особливостям. При виборі електропроводки і способу прокладання проводів і кабелів повинні враховуватися вимоги електробезпеки та пожежної безпеки. Вибір видів електропроводки, вибір проводів і кабелів та способу їх прокладання слід здійснювати відповідно до табл. 4.2. За наявності одночасно двох або більше умов, що характеризують навколишнє середовище, електропроводка повинна відповідати всім цим умовам. Оболонки та ізоляція проводів і кабелів, що застосовуються в електропроводках, повинні відповідати способу прокладання і умовам навколишнього середовища. Ізоляція, крім того, має відповідати номінальній напрузі мережі. Нульові робочі провідники повинні мати ізоляцію, рівноцінну ізоляції фазних провідників. У виробничих нормальних приміщеннях допускається використання сталевих труб і тросів відкритих електропроводок, а також металевих корпусів відкрито встановлених струмопроводів, металевих конструкцій будівель, конструкцій виробничого призначення (наприклад, ферми, 73 колони, підкранові шляхи) і механізмів, як один з робочих провідників лінії в мережах з напругою 42В. при цьому мають бути забезпечені безперервність і достатня провідність цих провідників, видимість і надійне зварювання стиків. Використання вище зазначених конструкцій, як робочого провідника не допускається, якщо конструкції розташовуються безпосередньо близько від спалимих частин будівель або конструкцій. Прокладка проводів і кабелів, труб і коробів з проводами та кабелями за умовами пожежної безпеки має задовольняти вимогам табл. 4.3. При відкритій прокладці захищених проводів (кабелів) з обмотками зі спалимих матеріалів і незахищених проводів відстань у просвіті від проводу (кабелю) до поверхні підстав, конструкцій, деталей зі спалимих матеріалів повинно складати не менше 10 мм. При неможливості забезпечити вказану відстань дріт (кабель) слід відокремлювати від поверхні шаром вогнетривкого матеріалу, виступаючим з кожного боку проводу (кабелю) не менше чим на 10 мм. У кранових прогонах незахищені ізольовані проводи слід прокладати на висоті не менше 2,5 м від рівня площадки візка крана (якщо площадка розташована вище настилу моста крана) або від настилу моста крана (якщо настил розташований вище площадки візка). Якщо це неможливо, то повинні бути виконані захисні пристрої для оберігання персоналу, який знаходиться на візку і мосту крана, від випадкового дотику до проводів. Висота відкритої прокладки захищених ізольованих проводів, кабелів, а також проводів і кабелів у трубах, коробах зі ступенем захисту не нижче ІР20, у гнучких металевих рукавах від рівня підлоги або площадки обслуговування не нормується. Таблиця 4.2 Вибір видів електропроводок, способів прокладки проводів і кабелів Умови Вид електропроводки і Проводи і навколишнього Спосіб прокладки кабелі середовища Відкриті електропроводки Сухі та вологі На роликах і клицях Незахищені одножильні 74 приміщення проводи Сухі Те ж саме Скручені двожильні приміщення проводи Приміщення всіх На ізоляторах, а також на роликах, призначених для Незахищені одножильні видів і зовнішні застосування в сирих місцях. У зовнішніх установках проводи установки ролики для сирих місць (великих розмірів) допускається застосовувати тільки в місцях, де виключена можливість безпосереднього попадання на електропроводку дощу або снігу( під навісами) Зовнішні Безпосередньо по поверхні стін, стель і на струнах , Кабель у неметалевій і установки смугах та інших несучих конструкціях металевій оболонках Приміщення всіх Те ж саме Незахищені та захищені видів одно- і багато жильні проводи. Кабелі в неметалевих та металевих оболонках Приміщення всіх На лотках і коробах з кришками, що відкриваються Те ж саме видів і зовнішні установки Продовження таблиці 4.2 Приміщення всіх На тросах Спеціальні проводи з видів і зовнішні несучим тросом. установки Незахищені та захищені (тільки одно- та багато жильні спеціальні проводи. Кабелі в проводи з неметалевій і металевій несучим тросом оболонках для зовнішніх установок або кабелі) Приховані електропроводки Приміщення всіх У неметалевих трубах зі спалимих матеріалів (не само Незахищені та захищені, видів і зовнішні загасаючий поліетилен тощо). У замкнутих каналах одно- і багатожильні установки будівельних конструкцій. Під штукатуркою. проводи. Кабелі в Виняток: неметалевій оболонці 1. забороняється застосування ізоляційних труб із металевою оболонкою в сирих, особливо сирих приміщеннях і зовнішніх установках 2. забороняється застосування сталевих труб і сталевих глухих коробів із товщиною стінки 2мм і менше в сирих, особливо сирих приміщеннях і зовнішніх установках Сухі, вологі та Замонолічено в будівельних конструкціях при їх Незахищені проводи сирі приміщення виготовленні Відкриті й приховані електропроводки Приміщення всіх У металевих гнучких рукавах. У сталевих трубах Незахищені та захищені видів і зовнішні (звичайних і тонкостінних) і глухих сталевих коробах. одно- і багатожильні установки У неметалевих трубах і неметалевих глухих коробах із проводи. Кабелі в важко спалимих матеріалів. У ізоляційних трубах з неметалевій оболонці металевою оболонкою Таблиця 4.3 Вибір видів електропроводок і способів прокладки проводів і кабелів 75 за умовами пожежної безпеки Вид електропроводки і спосіб прокладки по основах і конструкціях Проводи і кабелі Зі спалимих матеріалів З вагнетривких або важко спалимих матеріалів Відкриті електропроводки На роликах, ізоляторах або з Безпосередньо Незахищені підкладкою вогнетривких проводи; захищені матеріалів1 проводи і кабелі в оболонці зі спалимих матеріалів Безпосередньо -----«»----- Захищені проводи і кабелі в оболонці з вогнетривких і важко спалимих матеріалів Продовження таблиці 4.3 У трубах і коробах з У трубах і коробах з важко Незахищені та захищені вогнетривких матеріалів спалимих і вогнетривких проводи і кабелі в матеріалів оболонці зі спалимих, важко спалимих матеріалів Приховані електропроводки З підкладкою вогнетривких Безпосередньо Незахищені проводи; матеріалів1 і подальшим захищені проводи і кабелі оштукатурюванням або в оболонці зі спалимих захистом з усіх боків матеріалів суцільним шаром інших вогнетривких матеріалів З підкладкою вогнетривких -----«»----- Захищені проводи і матеріалів1 кабелі в оболонці з важко спалимих матеріалів Безпосередньо -----«»----- Те ж саме з вогнетривких У трубах і коробах з важко У трубах і коробах: зі Незахищені проводи і спалимих матеріалів – з спалимих матеріалів – кабелі в оболонці зі підкладкою під труби і короби замонолічено, в борознах спалимих, важко вогнетривких матеріалів1 і тощо,у спеціальному шарі спалимих і вогнетривких подальшим вогнетривких матеріалів3 матеріалів заштукатурюванням2 Те ж саме з вогнетривких Те ж саме з важко спалимих матеріалів - безпосередньо вогнетривких матеріалів - безпосередньо 1 Підкладка з вогнетривких матеріалів пповинна виступати з кожного боку проводу,кабелю, труби або короба не менше ніж на10 мм. 2 Заштукатурювання труби здійснюється суцільним шаром штукатурки, алебастру тощо, завтовшки не менше 10 мм над трубою. 3 Суцільним шаром вогнетривкого матеріалу навколо труби (короба) може бути шар штукатурки, алебастрового, цементного розчину або бетону завтовшки не менше 10 мм. 76 У кранових прогонах незахищені ізольовані проводи слід прокладати на висоті не менше 2,5 м від рівня площадки візка крана (якщо площадка розташована вище настилу моста крана) або від настилу моста крана (якщо настил розташований вище площадки візка). Якщо це неможливо, то повинні бути виконані захисні пристрої для оберігання персоналу, який знаходиться на візку і мосту крана, від випадкового дотику до проводів. Висота відкритої прокладки захищених ізольованих проводів, кабелів, а також проводів і кабелів у трубах, коробах зі ступенем захисту не нижче ІР20, у гнучких металевих рукавах від рівня підлоги або площадки обслуговування не нормується. При перетині незахищених і захищених проводів і кабелів з трубопроводами відстані між ними у просвіті повинні бути не менше 50 мм, а з трубопроводами, що містять горючі або легкозаймисті рідини і гази, - не менше 100 мм. При відстані від проводів і кабелів до трубопроводів менше 250 мм проводи і кабелі мають бути додатково захищені від механічних пошкоджень на довжині не менше 250 мм у кожен бік від трубопроводу. При перетині з гарячими трубопроводами проводи і кабелі мають бути захищені від впливу високої температури або повинні мати відповідне виконання. У коробах проводи і кабелі допускається прокладати багатошарово з упорядкованим і довільним (розсипом) взаємним розташуванням. Сума перерізів проводів і кабелів, розрахованих за їх зовнішніми діаметрами, включаючи ізоляцію і зовнішні оболонки, не повинна перевищувати: для гнучких коробів 35% перерізів короба у просвіті; для коробів із кришками, що відкриваються, 40%. У сухих не запилених приміщеннях, у яких відсутні пари і гази, що негативно впливають на ізоляцію і оболонку проводів і кабелів, допускається з`єднання труб, коробів і гнучких металевих рукавів без ущільнення. З`єднання труб, коробів і гнучких металевих рукавів між собою, а також із коробами, корпусами електроустаткування тощо має бути виконане: 77 - у приміщеннях, які містять пари або гази, що негативно впливають на ізоляцію або оболонки проводів і кабелів, у зовнішніх установках і в місцях, де можливе попадання в труби, короби і рукави мастила, води або емульсії, - з ущільненням; короби в цих випадках мають бути з суцільними стінками та - з ущільненими суцільними кришками або глухими, роз`ємні короби – з ущільненнями в місцях рознімання, а гнучкі металеві рукави – герметичними; - у запилених приміщеннях – з ущільненням з`єднань і відгалужень труб, рукавів і коробів для захисту від пилу. 4.4 Зовнішні електропроводки Незахищені ізольовані проводи зовнішньої електропроводки мають бути розташовані так, щоб вони були недоступні для дотику з місць, де можливе часте перебування людей (наприклад, балкон, ганок). Від зазначених місць ці проводи, прокладені відкрито по стінах, повинні знаходитися на відстані не менше, м: При горизонтальному прокладанні: під балконом, ганком, а також над дахом промислової будівлі…....2,5 над вікном…………………………………………………………..….0,5 під балконом …………………………………………………………..1,0 під вікном (від підвіконня)……………………………………….…...1,0 При вертикальному прокладанні до вікна…………………………..0,75 Те ж саме, але до балкона……………………………………………...1,0 Від землі…………………………………………………………..……2,75 При підвішуванні проводів на опорах біля будівель відстані від проводів до балконів і вікон мають бути не менше 1,5 м при максимальному відхиленні проводів. Зовнішня електропроводка по дахах житлових, громадських будівель і видовищних підприємств не допускається , за винятком вводів у будівлі (підприємства) і відгалуження до цих вводів. Незахищені ізольовані проводи зовнішньої електропроводки відносно дотику слід розглядати, як неізольовані. 78 Відстань від проводів, що перетинають пожежні проїзди і шляхи для перевезення вантажів, до поверхні землі (дороги) в проїжджій частині повинні бути не менше 6 м, у непроїжджій частині – не менше 3 м. відстані між проводами повинні бути: при прогоні 6 м – не менше 0,1 м, при прогоні більше 6 м – не менше 0,15 м. Відстані від проводів до стін і опорних конструкцій повинні бути не менше 50 мм. Вводи в будівлі рекомендується виконувати крізь стіни в ізоляційних трубах так, щоб вода не могла накопичуватися в проводі і проникати всередину будівлі. Відстань від проводів перед вводом і проводів вводу до поверхні землі повинна бути не менше 2,75 м. Відстань між проводами біля ізоляторів вводу, а також від проводів до виступаючих частин будівлі (звиси даху тощо) має бути не менше 0,2 м. Вводи допускається виконувати крізь дахи в сталевих трубах. При цьому відстань по вертикалі від проводів відгалуження до вводу проводів вводу, до покрівлі має бути не менше 2,5 м. Для будівель невеликої висоти (торгівельні павільйони, кіоски, будівлі контейнерного типу, пересувні будки, фургони тощо), на дахах яких виключено перебування людей, відстань у просвіті від проводів відгалужень до вводу і проводів вводу до даху допускається приймати не менше 0,5 м. При цьому відстань від проводів до поверхні землі має бути не менше 2,75 м. 79 Висновок до розділу 4 В даному розділі була визначена безпека при експлуатації ультразвукової установки, вимоги безпеки до електропроводки у виробничих приміщеннях та встановлено вплив на людину ультразвукових коливань, а саме під впливом ультразвукових коливань виникають виражені зрушення в стані нервової, серцево-судинних, дихальних, ендокринних системах організму, обміні речовин і терморегуляції 80 Загальний висновок У кваліфікаційній роботі магістра виконано дослідження процесу електроерозійного прошивання мікроотворів з накладанням ультразвукового поля, розв’язано поставлені завдання та досягнуто поставленої мети – підвищення ефективності технологічної операції прошивки мікроотворів шляхом раціонального вибору параметрів режиму обробки та удосконалення умов видалення продуктів ерозії з міжелектродного проміжку. На основі проведених теоретичних та експериментальних досліджень отримано такі основні результати. Проаналізовано сучасні методи формування малих та мікроотворів у конструкційних матеріалах, зокрема механічні, лазерні, електрохімічні, електроерозійні та комбіновані процеси. Показано доцільність використання електроерозійної прошивки мікроотворів у корозійностійкій сталі 12Х18Н10Т із накладанням ультразвукового поля як технології, що забезпечує поєднання високої точності, стабільності розмірів і прийнятної продуктивності. Побудовано узагальнену теоретичну модель процесу електроерозійної прошивки отворів малого діаметра з урахуванням осциляційного характеру течії змазувально-охолоджувальної рідини в кільцевому міжелектродному проміжку. Показано, що накладання ультразвукових коливань змінює профіль швидкості потоку, може викликати зони зворотної течії та підвищує середню швидкість руху робочої рідини, що сприяє інтенсифікації видалення продуктів ерозії. Досліджено методику оцінки питомої ерозії на основі аналізу геометрії одиничних ерозійних лунок. Для опису форми лунок використано моделі кульового сегмента та половини еліпсоїда, виконано порівняння цих моделей і обрано варіант, що забезпечує мінімальну розбіжність із експериментальними даними. На основі виміряного об’єму лунок та енергії імпульсів визначено коефіцієнт питомої ерозії для сталі 12Х18Н10Т у прийнятих режимах електроерозійної обробки. Встановлено закономірності впливу основних параметрів режиму (тривалість імпульсу, частота проходження імпульсів, енергія імпульсу, глибина та діаметр отвору) на машинний час обробки й частоту робочих імпульсів при традиційній 81 електроерозійній прошивці та при електроерозійній обробці з накладанням ультразвукового поля. Показано, що ефект від ультразвукового впливу зростає зі збільшенням глибини та зі зменшенням діаметра отвору. Доведено, що застосування ультразвукового поля в процесі електроерозійної прошивки мікроотворів забезпечує зниження машинного часу обробки глибоких мікроотворів у сталі 12Х18Н10Т у середньому на 20–30 % порівняно з традиційним режимом за раціонально підібраних параметрів імпульсів. Показано, що при цьому зростає частка «корисних» імпульсів (які супроводжуються ерозією матеріалу) та зменшується кількість імпульсів холостого ходу й коротких замикань. Встановлено, що накладання ультразвукового поля підвищує стабільність процесу прошивки: статистичний аналіз результатів серійних дослідів показав зменшення розсіювання машинного часу та підвищення відтворюваності результатів. Це свідчить про вирівнювання умов у міжелектродному проміжку та зниження чутливості процесу до випадкових коливань параметрів. Запропоновано якісну модель інтенсифікації течії робочої рідини в кільцевому міжелектродному проміжку, що враховує формування кавітаційного кластера й кавітаційного сектора в зоні дії ультразвукового поля. Показано, що поєднання імпульсного електроерозійного процесу з локалізованою акустичною кавітацією сприяє активному відриву й виносу продуктів ерозії з дна ерозійних лунок і глибини отвору. На основі отриманих результатів розроблено й відпрацьовано технологію виготовлення масиву з 580 отворів діаметром 0,25+0,05 мм у деталі типу «фільтр» зі сталі 12Х18Н10Т. Показано, що застосування електроерозійної прошивки з накладанням ультразвукового поля дозволяє забезпечити потрібну точність розмірів і взаємного розташування отворів, прийнятну шорсткість поверхні та суттєве зниження трудомісткості операції. Проведено аналіз та запропоновано заходи з охорони праці та безпеки в надзвичайних ситуаціях при експлуатації обладнання для електроерозійної обробки, що забезпечують дотримання вимог чинних нормативних документів і 82 підвищують рівень безпеки персоналу. 83 Список використаної літератури 1. Jameson E.C. Electrical Discharge Machining. – Dearborn: Society of Manufacturing Engineers, 2001.books.google.com.ua+1 2. Kunieda M., Lauwers B., Rajurkar K.P., Schumacher B. Advancing EDM through fundamental insight into the process // CIRP Annals. – 2005. – Vol. 54, No. 2. – P. 64–87.etasr.com+1 3.McGeough J.A. Advanced Methods of Machining. – 2nd ed. – London: Chapman & Hall, 1988.AbeBooks UK 4. El-Hofy H. Advanced Machining Processes: Nontraditional and Hybrid Machining Processes. – New York: McGraw-Hill, 2005.Google Книги 5. Jain V.K. Advanced Machining Processes. – New Delhi: Allied Publishers, 2007.Scribd 6. Кіяновський М.В., Цивінда Н.І. Електрофізичні та електрохімічні методи обробки поверхонь деталей у машинобудуванні: навч. посіб. – Кривий Ріг: Вид. центр КТУ, 2011. – 412 с.tm-mmi.kpi.ua+1 7. Головко Л.Ф., Блощицин М.С. Електро-фізико-хімічні методи обробки матеріалів: курс лекцій. – К.: НТУУ «КПІ», 2019. – 68 с.km.kpi.ua 8. Ключников Ю.В. та ін. Електрофізичні та електрохімічні методи обробки. Лабораторний практикум: навч. посіб. – Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2024.ELAKPI+1 9.Мережко Н.В., Зіміна Н.К., Сіренко С.О., Сім’ячко О.І. Сучасні технології обробки конструкційних матеріалів: підручник. – Хмельницький, 2024.Кафедра Профосвіти 10. Клименко В.М. Технологія конструкційних матеріалів: підручник. – Вінниця: ВНТУ, 2008.PDF библиотека VNTU 11. Yu Y. et al. A review of advances in electrical discharge machining: From flow field to multi-physics coupled simulations // Results in Engineering. – 2025. – Vol. 27. – Art. 106631.DOAJ+1 12. Sun Y. et al. Review on role of electrical discharge drilling methods in fabricating micro holes // Archives of Civil and Mechanical Engineering. – 2024.ResearchGate+1 13.Mao X. et al. The state of the art of electrical discharge drilling: a review // Int. J. Adv. Manuf. Technol. – 2022.SpringerLink+1 14.Wang R. et al. Simulation of Flow Field and Experimental Study on EDM Drilling Micro-Holes with Renewable Dielectrics // Micromachines. – 2025. – 16(2):314.MDPI 15. Zhao Y. et al. Electrical discharge–mechanical hybrid drilling of micro-holes in CFRP laminates // Int. J. Machine Tools and Manufacture. – 2025.Advances in Engineering+1 16. Cao Y. et al. Improving micro-hole processing in SiCf/SiC composites via hybrid drilling // Micromachines. – 2025.MDPI 84 17. Liew P.J., Yan J., Kuriyagawa T. Fabrication of deep micro-holes in RB-SiC by ultrasonic cavitation assisted micro-EDM // Int. J. Machine Tools and Manufacture. – 2014. – Vol. 76. – P. 13–20.etasr.com 18. Singh P., Yadava V., Narayan A. Parametric study of ultrasonic-assisted hole sinking micro-EDM of titanium alloy // Int. J. Adv. Manuf. Technol. – 2018. – 94(5–8).etasr.com 19. Sundaram M.M., Pavalarajan G.B., Rajurkar K.P. A study on process parameters of ultrasonic assisted micro-EDM based on Taguchi method // J. Mater. Eng. Perform. – 2008. – 17(2).etasr.com 20. Xu J., Xia S., Yu P., Li M. Multi-objective parameter optimization of ultrasonic vibration–assisted micro-EDM of Ti-6Al-4V alloys // Journal of Vibration and Control. – 2024. – 30(7–8):1818–1828.SAGE Journals+1 21. Hou S., Bai J. A novel ultrasonic vibration-assisted micro-EDM method to improve debris removal performance using relative three-dimensional ultrasonic vibration (RTDUV) // Int. J. Adv. Manuf. Technol. – 2023. – 127:5711–5727.etasr.com+1 22. Xing Q. et al. Effects of processing parameters on processing performances of ultrasonic vibration-assisted micro-EDM // Int. J. Adv. Manuf. Technol. – 2021.ResearchGate+1 23. Ichikawa T. Study on machining characteristics of ultrasonic vibration assisted micro-EDM // Advanced Materials Research. – 2012. – Vols. 217–219. – P. 2163–2167.scientific.net 24.Wang H.B. et al. An ultrasonic vibration assisted electrical discharge machining device with workpiece vibration // Journal of Applied Science and Engineering. – 2021. – 24(1).jase.tku.edu.tw+1 25. Dinh V.T. et al. Ultrasonic EDM for External Cylindrical Surface Machining with Graphite Electrodes: Horn Design and Hybrid NSGA-II–AHP Optimization of MRR and Ra // Machines. – 2025. – 13(8):675.MDPI 26. Zhang P. et al. Experimental research and multi-objective optimization of ultrasonic vibration–assisted EDM for Ti-6Al-4V micro-holes // Int. J. Adv. Manuf. Technol. – 2023.etasr.com 27. Yu P. et al. Ultrasonic Vibration-Assisted Micro-Electrical Discharge Machining of C/SiC Composites // Micromachines. – 2025. – 16(11):1257.MDPI+1 28. Shabgard M.R. et al. Comparative study and mathematical modeling of machining parameters in ultrasonic-assisted EDM of AISI H13 tool steel // Advanced Materials Research. – 2010.ResearchGate 29. Yang C.H. et al. Ultrasonic Vibration-Assisted Electrochemical Discharge Machining of Quartz Wafer Micro-Hole Arrays // Processes. – 2023. – 11(12):3300.ResearchGate+1 30. Prakash A. et al. Micro hole processing using electro-chemical discharge machining // J. Adv. Mech. Design, Systems, and Manufacturing. – 2012. – 6(6).J-STAGE 85 31. Guo C. et al. Ultrasonic-Assisted Electrochemical Discharge Grinding and Broaching for Machining Quartz Square Microholes // Micromachines. – 2023. – 14(4):786.ResearchGate 32. Tianyu G. et al. Electrochemical discharge machining for fabricating holes in non-conductive materials: A review // Micromachines. – 2021. – 12(9):1057.jamstjournal.com 33. Liu Y. et al. Experimental study on electrode wear of diamond-nickel coated electrode in EDM small hole machining // Advances in Materials Science and Engineering. – 2019.ResearchGate 34. Dong Y. et al. Thermodynamic simulation modeling analysis and experimental research of vertical ultrasonic vibration assisted EDM // Int. J. Adv. Manuf. Technol. – 2022.etasr.com 35. Li Q., Yang X. Thermo-hydraulic analysis of melt pool dynamics and material removal on anode in electrical discharge machining // Int. J. Heat and Mass Transfer. – 2023.OUCI 36. Peng Y. et al. Analysis of bubble characteristics and molten pool dynamics in EDM based on three-phase flow model // Journal of Physics D: Applied Physics. – 2024.MDPI 37. Xia S. et al. Study on material erosion mechanism of ultrasonic vibration- assisted micro-EDM based on heat-flow coupling analysis // Int. J. Adv. Manuf. Technol. – 2023.MDPI 38.Morris C.J., Forster F.K. Oscillatory flow in microchannels // Physics of Fluids. – 2004. – 16(5):1369–1383.faculty.washington.edu 39.Manopoulos C. Analytical Solution of Oscillatory Stokes Flow in a Porous Circular Pipe // Fluids. – 2022. – 7(6):197.MDPI 40.White F.M. Viscous Fluid Flow. – 3rd ed. – New York: McGraw-Hill, 2006.servidor.demec.ufpr.br+1 41.Munson B.R. et al. Fundamentals of Fluid Mechanics. – 7th ed. – Wiley, 2012.Academia+1 42. Shutilov V.A. Fundamental Physics of Ultrasound. – New York: Gordon and Breach, 1988.repository.derby.ac.uk+1 43. Sun X. et al. Fundamentals of acoustic and hydrodynamic cavitation in ultrasonic processes: A review // Ultrasonics Sonochemistry. – 2025.Academia 44.Morton J.A. et al. Dual-frequency ultrasonic cavitation in various liquids // Physics of Fluids. – 2023. – 35(7):073311.Scribd+1 45. Ransohoff T.C., Radigan W. Fundamentals of Ultrasonic and Megasonic Cleaning // In: Handbook for Critical Cleaning. – 2nd ed. – CRC Press, 2011.restservice.epri.com 46. Hielscher T. Ultrasonic cavitation in liquids. – Application Note. – Hielscher Ultrasonics, 2020.Taylor & Francis+1 47. Бодю С.Ж., Сіренко С.О., Мережко Н.В. Технологічні аспекти та їх вплив на ультразвукове кавітаційне оброблення технологічного середовища // Вісник НТУ «ХПІ». – 2025.dvs.khpi.edu.ua+1 86 48. Берник І.І. та ін. Оцінка ефективності ультразвукового кавітаційного оброблення технологічного середовища // Вісник НУ «Львівська політехніка». – 2015.journal.mmi.kpi.ua+1 49. Кондаков А.В. Технологічне забезпечення керованого формування параметрів поверхневих шарів сталей при електроерозійній обробці дротяним електродом: дис. … д-ра філософії. – Черкаси: ЧДТУ, 2020.er.chdtu.edu.ua 50. Сергеєв А.О., Осипенко В.І. Багатомодульна електроерозійна головка розмірної обробки дугою // Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки. – 2023. – Вип. 8(39), ч. 1. 51. Методичні рекомендації до підготовки кваліфікаційної роботи для здобувачів освітнього ступеня «магістр» зі спеціальності 131 Прикладна механіка усіх форм навчання [Електронний ресурс] / [упоряд.: Г.В. Канашевич, Є.Я. Губар, О.О. Коваленко, Є.В. Хижняк ; М-во освіти і науки України, Черкас. держ. технол. ун-т. – Черкаси : ЧДТУ, 2023. – 34 с. 87