РОЗДІЛ 2
ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ОБЛАДНАННЯ І МЕТОДИ ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Експериментальна база досліджень та оцінка достовірності результатів
Дослідження фізико-хімічних та гідродинамічних процесів, що протікають в міжелектродному проміжку при електроерозійному дротяному вирізанні проводилося на серійному електроерозійному верстаті СЕЛД-02, що на різних етапах досліджень комплектувався генераторами технологічного струму ГКИ-300-200А та МГКІ-1. При експериментальному дослідженні фізико-хімічних та гідродинамічних процесів використовувалися додаткові прилади та обладнання. Їх використання дозволило з високим ступенем точності реєструвати інформацію (розмір газопарових бульбашок та їх швидкість, гідродинамічні характеристики протікання робочої через МЕП при коаксіальній промивці, миттєве значення струму та напруги одиночного імпульсу, колоїдні властивості водних розчинів поверхнево-активних речовин), що прямо чи побічно описує перебіг процесу ЕЕДВ.
Тривимірні геометричні характеристики одиничних ерозійних лунок, що утворилися в результаті ЕЕДВ, вивчалися за допомогою трикоординатного цифрового мікроскопу XS2-H3.
Для дослідження гідродинамічних процесів в міжелектродному проміжку використовувався спеціально розроблений модельний осередок. Вимірювання гідродинамічних параметрів в розробленому осередку проводилося з використанням манометра ИПДЦ-89007 та цифрової фотокамери SONY F-907.
Для встановлення миттєвих значень напруги та струму використовувалися швидкодіючі АЦП L-1211.
Колоїдні властивості водних розчинів поверхнево-активних речовин визначалися за допомогою мікроінтерферометра МИИ-4, віскозиметра ВПЖТ-4, аналітичних терезів ВЛР-200г-М, та мікроскопу ЦИМ-21.
Для оцінки достовірності результатів застосовувалися стандартні методики визначення похибки при прямих та непрямих вимірюваннях, які проведені за допомогою приладів із заданими межами похибок [55,56]. Кожний експеримент проводився не менше 6 разів.
2.2. Методики експериментальних досліджень
2.2.1. Методика вимірювання геометричних характеристик одиничних ерозійних лунок, що утворюються в результаті ЕЕДВ
В результаті електроерозійного дротяного вирізання утворюється поверхня, що становить сукупність великої кількості одиничних лунок, які накладаються одна на одну в процесі обробки. В результаті геометричні показники обробленої деталі відтворюють геометрію одиничної лунки із деяким коефіцієнтом перекриття. Коефіцієнт перекриття залежить від конкретних режимів обробки. Кількісний аналіз наступних геометричних параметрів одиничної лунки дає можливість передбачити з великою достовірністю величину шорсткості отриманої поверхні та описати перебіг процесів ЕЕДВ в МЕП:
- об'єм металу, видалений з ерозійних лунок у вигляді пари та рідини на поверхні деталі та ДЕІ визначає енергетичний баланс в МЕП;
- діаметр dл та висота hл лунки, їх співвідношення k= dл/hл, а також розміри викривлень дна лунки визначають параметри шорсткості отриманої поверхні;
- дані про кількість та розміри викривлень дна лунки, та напливи по краях лунки, описують механізми видалення розплаву з дна лунки, та ефективність видалення рідкої фази з ерозійної лунки. При обробці на напівчистових режимах розміри викривлень та напливів помітно впливають на загальну шорсткість поверхні.
Проведено багато досліджень розмірів лунок в залежності від енергії та тривалості імпульсу, величини міжелектродного проміжку, складу робочої рідини, матеріалу і полярності включення електродів та інших факторів. Більшість дослідників, не враховуючи реальний профіль лунки (рис.2.1,а), приймають, що лунка являє собою шаровий сегмент із діаметром d та глибиною h (рис.2.1,б) [9, 27, 49].
а) б)
Рис. 2.1. Реальний (а) та ідеальний (б) профілі одиничної ерозійної лунки: 1 - основний матеріал, 2 - напливи по краям лунки, 3 - частина розплавленого матеріалу, що не видалена із дна лунки, 4 - викривлення дна лунки, 5 - умовна границя зони фазових перетворень, 6 - ідеалізований профіль одиничної лунки, який вважається шаровим сегментом; d - діаметр лунки, h - ідеалізована глибина лунки, h` - глибина лунки, h`` - висота викривлень дна, ?, ? - радіус та кут нахилу бічної поверхні напливів.
Це припущення достовірне при визначенні продуктивності обробки та шорсткості отриманих поверхонь, однак, при цьому втрачається інформація про густину потужності в каналі іскрового розряду та механізми видалення розплаву із дна лунки на кінцевих стадіях протікання іскрового розряду.
Для дослідження геометрії поверхні одиничних ерозійних лунок застосовують п'єзоелектричні профілометри [42] та деякі оптичні методи, наприклад, інтерференційний [9].
Використання профілометрів для визначення геометрії одиничної лунки досить ускладнене внаслідок малого розміру одиничної лунки (діаметр - 100 мкм, глибина - 5 мкм). При таких розмірах, вимірювальний елемент профілометра складно встановити посередині лунки. Профілометром можна визначити шорсткість поверхні в якомусь довільному напрямку, а повністю просканувати лунку неможливо. Оптичні методи дають можливість визначити приблизні лінійні розміри та об'єм лунки, реальний профіль при цьому не враховується.
Для вимірювання геометричних параметрів реального трьохвимірного профілю одиничної лунки автором була розроблена наступна методика. Зображення поверхні одиничних лунок було отримано за допомогою трикоординатного цифрового мікроскопу XS2-H3 з використанням ефекту нелінійності, що спостерігається при вводі зображень через цифрові оптичні пристрої. Зберігання та обробка графічної інформації проводилися за допомогою персонального комп'ютера.
Показники оптичної системи мікроскопу:
- збільшення зображення - 300 разів;
- кількість елементів оптичної матриці - 1.106 шт;
- розмір матриці 3,8 мм;
- мінімальна освітленість 0,4 люкс;
- кут падіння променів внутрішнього освітлення 1-25о.
Зоб