Установление режимов разрядно−импульсной технологии очистки точного литья Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Т.Д. Денисюк, А.Р. Ризун

УСТАНОВЛЕНИЕ РЕЖИМОВ РАЗРЯДНО-ИМПУЛЬСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ ТОЧНОГО ЛИТЬЯ

Институт импульсных процессов и технологий НАН Украины, пр. Октябрьский, 43-А, г. Николаев, 54018, Украина

Переход машиностроительного производства на новые экономические и технологические принципы предусматривает значительный рост отливок, полученных с использованием специальных способов литья, в том числе точного. В настоящее время отсутствует надежный способ очистки точного литья от форм и стержней. На практике для этого используют экологически вредные химические вещества. Электроразрядная технология в литейном производстве успешно применяется для выбивки стержней и очистки среднего и крупногабаритного литья. Использование электроразрядов для очистки точного литья требует точных расчетов режимов разрядно-импульсных технологий. Цель работы — установление расчетным путем энергетических режимов для усовершенствования электроразрядной технологии очистки точного литья.

Процессу интенсивного развития разряда предшествует стадия формирования токопроводящего канала, замыкающего промежуток между электродом и отливкой. В ЭГУ по очистке точного литья канал разряда формируется высоковольтным пробоем разрядного промежутка. Формирование канала разряда другими методами, например взрывающейся проволочкой, для ЭГУ невозможно из-за условий, создаваемых сложностью конфигурации литья, не позволяющей стабилизировать расположение электрода.

Процесс формирования разряда в ЭГУ протекает в две стадии — долидерной и лидерной.

В течение первой образуется лидерная система, во время второй — происходит рост лидеров до тех пор, пока один из них не замкнет промежуток между электродом и отливкой. Оценка потерь [1] энергии в долидерной стадии при удельном сопротивлении воды р^>1000 Омсм показала, что этой величиной можно пренебречь. Основные потери энергии разряда в электрогидравлических установках по очистке литья происходят во второй, основной, стадии формирования разряда. Как показали результаты исследований электроразрядной очистки точного литья, основную роль в разрушении форм и стержней играет первичная ударная волна, образовавшаяся при расширении канала разряда, вслед за второй стадией его развития. Величину предпробивных потерь второй стадии развития электроразряда можно определить по формуле [2]:

AW =

0i (+sa)

р

(1)

где AW— затраты предпробивных потерь энергии в стадии формирования разряда; 0, S0 - постоянные ; 0 = 108 В2 с/м2; S0 = 11 • 10-4 м2; l — длина разрядного промежутка, м; р — удельное сопротивление воды, Омсм; S:, — поверхность неизолированной части положительного электрода, м2.

По формуле (1) проведены расчеты энергетических режимов параметров разрядов электроразрядных установок по очистке точного литья с различной толщиной его стенок для условий:

— напряжение U = (от 20 до 50)^ 103 В,

— емкость С = (от 1 до 15)^10"6 Ф,

— длина разрядного промежутка l = (от 0,02 до 0,08) м;

— удельная проводимость воды р >1000 Омсм ;

— площадь неизолированной части электрода S, = (от 1 до 40) • 10-4 м2.

Результаты расчетов по формуле (1) определяют затраты энергии в стадии формирования разряда и энергию разряда, позволяют установить напряжение U1 на обкладках конденсатора в момент замыкания лидером электродов, то есть в тот промежуток времени, когда формируется основная вол-

© Денисюк Т.Д., Ризун А.Р., Электронная обработка материалов, 2006, № 3, С. 196—198.

196

на сжатия, являющаяся основным воздействующим фактором процесса выбивки стержней и очистки точного литья:

U =l]j -«Р4 ((. - S) . (2)

Долю энергии у, выделившуюся в первый полупериод, от энергии, запасенной в конденсаторе к моменту замыкания лидером электродов, можно рассчитать из соотношения [3]:

лЛ0!2

т' = U '-4LC

(3)

Таким образом, полную долю энергии первого полупериода разряда можно выразить так:

Y = Yi •

r U±_v и

(4)

В таблице 1 представлены энергетические режимы электрогидравлической установки с индуктивностью разрядного контура L = 15^10"6 Г и удельным сопротивлением воды р = 1500 Омсм для изменяющихся в процессе очистки точного литья величины разрядного промежутка l и электрической емкости С. В расчетах определены значения потерь энергии Е и энергия разряда -Ер. 8э во всех случаях принята равной 4• 10-4 м-2, начальное напряжение на конденсаторе U0 = 5• 104 В.

Энергетические режимы

№ п/п !, м С-106, Ф Е, Дж Uf103, В Y, кпд Ер, Дж

1 2 3 5 6 7 8

1 0,02 1 273 43,33 0,219 0,977

2 0,02 3 718 49,13 0,191 3032

3 0,02 6 1295 49,56 0,173 6205

1 2 3 4 5 6 7

4 0,02 9 1822 49,71 0,162 9428

5 0,02 12 2321 49,78 0,155 12679

6 0,02 15 2798 49,83 0,149 19702

7 0,04 1 400 44,5 0,32 850

8 0,04 3 1112 48,24 0,296 2638

9 0,04 6 2030 49,13 0,271 5470

10 0,04 9 2869 49,42 0,255 8381

11 0,04 12 3660 49,56 0,244 11340

12 0,04 15 4419 49,65 0,236 14331

13 0,06 1 476 41,47 0,381 774

14 0,06 3 1420 47,33 0,379 2330

15 0,06 6 2627 48,68 0,35 4873

16 0,06 9 3728 49,13 0,331 7522

17 0,06 12 4767 49,35 0,317 10233

18 0,06 15 5762 49,48 0,307 12988

№ п/п !, м С-106, Ф Е, Дж Uf103, В Y, к п д Ер, Дж

19 0,08 3 1675 46,4 0,447 2075

197

20 0,08 6 3143 48,24 0,419 4357

21 0,08 9 4480 48,83 0,398 6770

22 0,08 12 5739 49,13 0,384 9261

23 0,08 15 6946 49,3 0,37 11804

Во всех случаях для электроразрядной очистки точного литья требуемую энергию в разряде необходимо сопоставлять с прочностью минимальной толщины стенки отливки.

По данным таблицы 1 видно, что увеличение емкости приводит к систематическому падению доли энергии, выделившейся в первый полупериод, и уменьшению доли потерь на предразрядной стадии. Однако абсолютная энергия активной стадии растет. Поэтому значение емкости должно рассматриваться в каждом конкретном случае отдельно исходя из потребности технологического процесса.

Таким образом, установлены энергетические параметры электроразрядной очистки точного литья с различными характеристиками разрядов. Результаты исследований будут использованы для усовершенствования электроразрядной технологии очистки точного литья с целью предотвращения разрушений отливки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кривицкий Е.В. Динамика электровзрыва в жидкости. Киев: Наукова думка, 1986. 205 с.

2. Гулый Г.А. Высоковольтный электрический разряд в силовых импульсных системах / Г. А. Гулый, П. П. Малюшевский. Киев: Наукова думка, 1977. 176 с.

3. Ризун А. Р. Исследование и оптимизация технологии электрогидроимпульсной выбивки стержней и очистки отливок: Дис... канд. техн. наук: 30.09.1983. Киев, 1984. 200 с. Машинопись.

Summary

Поступила 23.12.05

The energetic parameters of the electric-discharge refinement of precision molding with various characteristics of the discharges for the improvement of the electric-discharge technology for the purpose of casting destruction prevention are determined in the work.

198