Методика определения зон и объемов электроразрядного разрушения форм и стержней

Т.Д. Денисюк, А.Р. Ризун

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗОН И ОБЪЕМОВ ЭЛЕКТРОРАЗРЯДНОГО РАЗРУШЕНИЯ ФОРМ И СТЕРЖНЕЙ

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

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 нагрузок, так как прочность стержней зачастую достигает прочности тонкостенной литой заготовки.

Целью данной работы является разработка методики расчета технологических параметров электроразрядной очистки точного литья. Авторами расчетным путем получена связь параметров разрядного контура с прочностными характеристиками форм и стержней, с объемом их разрушения и коэффициентом сложности точного литья.

Для разрушения неметаллических прочных материалов, к которым относятся формы и стержни точного литья, используются электроразряды с характеристическим радиусом канала разряда, значительно меньшим длины волны X, излучаемой каналом разряда, и длиной разрядного промежутка l электрод - отливка

R << X << l,

то есть используется модель длинного цилиндра [1].

Эти условия обусловлены тем, что такая модель обеспечивает максимальную скорость выделения энергии на разрядном промежутке и наибольшую эффективность преобразования энергии за счет увеличения длины излучателя волн давления.

Плотность энергии на единицу площади цилиндра может быть выражена следующим образом:

E - Е - Е

S 2nrl + 2nr2 2nr (l + r ) ’

где Е - энергия ударной волны разряда, кДж; r - радиус расширяющегося цилиндра, который может быть принят как радиус зоны эффективного действия волны сжатия, м; l - разрядный промежуток, или высота расширяющегося цилиндра, м.

В качестве критерия устанавливается энергия ударной волны, значение которой должно быть достаточным для разрушения форм и стержней и ограничено прочностными характеристиками литых заготовок. Если прочностные характеристики форм и стержней превышают прочность тонкостенного литья, используются методы предварительного их разупрочнения. Учитывая такое условие, можно записать следующее выражение:

Е > асж V,

где осж - предел прочности формы или стержня на сжатие, МПа; V - объем разрушения формы или стержня одним разрядом, м3.

При разряде на поверхность отливки происходит разрушение форм и стержней ударной вол-

2 2

ной через основание цилиндра с площадью nr , м .

Значение энергии Е, введенной в канал разряда длинной l за время т, определено через параметры разряда в работе [2] следующей зависимостью:

Е - R04nPnl

(у - l)n2LC ,

© Денисюк Т.Д., Ризун А.Р., Электронная обработка материалов, 2005, № 4, С. 54-56.

54

где R04 - радиус канала разряда в конце первого полупериода, имеющий значение в пределах 0,001 м; р„ - плотность невозмущенной разрядной среды (воды), кг/м3; у - эффективный показатель адиабаты, равный 1,26; L - индуктивность разрядного контура, мкГн; С - емкость разрядного контура, мкФ.

Результаты расчета объема разрушения форм и стержней в зависимости от различных характеристик и параметров единичных электроразрядов

r, см k о, кг/см2 E, кДж V, см3

1 2 3 4 5

13 0,36 5 1,25 722

13 0,49 5 2,50 1228

13 0,66 5 5,00 1805

13 0,58 8 2,50 560

13 0,67 8 3,75 880

13 0,73 8 5,00 1124

13 0,58 12 3,75 590

13 0,66 12 5,00 750

13 0,73 12 6,25 900

8 0,67 24 5,00 360

8 0,74 24 6,25 440

8 0,79 24 7,50 510

8 0,66 38 5,00 230

8 0,73 38 6,25 270

8 0,79 38 7,50 320

8 0,67 50 5,00 174

8 0,73 50 6,25 210

8 0,79 50 7,50 240

7 0,79 80 7,50 118

7 0,85 80 8,75 135

7 0,90 80 10,0 151

6 0,79 100 7,50 87

1 2 3 4 5

6 0,85 100 8,75 99

6 0,90 100 10,00 110

5 0,90 150 10,00 66

5 0,95 150 11,25 73

5 0,99 150 12,50 79

3 0,90 200 10,00 35

3 0,95 200 11,25 39

3 0,99 200 12,50 43

Так как разряды при очистке литья происходят в открытых объемах (рабочих баках) на поверхность отливок, то плотность энергии участка Еу и ее воздействие на зону отливки можно определить из следующего выражения:

=

E

2 nr

nr

E  r

2

Выражая энергию ударной волны Е через параметры разряда, можно записать следующие выражения для энергии эффективного действия на отливку:

Еу

_____R0 Пр012______

2

или, используя (3):

______R0 Пр 0l2_______

2

55

где k - коэффициент пропорциональности, определяется сложностью точного литья, имеет значения от 0,4 до 1 в зависимости от наличия внутренних полостей [3]; V - объем разрушения форм и стерж-

3

ня, м .

Таким образом, полученная зависимость (7) связывает параметры разрядного контура с прочностными характеристиками форм и стержней, с объемом их разрушения и коэффициентом сложности точного литья.

Используя выражение (7), можно произвести через параметры электроразряда оценочный расчет технологических показателей электроразрядной очистки точного литья - объема разрушения от одного разряда и производительности электроразрядного устройства при заданной частоте разрядов.

Радиусы эффективного действия r ударных волн разрядов устанавливались в зависимости от величины давления волн сжатия, выраженные через параметры разряда, и прочности литейных форм по установленной эмпирической зависимости в работе [3].

r =

•10-

где

P

5 1

U4 • C4

f 13 3 Л ’ b2 L818

V

U - напряжение, кВ; b - расстояние канала разряда до разрушаемого объекта, м.

Результаты расчетов технологических параметров очистки точного литья представлены в таблице.

Таким образом, изложенная методика расчета технологических показателей радиуса и объема электроразрядного разрушения форм и стержней может использоваться для определения технологических показателей при разработке оборудования для электрогидроимпульсной очистки точного литья.

Расчеты позволяют значительно расширить возможность электроразрядной технологии, используемой на финишных операциях производства отливок, и улучшить экологическую обстановку на этих участках.

ЛИТЕРАТУРА

1. Нагульных К.А., Рой Н.А. Электрические разряды в воде. М., 1971.

2. Методика расчета гидродинамических и электрических характеристик канала разряда электрогид-равлических установок / АН УССР. Проектно-конструкторское бюро электрогидравлики; Сост. А.Р. Ризун, В.В. Иванов О.М. Рыбка. Киев, 1982.

3. Ризун А.Р., Цуркин В.Н. Электроразрядное разрушение неметаллических материалов // Электронная обработка материалов. 2002. № 1. С. 83-85.

Summary

Поступила 27.01.05

The technique of determination of processing indexes of electric-discharge refinement of precision molding is given in the work. Quantitative relation of electric discharges variables with strength characteristics of casting forms and rods, radius and extent of electric-discharge destruction are presented.

56