Тепловые процессы на электродах

 

Точно рассчитать температуру в окрестностях области разряда не представляется возможным. Это связано с отсутствием сведений о тепловых потоках, начальной конфигурации поверхности электрода и другой необходимой информации. Поэтому решение носит приближённый характер. Принимают следующие допущения:

- разряд принимают стационарным точечным источником теплоты;

- теплофизические параметры – неизменными в течение времени протекания процесса;

- тепловые потоки усредняют по времени.

Методика нахождения температуры одинакова для обоих электродов.

Схема расчёта показана на рисунке 4.9.

 

Рис.4.9. Схема расчёта распределения температуры в окрестностях области разряда (пояснения в тексте)

 

Точечный источник 1 излучает теплоту равномерно во все стороны. Из-за малых размеров зазора бóльшая его часть попадает на электрод 2. Граница плавления металла будет перемещаться по сфере, принимающей последовательно положения а, б, в, г до окончания действия импульса напряжения. Для простоты расчёта принимаем, что потерь теплоты в МЭП не происходит.

Из теории теплопередачи известно, что приращение температуры твёрдого тела зависит от энергии импульса А_И, расстояния r до источника теплоты, удельной теплоёмкости С, плотности ρ материала электрода, потерь энергии:

,                                      (4.5)

где Т – температура в точке, находящейся в зоне действия импульса; Т₀ – начальная температура электрода; η_И – коэффициент полезного использования энергии импульса; θ – безразмерный параметр температуры, учитывающий температуропроводность α электрода и время t_И действия тепла:

 

.                                  (4.6)

 

Здесь  - критерий Фурье.

Для расчёта необходимо знать значение коэффициента η_И, который характеризует долю энергии импульса, используемую на расплавление металла. Он учитывает следующие потери теплоты:

1. На нагрев и испарение жидкости, образование ударной волны и газового пузыря. Эти потери оцениваются коэффициентом К₁. При электроискровом режиме К₁ ≈ 0,5, при электроимпульсном режиме К₁ ≈ 0,47.

2. На нагрев второго электрода. Потери учитываются коэффициентом К₁ ≈ 0,5, Его значение зависит от теплопроводности, теплоёмкости, плотности материалов электродов, их расположения. Причём бόльшая часть энергии перейдёт на электрод с бόльшей теплопроводностью. При вертикальной подаче (движении):

для верхнего электрода ;

для нижнего , где .

Здесь λ_В и λ_Н – коэффициенты теплопроводности электродов; С_В и С_Н – удельные теплоёмкости; ρ_В и ρ_Н – плотности материалов соответственно верхнего и нижнего электродов.

3. Зависящие от свойств среды, в которой происходит ЭЭО. Эти потери характеризуются коэффициентом К₃, который для разных диэлектрических жидкостей принимает значение от 0,2 до 0. Для керосина К₃ = 0,2; для масел К₃ = 0.

4. Зависящие от изменения напряжения. Оцениваются коэффициентом К₄ = ± 0,1. Если напряжение ниже номинала, то берётся знак минус «-», если выше – плюс «+».

Коэффициент полезного использования энергии:

 

                           (4.7)

 

Расчёт температуры позволяет определить границу жидкого металла, зоны фазовых превращений в лунке и прилегающей к ней области.

Рис.4.10. Распределение температуры в виде изотерм в конце действия импульса с энергией 0,54 Дж длительностью 0,008 с

На рис.4.10 показано распределение температуры в виде изотерм в конце действия импульса с энергией 0,54 Дж длительностью 0,008 с. расстояние между соседними изотермами составляет 5·10^-6м. Значение температуры показаны на выносках. Температура плавления металла с учётом его перегрева на 80К принята 1800К. Перегрев необходим для обеспечения жидкотекучести металла при выбрасывании его из лунки. Глубина лунки, обозначенная радиальной штриховкой, составит при этих условиях около 20·10^-3м. Зная распределение температуры, можно найти толщину слоя металла с изменившимися в результате термического цикла свойствами.

Формы и размер лунок

 

В процессе ЭЭО удаление металла с заготовки происходит за счёт серии импульсов, действующих на смежные участки поверхности. Поэтому форма и размеры лунки будут отличаться от углубления после единичного разряда.

Рис.4.11. Изменение диаметра и глубины лунки по сравнению с теми же параметрами после единичного разряда: Н – толщина изменённого слоя; l – расстояние между центами соседних лунок; R – радиус лунки

На рис. 4.11 показано изменение диаметра d_Л и глубины h_Л по сравнению с теми же параметрами (d₁, h₁) после единичного разряда. Эта разница будет зависеть от расстояния между центрами соседних лунок. Взаимное влияние импульсов оценивают коэффициентом перекрытия .

Условия протекания разряда различаются, и размеры каждой лунки будут разными. Поэтому для расчёта берут средние размеры углубления, которые находят из статистических данных.

 

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться: