ООО "Траконта" 54031 Украина, г. Николаев, ул. Электронная 81/4, E-mail: trakonta@gmail.com Tel: +380512714945; Mob, Viber: +380503180260
ООО "Траконта"
Диспергирование металлов
Диспергирование металлов
Диспергирование металлов
Процесс электроэрозионного диспергирования (ЭЭД) – это разрушение токопроводящего используемого материала вследствие воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами. В пределах воздействия разряда, под влиянием значительных температур, происходит нагревание, расплавление и неполное испарение используемого вещества.
С целью получения высокой температуры в узкой зоне небольшого объема нужно обеспечить значительную концентрацию энергии. Достижение этой цели осуществляется применением генератора импульсного тока. Процесс ЭЭД осуществляется в жидкой среде, т.е. рабочей жидкости (РЖ), которая наполняет интервал между электродами, именуемый межэлектродным промежутком (МЭП) либо межэлектродным зазором.
Каждая гладкая поверхность обладает собственным макро- либо микрорельефом, между двумя электродами постоянно существуют две точки, промежуток между которыми меньше, чем между другими точками электродов. При подаче к электродам высокого импульсного напряжения между этими точками протекать импульсный ток.
С целью получения высокой температуры в узкой зоне небольшого объема нужно обеспечить значительную концентрацию энергии. Достижение этой цели осуществляется применением генератора импульсного тока. Процесс ЭЭД осуществляется в жидкой среде, т.е. рабочей жидкости (РЖ), которая наполняет интервал между электродами, именуемый межэлектродным промежутком (МЭП) либо межэлектродным зазором.
Каждая гладкая поверхность обладает собственным макро- либо микрорельефом, между двумя электродами постоянно существуют две точки, промежуток между которыми меньше, чем между другими точками электродов. При подаче к электродам высокого импульсного напряжения между этими точками протекать импульсный ток.
Рассмотрим три стадии процессов, которые имеют место при электрическом разряде.
Начальным этапом процесса ЭЭД является пробой межэлектродного промежутка. При этом начинает формироваться разрядный канал. В следствие этого, образовывается зона с полем повышенной напряженности. Происходит процесс ионизации РЖ в интервале, через который проходит импульсный ток, т.е. происходит образование канала разряда. Канал разряда – относительно узкая область, которая наполнена подогретым материалом (плазмой), содержащим ионы и электроны.
Если увеличивать импульсное напряжение в период до начала пробоя, то это приводит к появлению импульсного электромагнитного поля, которое действует на взвешенные частицы, присутствующие в РЖ, и вынуждает их выстраиваться в определенном порядке. Длительность периода до начала пробоя зависит от вида РЖ и может достигать десятков микросекунд. Затем под воздействием этого поля совершается процесс формирования новых заряженных частичек.
Значительная доля энергии, которая выделяется в единице объема тратится на формирование новых заряженных частиц. Образование большого числа заряженных частиц приводит к увеличению скорости канала до нескольких км/с, который состоит из электронов, плотностью 1022/м3.
Выход тепловой энергии приводит к повышению температуры канала разряда до 12000–30000 К. Потери энергии на теплопроводность на этом этапе процесса ЭЭД малы из-за небольшой продолжительности. Некоторое количество выделяемой энергии расходуется на кипение и разложение рабочей жидкости.
При формировании канала проводимости уменьшается его сопротивление, а ток в канале разряда повышается. При этом скорость нарастания тока достигает сотен килоампер в секунду. К концу 1-й стадии напряжение в канале разряда уменьшается вплоть до «напряжения эрозии». Температура канала разряда опускается вплоть до 8000–10000 К. За данный период времени на плоскости электродов сплав нагревается вплоть до температуры кипения. На этой стадии процесс эрозии протекает в небольших объемах в паровой фазе.
Второй стадией считается формирование возле канала разряда газового пузыря из паров жидкости и сплава, а также нагревание электродов. Формирование разряда в МЭП сопутствуется возникновением ударной тепловой волны, которая появляется в первоначальных этапах разряда и приводит к формированию пузыря газа в РЖ. Сечение канала разряда мало, а его расширению мешает магнитное поле, которое сдавливает канал. Эту же роль осуществляет и рабочая жидкость, находящаяся вокруг канала разряда. Протяженность канала и его диаметр весьма незначительны, и по этой причине плотность энергии в нем достигает больших величин, а температура в данном локальном объеме – десятков тысяч градусов. Из-за высокого импульсного давления канал разряда стремится к увеличению, сдавливая находящуюся вокруг его газовую среду. Из-за инерции, сперва газовый пузырь и находящаяся вокруг его рабочая жидкость неподвижны, потом наступает их расширение. Границы канала разряда перемещаются с большой скоростью в радиальном направлении. Скорость расширения достигает значения 150–200 м/с. На внешней границе образовывается так называемый фронт уплотнения, в котором давление неравномерно изменяется в рабочей жидкости от начального значения до максимального.
На третьей стадии наблюдается спад импульсного тока и ударной волны, расширение парогазового пузыря и выделение продуктов эрозии.
Давление изнутри пузыря газа начинает стремительно снижаться. Так как температура и высокое давление газов уменьшается значительно быстрее, чем температура плоскости лунки, то это приводит к дополнительному выбросу небольших порций пара с парогазовой полости уже после завершения импульса тока.
Ударная волна гасится находящейся вокруг рабочей жидкостью. Вначале этой стадии в промежутке между электродами пребывают жидкий сплав в углублениях электродов (лунках); газовый пузырь, в глубине которого существуют пары сплава; РЖ.
Расплавленный и парообразный используемый материал попадает в РЖ, находящуюся вокруг него. После этого материал охлаждается со скоростью 106–109 К/с и затвердевает в рабочей жидкости с образованием единичных частиц. Подобные процессы, но в меньшем масштабе, совершаются и при взаимодействии ионов с поверхностью катода, разрушение которого совершается в большей степени в паровой фазе.
В зоне воздействия импульса тока на плоскости электродов возникают небольшие углубления – лунки, сформировавшиеся из-за удаления в процессе разряда определенного количества материала. Объем используемого материала, удаленного одиночным импульсом с плоскости обрабатываемой части, и форма образовавшейся лунки находятся в зависимости от энергии импульсных разрядов, ее продолжительности и свойств диспергируемого вещества.
В процессе диспергирования выбрасываемые частицы выделяются из лунки в жидком и парообразном агрегатном состоянии, а кроме того и вследствие механического откалывания. При этом объем удаляемого с лунки использованного материала в жидкой фазе повышается с возрастанием энергии и продолжительности импульса, а те частички, которые образовались из паровой фазы, слипаются друг с другом, и начинают формировать скопления частиц неправильной геометрической формы.
Таким образом, осуществляется электрическая эрозия использованного материала, показанная на примере воздействия одного импульса, с образованием одной эрозионной лунки на плоскости и частиц порошка в рабочей жидкости. После прекращения воздействия импульсного разряда напряжение на электродах снижается до нуля. Начинается процесс деионизации рабочей жидкости. Электрическая прочность рабочей жидкости возобновляется. МЭП восстанавливается для прохождения следующего разряда. В случае если деионизация никак не совершается (из-за большой продолжительности импульса либо небольшого периода между импульсами), разряд переходит в следующий. Этим и обусловливается процесс ЭЭД.
Начальным этапом процесса ЭЭД является пробой межэлектродного промежутка. При этом начинает формироваться разрядный канал. В следствие этого, образовывается зона с полем повышенной напряженности. Происходит процесс ионизации РЖ в интервале, через который проходит импульсный ток, т.е. происходит образование канала разряда. Канал разряда – относительно узкая область, которая наполнена подогретым материалом (плазмой), содержащим ионы и электроны.
Если увеличивать импульсное напряжение в период до начала пробоя, то это приводит к появлению импульсного электромагнитного поля, которое действует на взвешенные частицы, присутствующие в РЖ, и вынуждает их выстраиваться в определенном порядке. Длительность периода до начала пробоя зависит от вида РЖ и может достигать десятков микросекунд. Затем под воздействием этого поля совершается процесс формирования новых заряженных частичек.
Значительная доля энергии, которая выделяется в единице объема тратится на формирование новых заряженных частиц. Образование большого числа заряженных частиц приводит к увеличению скорости канала до нескольких км/с, который состоит из электронов, плотностью 1022/м3.
Выход тепловой энергии приводит к повышению температуры канала разряда до 12000–30000 К. Потери энергии на теплопроводность на этом этапе процесса ЭЭД малы из-за небольшой продолжительности. Некоторое количество выделяемой энергии расходуется на кипение и разложение рабочей жидкости.
При формировании канала проводимости уменьшается его сопротивление, а ток в канале разряда повышается. При этом скорость нарастания тока достигает сотен килоампер в секунду. К концу 1-й стадии напряжение в канале разряда уменьшается вплоть до «напряжения эрозии». Температура канала разряда опускается вплоть до 8000–10000 К. За данный период времени на плоскости электродов сплав нагревается вплоть до температуры кипения. На этой стадии процесс эрозии протекает в небольших объемах в паровой фазе.
Второй стадией считается формирование возле канала разряда газового пузыря из паров жидкости и сплава, а также нагревание электродов. Формирование разряда в МЭП сопутствуется возникновением ударной тепловой волны, которая появляется в первоначальных этапах разряда и приводит к формированию пузыря газа в РЖ. Сечение канала разряда мало, а его расширению мешает магнитное поле, которое сдавливает канал. Эту же роль осуществляет и рабочая жидкость, находящаяся вокруг канала разряда. Протяженность канала и его диаметр весьма незначительны, и по этой причине плотность энергии в нем достигает больших величин, а температура в данном локальном объеме – десятков тысяч градусов. Из-за высокого импульсного давления канал разряда стремится к увеличению, сдавливая находящуюся вокруг его газовую среду. Из-за инерции, сперва газовый пузырь и находящаяся вокруг его рабочая жидкость неподвижны, потом наступает их расширение. Границы канала разряда перемещаются с большой скоростью в радиальном направлении. Скорость расширения достигает значения 150–200 м/с. На внешней границе образовывается так называемый фронт уплотнения, в котором давление неравномерно изменяется в рабочей жидкости от начального значения до максимального.
На третьей стадии наблюдается спад импульсного тока и ударной волны, расширение парогазового пузыря и выделение продуктов эрозии.
Давление изнутри пузыря газа начинает стремительно снижаться. Так как температура и высокое давление газов уменьшается значительно быстрее, чем температура плоскости лунки, то это приводит к дополнительному выбросу небольших порций пара с парогазовой полости уже после завершения импульса тока.
Ударная волна гасится находящейся вокруг рабочей жидкостью. Вначале этой стадии в промежутке между электродами пребывают жидкий сплав в углублениях электродов (лунках); газовый пузырь, в глубине которого существуют пары сплава; РЖ.
Расплавленный и парообразный используемый материал попадает в РЖ, находящуюся вокруг него. После этого материал охлаждается со скоростью 106–109 К/с и затвердевает в рабочей жидкости с образованием единичных частиц. Подобные процессы, но в меньшем масштабе, совершаются и при взаимодействии ионов с поверхностью катода, разрушение которого совершается в большей степени в паровой фазе.
В зоне воздействия импульса тока на плоскости электродов возникают небольшие углубления – лунки, сформировавшиеся из-за удаления в процессе разряда определенного количества материала. Объем используемого материала, удаленного одиночным импульсом с плоскости обрабатываемой части, и форма образовавшейся лунки находятся в зависимости от энергии импульсных разрядов, ее продолжительности и свойств диспергируемого вещества.
В процессе диспергирования выбрасываемые частицы выделяются из лунки в жидком и парообразном агрегатном состоянии, а кроме того и вследствие механического откалывания. При этом объем удаляемого с лунки использованного материала в жидкой фазе повышается с возрастанием энергии и продолжительности импульса, а те частички, которые образовались из паровой фазы, слипаются друг с другом, и начинают формировать скопления частиц неправильной геометрической формы.
Таким образом, осуществляется электрическая эрозия использованного материала, показанная на примере воздействия одного импульса, с образованием одной эрозионной лунки на плоскости и частиц порошка в рабочей жидкости. После прекращения воздействия импульсного разряда напряжение на электродах снижается до нуля. Начинается процесс деионизации рабочей жидкости. Электрическая прочность рабочей жидкости возобновляется. МЭП восстанавливается для прохождения следующего разряда. В случае если деионизация никак не совершается (из-за большой продолжительности импульса либо небольшого периода между импульсами), разряд переходит в следующий. Этим и обусловливается процесс ЭЭД.
Разряды в МЭП имеют отличия друг от друга и по характеру и эффекту эрозии. Они подразделяются на три основных вида:
1. В дальнейшем, после пробоя межэлектродного промежутка, частицы жидкого вещества и его пары свободно удаляются из области разряда. На плоскости электродов остается только небольшой объем жидкого вещества, который, застывая, сформирует тоненькую пленку. Выплавка вещества с плоскостей электродов совершается под влиянием большой температуры канала разряда. В данном случае нагрев вещества от непосредственного протекания в нем тока минимален и в процессе съема вещества почти никак не принимает участие.
1. В дальнейшем, после пробоя межэлектродного промежутка, частицы жидкого вещества и его пары свободно удаляются из области разряда. На плоскости электродов остается только небольшой объем жидкого вещества, который, застывая, сформирует тоненькую пленку. Выплавка вещества с плоскостей электродов совершается под влиянием большой температуры канала разряда. В данном случае нагрев вещества от непосредственного протекания в нем тока минимален и в процессе съема вещества почти никак не принимает участие.
Снятие вещества совершается за счет воздействия источника тепла, которым считается канал разряда при умеренном распространении тепла в глубину вещества электродов. Такой порядок электроэрозионного диспергирования является обычным, и результат эрозии при этом максимальный.
2. После того как импульс завершился, электроды сплавляются расплавленным веществом. Это, как правило, происходит, если размер промежутка между электродами незначителен. При энергии импульса, малой для извлечения большого объёма вещества с электродов либо в случае, когда к моменту замыкания электродов импульс уже завершился, основа вещества затвердевает в промежутке между электродами и электроды в некоторых случаях соединяются друг с другом электропроводным мостиком. Если последующий импульс имеет достаточно количество энергии, то замыкавший электроды проводящий мостик расплавляется и испаряется энергией, выделяющейся в нем в результате прохождения импульсного тока. Межэлектродный промежуток высвобождается от затвердевшего в нем вещества, и процесс продолжает развитие так, как было описано ранее.
3. Ко времени прохождения импульса, электроды соприкасаются друг с другом, и выделившегося тепла оказывается мало для расплавления вещества в области контакта. При этом происходит только лишь нагрев вещества электрода. При существенной мощности импульсов тока допустимо соединение электродов. Среднее расстояние между электродами находится в зависимости от величины импульсного напряжения. Это объясняется тем, что чем большей энергией обладает разряд, тем большее количество вещества выплавляется, и промежуток между электродами становится более насыщенным частичками рабочего вещества и продуктами распада РЖ. То же самое совершается и при диспергировании веществ с небольшой температурой плавления, что оказывает содействие ускорению течения ЭЭД.
Видео технологического процесса диспергирования металла (пониженная частота следования импульсов).
2. После того как импульс завершился, электроды сплавляются расплавленным веществом. Это, как правило, происходит, если размер промежутка между электродами незначителен. При энергии импульса, малой для извлечения большого объёма вещества с электродов либо в случае, когда к моменту замыкания электродов импульс уже завершился, основа вещества затвердевает в промежутке между электродами и электроды в некоторых случаях соединяются друг с другом электропроводным мостиком. Если последующий импульс имеет достаточно количество энергии, то замыкавший электроды проводящий мостик расплавляется и испаряется энергией, выделяющейся в нем в результате прохождения импульсного тока. Межэлектродный промежуток высвобождается от затвердевшего в нем вещества, и процесс продолжает развитие так, как было описано ранее.
3. Ко времени прохождения импульса, электроды соприкасаются друг с другом, и выделившегося тепла оказывается мало для расплавления вещества в области контакта. При этом происходит только лишь нагрев вещества электрода. При существенной мощности импульсов тока допустимо соединение электродов. Среднее расстояние между электродами находится в зависимости от величины импульсного напряжения. Это объясняется тем, что чем большей энергией обладает разряд, тем большее количество вещества выплавляется, и промежуток между электродами становится более насыщенным частичками рабочего вещества и продуктами распада РЖ. То же самое совершается и при диспергировании веществ с небольшой температурой плавления, что оказывает содействие ускорению течения ЭЭД.
Видео технологического процесса диспергирования металла (пониженная частота следования импульсов).
All rights reserved by Trakonta 1996 – 2021