Мультифизические процессы при электроискровой обработке токопроводящих гранул

Abstract

Выполнены компьютерное моделирование и анализ связанных между собой электрических, тепловых процессов и термомеханических напряжений в материале гранул при их электроискровой обработке. Учтены нелинейные свойства материала гранул и фазовый переход при достижении температуры плавления. Выявлена зависимость размера зон и объема расплавленного и испарившегося материала, а также максимальных значений температуры и эквивалентного напряжения на контакте двух гранул от длительности воздействия теплового потока. Учтены два источника нагрева – задаваемый поверхностный тепловой поток, обусловленный протеканием разрядного тока, и определяемая по результатам решения электрической задачи объемная плотность выделения энергии вследствие джоулевых потерь. Проведено моделирование охлаждения материала гранул после прохождения импульса тока. Реализован подход к определению оптимального значения длительности токового импульса, начиная с которого ожидается наибольшая производительность образования порошковых частиц из разрушенного объема гранул c учетом технологических условий электрообработки.

Виконано комп'ютерне моделювання та аналіз пов'язаних між собою електричних, теплових процесів і термомеханічних напруг у матеріалі гранул при їхній електроіскровій обробці. Враховано нелінійні властивості матеріалу гранул і фазовий перехід при досягненні температури плавлення. Виявлено залежність розміру зон і об’єму розплавленого матеріалу та матеріалу, що випаровується, а також максимальних значень температури та еквівалентної напруги на контакті двох гра¬нул від тривалості дії теплового потоку. Враховано два джерела нагріву – поверхневий тепловий потік, обумовлений протіканням розрядного струму, та об'ємна густина виділення енергії внаслідок джоулевих втрат, що визначається за результатами розв’язання електричної задачі. Проведено моделювання охолодження матеріалу гранул після проходження імпульса струму. Реалізовано підхід до визначення оптимального значення тривалості імпульса струму, починаючи з якого очікується найбільша продуктивність утворення порошкових часток зі зруйнованого об’єму гранул з урахуванням технологічних умов електрообробки.

The computer modeling and analysis of the coupled electrical, thermal processes and thermal stresses in conducting granules during their spark erosion treatment are carried out. The non-linear properties of the material and phase (solid-liquid) transition at melting point are taken into account. The dependence of the volume of molten and evaporated material as well as the maximum values of temperature and equivalent tensile stress in the granule on the duration of heat flow is revealed. The two thermal sources such as surface heat flow owing to the passage of pulsed current and volume heat source due to resistive heating are considered. The Joule's losses are determined by electric problem solving. The simulation of granule cooling after the end of current pulse is performed. The paper presents the realization of the approach to determine the optimum value of the pulse duration, starting from which the greatest production of powdered particles from destructed granule material taking into account the technological requirements is expected.