XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

При построении математической модели электрохимического сглаживания сварного шва в системе MathCad и проведении исследования зависимостей шероховатости от зазора и напряжения на основании экспериментальных данных [1], нами была получена эмпирическая формула для расчёта шероховатости поверхности, как функция плотности тока.

(1)

Плотность тока от напряжения рассчитываем по формуле [7, стр.16]:

(2)

В расчёте берём диапазон напряжений U= 5…50 В, с шагом 5 В и средний зазор S_ср=0,3 мм, параметры a-расстояние от условного источника напряженности до исходной поверхности детали и Xt-параметр электролита NaCl рассчитаем по формулам [1, стр.16]:

(3)

(4)

, гдеR_t=3 [mm]; x₀=0,0165 [1/Ohm*mm]; k_t=0.0225; T₀=10; T_el=30.

Получим следующие значения плотности тока j [A/см²] от напряжения:

Плотность тока от зазора рассчитываем по формуле:

(5)

В расчёте берём диапазон зазора S_ср=0,01…0,1мм с шагом 0,01 и среднее напряжение U=30B. Получим следующие значения плотности тока j [A/см²] от зазора:

Рассчитав плотности тока как от напряжения, так и от зазора построим графики зависимостей.

Плотность токаj [A/см²] от напряжения U [В]:

Рис.1 График плотности тока от напряжения

В формуле (2) прямая зависимость плотности тока от напряжения, как и показывает график. С увлечением напряжения увеличивается плотность тока.

Плотность токаj [A/см²] от зазора S [мм]:

Рис.2 График плотности тока от напряжения

А в формуле (3.5) обратная зависимость плотности тока от зазора, как и показывает график. С увлечением зазора уменьшается плотность тока.

Рассчитаем шероховатость по обоим параметрам подставив в формулу (1)

Шероховатость от плотности тока по напряжению:

Шероховатость от плотности тока по зазору:

На основании полученных данных построим зависимости шероховатости от напряжения и зазора:

Шероховатость Rz [мкм] от напряжения U [В]:

Рис.3 График шероховатости от напряжения

В формуле (1) обратная зависимость шероховатости от плотности тока, в свою очередь на (рис.1), прямая зависимость плотности тока от напряжения, следовательно как и показывает график с увеличением как плотности тока, так и напряжения, шероховатость уменьшается.

Шероховатость Rz [мкм] от зазора S [мм]:

Рис.4 График шероховатости от напряжения

Т. к. в формуле (1) обратная зависимость шероховатости от плотности тока, в свою очередь на (рис.2), с увеличением зазора, уменьшается плотность тока, следовательно как и показывает график с увеличением зазора, шероховатость увеличивается.

Исследования зависимостей производительности процесса от напряжения и зазора

 

Для расчёта производительности

(6)

Нужно определить высоту следа как по напряжению, так и по зазору. Высоту найдем по формуле следа z в точке y=0

(7)

В первом случае возьмём так-же диапазон напряжений U= 5…50В с шагом 5 и средний зазор S_ср=0,3 мм. Формулы для расчёта параметров N-интенсивности источника, ε_ест-электрохимический эквивалент

(8)

(9)

(10)

, где M_fe=0.056 [кг]-молярная масса, n=2,3-валентность, F=9600 [Кл]-постоянная Фарадея, получим:

Для того чтобы рассчитать площадь сегмента окружности A по радиусу и высоте, рассчитаем радиус R [мм], угол α [град], длину дуги L [мм], длину хорды X [мм] по формуле:

(11)

(12)

, где Rin радиус электрод инструмента равный 3мм, z-зазор, h, H-высота следа, получим:

Рассчитав площадь сегмента окружности А [мм], рассчитаем производительность (6):

По полученным данным производительности процесса, построим график производительности Q [Дж*мм] от напряжения U [В]

Рис.5 График производительности процесса от напряжения

График производительности показывает, что с возрастанием напряжение, растёт и производительность процесса, это говорит о прямой зависимости напряжения от производительности.

Д алее в расчёт берём диапазон зазора S_ср=0,01…0,1 [мм]с шагом 0,01 и среднее напряжение U=30B. Получим следующие значения N и z:

Радиус R [мм], угол α [град.], длину дуги L [мм], длину хорды X [мм] получим:

Рассчитав площадь сегмента окружности А [мм], рассчитаем производительность (6):

По полученным данным производительности процесса, построим график производительности Q [Дж*мм] от зазора S [мм]:

Рис.6 График производительности процесса от зазора

График производительности показывает, что с уменьшением зазора, растёт производительность процесса, это говорит об о обратной зависимости производительности от зазора

Исследования зависимостей энергоёмкости от напряжения и зазора

 

Для того чтобы найти энергоёмкость W [кг*Дж³]:

(13)

Нужно найти массу m [кг], энергию E [Дж], время t[сек] и ток I [A] по формулам:

(14)

(15)

(16)

, где высота следа hc=0.5мм, Rср=0,076 плотность стали, Rэл [мм]-радиус электрод инструмента, V [мм/мин], j [А/см²]-плотность тока ,t [сек]-время, I [A]-ток, U=30 [B] площадь A [мм²] берём соответственно в первом случае по напряжению:

П о полученным данным, можем рассчитать энергоёмкость Q [кг*Дж³] по формуле (12):

По полученным данным построим график производительности Q [кг*Дж³] от напряжения U [B]:

Рис.7 График энергоёмкости от напряжения

Т.к. между энергией и напряжением прямая зависимость, а между энергоёмкостью обратная (5) видно, что с возрастанием напряжения, увеличивается энергоёмкость.

Проведём аналогичный расчёт только от зазора, следовательно, плотность тока j [А/см²] и площадь берём А [мм²] от зазора:

П о полученным данным, можем рассчитать энергоёмкостьQ [кг*Дж³] по формуле (12):

По полученным данным построим график производительности Q [кг*Дж³] от зазора S [мм²]:

Рис.8 График энергоёмкости от зазора

Подведя итог всех показателей от зазора, опираясь на формулы и график (6) видно, что с уменьшением зазора, увеличивается энергоёмкость.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

Статья: «Сглаживание профиля выпуклости сварного соединения методом многокоординатной электрохимической обработки»

Попилов Л.Я. Справочник по электрическим и ультразвуковым методам обработки материалов. Ленинград, "Машиностроение", 1971, 544 с.;

Код для цитирования: Скопировать