ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 621.9.048.4
DOI: 10.18503/1995-2732-2026-24-2-102-114
Аннотация
Проволочно-вырезная электроэрозионная обработка (ПВЭЭО) широко применяется в машиностроении, однако обрывы проволочного электрода-инструмента остаются в настоящее время одной из ключевых проблем, снижающих эффективность процесса. Исследование гидродинамики диэлектрической жидкости в рабочем зазоре позволяет выявить критические режимы обработки и минимизировать вероятность обрывов. Недостаточность сведений о месте образования мостика сварки и его влиянии на возникновение короткого замыкания и обрывы проволоки, а также противоречивость данных об условиях стабильной прокачки диэлектрической жидкости обусловливают актуальность данного исследования. Целью работы является экспериментальное исследование потоков диэлектрической жидкости при ПВЭЭО для определения зон возникновения «мостика сварки» и предотвращения обрывов электрода-инструмента. Методом вычислительной гидродинамики выполнено компьютерное моделирование потоков жидкости с последующими макетными и натурными экспериментами на станке Sodick VZ 300L. Научная новизна работы заключается в установлении области столкновения встречных потоков диэлектрической жидкости в рабочем зазоре при ПВЭЭО, расположенной на 5% ниже геометрической полувысоты детали, подвергнутой обработке в режиме «CLOSE». На основе результатов моделирования предложена гипотеза о локализации области формирования «мостика сварки», приводящего к обрыву проволоки. Практическая значимость полученных результатов заключается в возможности оптимизации системы подачи диэлектрической жидкости в межэлектродный зазор, снижении вероятности обрывов проволоки и повышении производительности ПВЭЭО. С учетом полученных результатов представляет интерес моделирование условий удаления частиц шлама из межэлектродного промежутка при различных режимах промывки межэлектродного зазора (отключение одного из сопел, увеличение/уменьшение давления промывки для предотвращения образования «рециркуляционной зоны». Альтернативным направлением развития дальнейших исследований является разработка алгоритмов адаптивного управления параметрами прокачки в реальном времени.
Ключевые слова
Проволочно-вырезная электроэрозионная обработка, обрыв проволоки, мостик сварки, прокачка жидкости, моделирование потоков жидкости, короткое замыкание.
Для цитирования
Имитационное моделирование и экспериментальное исследование прокачки диэлектрической жидкости в ходе проволочно-вырезной электроэрозионной обработки / Федоров А.А., Бредгауэр Ю.О., Полонянкин Д.А., Гаранин Д.В., Бобков Н.В., Осташ С.В. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2026. Т. 24. №2. С. 102-114. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2026-24-2-102-114
1. Yan M. T., Huang P. H. Accuracy improvement of wire-EDM by real-time wire tension control // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2004, vol. 44, no. 7-8, pp. 807-814.
2. Kinoshita N., Fukui M., Gamo G. Control of wire-EDM preventing electrode from breaking // CIRP Annals. 1982, vol. 31, no. 1, pp. 111-114. https://doi.org/10.1016/S0007-8506(07)63279-X
3. Wang W. M., Rajurkar K. P. Monitoring sparking frequency and predicting wire breakage in WEDM // Winter Annual Meeting of the American Society of Mechanical Engineers. Publ by ASME, 1992. С. 49-64.
4. Tosun N., Cogun C. An investigation on wire wear in WEDM // Journal of materials processing technology. 2003, vol. 134, no. 3, pp. 273-278. https://doi.org/10.1016/S0924-0136(02)01045-2
5. Abhilash P. M., Chakradhar D. Failure detection and control for wire EDM process using multiple sensors // CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. 2021, vol. 33, pp. 315-326.
6. Исследование причин обрыва электрода при проволочно-вырезной электроэрозионной обработке пакетированных заготовок / Шлыков Е. С. и др. // Современные проблемы науки и образования. 2013. №. 5. С. 76-76.
7. Investigation of the impact of Rehbinder effect, electrical erosion and wire tension on wire breakages during WEDM / Fedorov A.A. et al. // Journal of Materials Processing Technology. 2018, vol. 256, pp. 131-144. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2018.02.002
8. Pramanik A., Basak A. K. Sustainability in wire electrical discharge machining of titanium alloy: understanding wire rupture // Journal of Cleaner Production. 2018, vol. 198, pp. 472-479. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.07.045.
9. A study on EDM debris particle size and flushing mechanism for efficient debris removal in EDM-drilling of Inconel 718 / Tanjilul M. et al. //Journal of Materials Processing Technology. 2018, vol. 255, pp. 263-274. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2017.12.016
10. Study on the Movement Rule of Discharge Products in Large Area Titanium Alloy Machining by Electrical Discharge Machining / Dong L. I. et al. // Journal of Mechanical Engineering. 2017, vol. 53, no. 21, pp. 200-208. https://doi.org/10.3901/JME.2017.21.200
11. Bommeli B., Frei C., Ratajski A. On the influence of mechanical perturbation on the breakdown of a liquid dielectric // Journal of electrostatics. 1979, vol. 7, pp. 123-144. https://doi.org/10.1016/0304-3886(79)90067-6
12. Kumar R., Singh I.Productivity improvement of micro EDM process by improvised tool // Precision Engineering. 2018, vol. 51, pp. 529–535.
13. Yanatori K., Kunieda M. Study on debris movement in EDM gap // Journal of The Japan Society of Electrical Machining Engineers. 1995, vol. 29, no. 61, pp. 19-27.
14. Li Z., Bai J. Influence of alternating side gap on micro-hole machining performances in micro-EDM // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2018, vol. 94, no. 1, pp. 979-989. https://doi.org/10.1007/s00170-017-0959-9
15. Schumacher B. M. About the role of debris in the gap during electrical discharge machining // CIRP annals. 1990, vol. 39, no. 1, pp. 197-199. https://doi.org/10.1016/s0007-8506(07)61034-8
16. Suda T. Movement of conductive particles in EDM gap // JSEME. 1974, vol. 7, no. 14, pp. 19-28.
17. Yanatori K., Kunieda M. Study on debris movement in EDM gap // Journal of The Japan Society of Electrical Machining Engineers. 1995, vol. 29, no. 61, pp. 19-27. https://doi.org/10.2526/jseme.29.61_19
18. Computational fluid dynamics analysis of working fluid flow and debris movement in wire EDMed kerf / Okada A. et al. // CIRP annals. 2009, vol. 58, no. 1, pp. 209-212. https://doi.org/10.1016/j.cirp.2009.03.003
19. Шлыков Е. С., Абляз Т. Р., Муратов К. Р. Теоретическое моделирование процесса промывки межэлектродного пространства при копировально-прошивной электроэрозионной обработке изделий, выполненных из полимерных композитных материалов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2022. Т. 24, № 2. С. 25–38. http://dx.doi.org/10.17212/1994-6309-2022-24.2-25-38
20. Wire breakage and deflection caused by nozzle jet flushing in wire EDM / Okada A. et al. // CIRP annals. 2015, vol. 64, no. 1, pp. 233-236. http://dx.doi.org/10.1016/j.cirp.2015.04.034
21. Optimization of nozzle flushing method for smooth debris exclusion in wire EDM / Fujimoto T. et al. // Key Engineering Materials. 2012, vol. 516, pp. 73-78. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.516.73
22. Investigating wire breakage during EDM with fractographic analysis // Journal of Physics: Conference Series / Bredgauer I. O. et al. // IOP Publishing. 2021, vol. 1791, no. 1, pp. 012005. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1791/1/012005