Рассмотрение моделирования процесса формообразования детали. Анализ физических и технологических аспектов процесса электроэрозионной обработки и инициирования электрического разряда в диэлектрических средах. Обзор философских аспектов моделирования.
Аннотация к работе
В данной работе рассматривается моделирование процесса формообразования детали, т.е. преобразование заготовки в готовую деталь. Качество детали во многом определяется ее поверхностью, которая на практике не отвечает номинальной: на поверхности возникают различного рода микронеровности, ухудшающие эксплуатационные свойства детали. Однако многие явления и физические принципы процесса остаются неясными, а для существующих моделей электроэрозионного формообразования разработаны теории, существенно упрощающие физическую сущность процесса, содержат многочисленные допущения и приближения и далеко не всегда могут объяснить природу явлений, наблюдаемых на практике. Тем не менее, принимая во внимание эти недостатки, мы можем исследовать в модели те аспекты процесса, которые в ходе натурного эксперимента рассмотреть трудно или даже невозможно. От того, насколько хорошо составлена модель зависит ее адекватность, т.е. степень соответствия ее реальному объекту и степень способности быть использованной на практике вместо реального объекта.В связи с этим радиус rл лунки, глубина hл лунки и их соотношение, характеризующееся коэффициентом K = rл/hл, будут оказывать существенное влияние на параметры шероховатости поверхности. Текущий радиус rлi лунки в полярной системе координат с полюсом в центре лунки можно определить из выражения rлi = rл ср ak cos(kг? ?k), где rл ср - радиус средней окружности лунки; ak, ?k - амплитуда и фаза k-й гармоники, характеризующей погрешность формы; ? - полярный угол; кг = 2; 3; 4; 5; ... В результате электроэрозионной обработки поверхность приобретает специфическую шероховатость, параметры которой определяются размерами и геометрией двух групп неровностей: полученных в результате взаимного пересечения лунок и образовавшихся в результате искажения профиля лунки. Количество же выступов высотой R? будет намного меньше количества выступов высотой R?, так как между двумя выступами, образованными пересечением лунок и определяемыми R?, находится множество небольших выступов, образованных в результате микропорций расплавленного металла и определяемых R? (рис. К параметрам шероховатости относятся высота неровностей профиля R, высота неровностей профиля по десяти точкам Rz , среднее арифметическое отклонение профиля Ra, радиусы округления выступов ?в и впадин ?вп профиля, радиус округления вершин выступов rв, угол наклона боковой поверхности неровности ?, средний шаг неровностей профиля по вершинам s и по средней линии sm, число пересечения профиля со средней линией на единицу длины профиля мв и возвышающихся над средней линией m0, коэффициент заполнения профиля пустотами кп и металлом км, относительная опорная длина профиля tp, определяемые на базовой длине l.Напряженность электрического поля Е на вершине острия можно оценить, используя известное приближение гиперболоида вращения над плоскостью. где U - напряжение на разрядном промежутке, d - расстояние от острия до плоскости. Для разряда в пентане и циклогексане с отрицательного острия образование структуры, напоминающей пузырек, регистрировалось в полях с E = 10 - 20 МВ/см. В коротких промежутках (d <1 см) в области напряжений, соответствующих переходу от медленных разрядов первого типа к разрядам второго типа, в н-гексане регистрировались токи i = 10 - 30 МА. При этом, в отличие от структур первого типа, токи и свечение содержат непрерывную компоненту на протяжении всего времени развития разряда. Для структур третьего типа при разряде с электрода положительной полярности регистрировались токи 0.05 - 0.1 А, при этом плотность тока в некоторых жидкостях j > 1000 А/см2.Необходимыми условиями осуществления моделирования являются: а) наличие объекта-посредника, замещающего оригинал; б) сходство оригинала объекта и посредника в существенных, важных для исследования свойствах; в) возможность получения при исследовании модели новой информации, г) возможность последующей экстраполяции новой информации на оригинал. Определяя гносеологическую роль теории моделирования, т. е. ее значение в процессе познания, необходимо прежде всего отвлечься от имеющегося в науке и технике многообразия моделей и выделить то общее, что присуще моделям различных по своей природе объектов реального мира. Стадии познания, на которых происходит такая замена, а также формы соответствия модели и оригинала могут быть различными: моделирование как познавательный процесс, содержащий переработку информации, поступающей из внешней среды, о происходящих в ней явлениях, в результате чего в сознании появляются образы, соответствующие объектам; 2) моделирование, заключающееся в построении некоторой системы-модели (второй системы), связанной определенными соотношениями подобия с системой-оригиналом (первой системой), причем в этом случае отображение одной системы в другую является средством выявления зависимостей между двумя системами, отраженными в соотношениях подобия, а не результатом непосредственного изучения поступающей информации.
Введение
В данной работе рассматривается моделирование процесса формообразования детали, т.е. преобразование заготовки в готовую деталь. Качество детали во многом определяется ее поверхностью, которая на практике не отвечает номинальной: на поверхности возникают различного рода микронеровности, ухудшающие эксплуатационные свойства детали. Совокупность таких микронеровностей называется шероховатостью поверхности. Одной из задач электронного машиностроения является обеспечить требуемые параметры шероховатости детали. Одним из наиболее эффективных способов формообразования, в частности, обработки поверхности, является метод электроэрозионной обработки, сущность которого заключается в разрушении материала с помощью последовательности электрических разрядов. Этот процесс достаточно хорошо изучен и успешно применяется на практике. Однако многие явления и физические принципы процесса остаются неясными, а для существующих моделей электроэрозионного формообразования разработаны теории, существенно упрощающие физическую сущность процесса, содержат многочисленные допущения и приближения и далеко не всегда могут объяснить природу явлений, наблюдаемых на практике. Не лишено такого недостатка и компьютерное моделирование процесса электроэрозионного формообразования, рассматриваемое в данной работе. Тем не менее, принимая во внимание эти недостатки, мы можем исследовать в модели те аспекты процесса, которые в ходе натурного эксперимента рассмотреть трудно или даже невозможно. От того, насколько хорошо составлена модель зависит ее адекватность, т.е. степень соответствия ее реальному объекту и степень способности быть использованной на практике вместо реального объекта. Хорошо составленная модель должна учитывать как можно больше экспериментальных и теоретических сведений о процессе. С другой стороны есть ограничитель, не позволяющий произвольным образом уточнять модель и повышать степень ее адекватности. Причина здесь не столько в количественном и качественном недостатке экспериментально-теоретической базы, сколько в ограниченных возможностях ЭВМ. Даже современные компьютеры не позволили с достаточно большой скоростью совершать вычислительные процессы при работе с моделью, описанной в данной работе. Во многом это является следствием ее недоработки. Но данная работа не ставит своей целью поиск идеальной модели, вполне пригодной для практического использования - такой модели нет и быть не может. В работе выбран наиболее оптимальный вариант модели, основанный на предыдущих ее формах и учитывающий достаточно большое число теоретических сведений, которые вполне согласуются с экспериментом. Здесь же приведены и пути улучшения модели, а также ограничения, с которыми пришлось столкнуться при реализации таких вариантов. Для полноты сведений, для введения в суть дела был осуществлен критический обзор литературы, содержащей сведения о процессе электроэрозионного формообразования. Представлены сведения о сущности имитационного моделирования. Наконец, рассмотрена сама модель, история ее создания и два наиболее употребимых варианта (называемых условно моделью-А и моделью-В), достоинства и недостатки каждого из них, программы, написанные в среде MATLAB, основные блоки программ с построчным описанием каждой команды, блок-схемы этих программ, результаты работы программы и различные варианты примеров задач, решаемых с помощью модели. В заключении приведены выводы - общенаучный, внутрифизический и частно-практический о процессе моделирования, степени его применимости к процессу электроэрозионного формообразования, результатах работы с данной моделью и дальнейшее применение модели на практике.