Глубокое электроэрозионное сверление микроотверстий

Положение следящего устройства (сервоустройства) и коэффициент искрового разряда для электроэрозионного (ЭЭ) сверления микроотверстий с использованием регулятора табличного управления коэффициентом усиления и контроллера, построенного на принципах нечеткой логики, показаны на рисунке 7.24. Глубина микроотверстий 2.28 мм. Регулятор табличного управления коэффициентом усиления не может обеспечить необходимую глубину сверления микроотверстия. После 131 сек. электрод переместился только на 1.6 мм. Контроллер, построенный на принципах нечеткой логики, может успешно завершить сверление глубокого микроотверстия за 105 сек. Неспособность регулятора табличного управления коэффициентом усиления выполнить сверление и слишком долгое время сверления при использовании контроллера, построенного на принципах нечеткой логики, вызваны в первую очередь сложностью смыва стружки, что является важной проблемой ЭЭ сверления глубоких микроотверстий. Этот эксперимент показывает, что контроллер, построенный на принципах нечеткой логики, является более приспособленным к различным формам микроотверстий при электроэрозионном сверлении.

 

Рисунок. 7.24

Глубокое ЭЭ сверление микроотверстий с использованием регулятора табличного управления коэффициентом усилия и контроллера, построенного на принципах нечеткой логики.

 

Электроэрозионное сверление микроотверстий малого диаметра

Положение следящего устройства и коэффициент искрового разряда для ЭЭ сверления микроотверстий малого диметра показаны на рисунке 7.25. Диаметр электрода составляет 75 мкм, что значительно увеличивает время цикла сверления (по сравнению со стандартной длительностью цикла 25-30 сек. для электрода 150 мкм) по причине небольшого размера. При использовании регулятора табличного управления коэффициентом усиления время сверления составляет 165 сек. Для контроллера, построенного на принципах нечеткой логики, время сверления 57 сек., что намного короче, чем у регулятора табличного управления коэффициентом усилия. Для обоих регуляторов скорость сверления снижается по мере того, как электрод продвигается глубже, из-за трудности смыва стружки.

 

Рисунок. 7.25

ЭЭ сверление микроотверстий малого диаметра с помощью электрода диаметром 75 мм с использованием регулятора табличного управления коэффициентом усилия и контроллера, построенного на принципах нечеткой логики.

 

Выводы

Были рассмотрены мониторинг и управление процессом изготовления микроотверстий электроэрозионным методом. Технология субнаносекундного контроля процесса ЭЭ сверления продемонстрировала возможность наглядного представления взаимодействия системы напряжение-ток. Она также указывает на необходимость проведения в будущем исследования, посвященного сочетанию физики плазмы и субнаносекундного мониторинга процесса ЭЭ сверления для изучения наноразмерных механизмов разрядки. Контроллер, построенный на принципах нечеткой логики, может стать основой развития систем управления c искусственным интеллектом, а также экспертных систем в режиме реального времени для изготовления микроотверстий электроэрозионным методом. На основе данной конфигурации контроллер, построенный на принципах нечеткой логики, может быть дополнительно преобразован в единую систему путем добавления онлайн-модулей оптимизации для того, чтобы обеспечить способность самообучения, или путем создания базы данных для хранения информации о процессе ЭЭ сверления различных типов микроотверстий для обслуживания пользовательских запросов в автономном режиме (офф-лайн).

Потребность в чистых и энергосберегающих дизельных двигателях продолжает стимулировать появление инновационных электроэрозионных методов в изготовлении форсунок и измерительных технологий. Для того чтобы эффективно получить обратную конусность [51] отверстий для впрыска дизельного топлива, независимо друг от друга были разработаны специальные устройства для электроэрозионного процесса и налажено их серийное производство, например регулируемая вращающаяся направляющая электрода-проволоки фирмы Posalux S. A., Швецария, а также двухосевая ЭЭ головка для формирования отверстий, изготовленная компанией AnnArborMachine, расположенной в Мичигане. Компьютерная томография с использованием рентгеновского сканирования также использовалась для измерения геометрии форсунки. Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в области ЭЭ процесса изготовления микроотверстий в форсунках для распыления дизельного топлива дали толчок к развитию технологии производства дизельных двигателей в течение последних четырех десятилетий. Пока другие методы обработки, такие как изготовление микроотверстий импульсным лазером, не докажут свою эффективность в массовом производстве с соблюдением требуемого качества, электроэрозионный способ будет по-прежнему доминирующим производственным процессом для сверления микроотверстий в форсунках для распыления дизельного топлива.

 

Вопросы

7.1 Почему малые и конусные распылительные отверстия являются предпочтительными для впрыска дизельного топлива под высоким давлением? Однако существует много ограничений, которые ограничивают получение минимального диаметра отверстия и большого конуса при существующей технологии ЭЭ сверления. Каковы эти ограничения, и каким образом они могут быть решены технически?

7.2 В соответствии с разделом 7.2.2, отрицательная полярность имеет определенное воздействие на форму наконечника электрода. Есть ли другое применение этому явлению в микро-электроэрозионном процессе, когда отрицательную полярность вероятно можно произвести?

7.3 Как глубокое ЭЭ сверление микроотверстий, так и ЭЭ сверление микроотверстий малого диаметра являются технически проблематичными из-за сложностей смыва стружки. Оставшиеся стружки, плавающие в разрядном зазоре, вызывают дуговой пробой, а также короткие замыкания. На основе рис. 7.24 и 7.25 спрогнозируйте, как формы волн напряжения в межэлектродном зазоре и тока могут выглядеть для этих двух процессов сверления? Подумайте о 20 или 30 последовательных импульсах на временной линии и о возможном распределении искры, дугового разряда, и о коротких импульсах, основанных на коэффициентах искрового разряда, показанных на рис. 7.24 и 7.25.

7.4 Контроллер ЭЭ процессов, построенный на принципах нечеткой логики, с несколькими входами показал свою способность уменьшить время цикла и минимизировать аномальные разряды, то есть дуговой пробой и короткие замыкания. Входные параметры, использованные в этом исследовании, – это среднее напряжение в межэлектродном зазоре и изменение коэффициента искрового разряда во времени. Какие еще параметры электроэрозионной обработки могут быть использованы для контроллера, построенного на принципах нечеткой логики?

7.5 Микро-электроэрозионная обработка имеет широкий спектр применения в промышленности. Какие еще существуют применения микро- электроэрозионной обработки помимо распылительных отверстий впрыска дизельного топлива?

7.6 Было предложено много других нетрадиционных способов сверления микроотверстий, такие как электрохимическая обработка, гибридный метод, использующий электрохимические и электроэрозионные техники, метод, сочетающий электроэрозионную технику с ультразвуковой вибрацией, лазерное сверление, электроэрозионное сверление с помощью магнитного поля. Все они имеют потенциал для передовых технологий сверления распылительных отверстий впрыска дизельного топлива. Подумайте о преимуществах и недостатках каждого метода и попытайтесь создать матрицу сравнения.