Механическая обработка отверстий

Механическая обработка отверстий

Распылителя дизельных топливных систем

Микроэлектронным разрядом

Введение

История

7.1.2 Сверление EDM микро-отверстий.

7.1.3 Процесс наблюдения за EDM сверлением.

Выявление размеров микро-отверстий.

7.1.5 Контроллеры процесса EDM

7.2 Суб-наносекундный контроль импульсов EDM микроотверстий

7.2.1 Важность контроля EDM микроотверстий

Мониторинг процесса EDM

Выходные параметры EDM

EDM импульсы искры и дуги.

Искра и дуга при сверлении.

Искровой и дуговой импульсы при выправлении электрода

Измерение формы микроотверстий

История вопроса

7.3.2 И змерение

Настройка машины

Определение координат точек соприкосновения

Процедура измерения микроотверстия

Характеристики микроотверстий

Оценка повторяемости и воспроизводимости измерительного устройства

Результаты измерений

Оценка повторяемости и воспроизводимости измерительного устройства для измерения микроотверстий

Влияние абразивно-струйной обработка на геометрию микроотверстий.

Контроллер, построенный на принципах нечеткой логики при электроэрозионном сверлении микроотверстий

Обзор контроллеров в процессе электроэрозионного сверлении

Контроллер, построенный на принципах нечеткой логики

Примеры управления с использованием нечеткой логики при электроэрозионном сверлении

Глубокое электроэрозионное сверление микроотверстий

Электроэрозионное сверление микроотверстий малого диаметра

Выводы

Вопросы

Chen-Chun Kao и Albert Shih

Введение

История

 

Цель данной главы - дать читателю общее представление об уровне развития производства и метрологии технологий для сверления отверстий распылителя дизельных топливных систем. Геометрия распылительного отверстия влияет на процесс распыливания топлива, оно является важной частью двигателя. В свою очередь оно приводит к повышению эффективности внутреннего сгорания и снижению выбросов твердых частиц. Данная глава начинается с описания микро-отверстий, подверженных электроэрозионной обработке (EDM), а затем объясняет метод, необходимый для создания отверстий распылителя, приводит исследования и метод контроля, а так же рассказывает об измерении отверстия распылителя. Наконец, она несет в себе различные замечания, дабы читатели смогли использовать эти знания в будущей работе и вышли за пределы данной статьи.

Введение

История

Геометрия распылительного отверстия в сопло инжектора дизельного топлива влияет на распыливание топлива, проникновение брызг, а также сгорания и выбросов. Таким образом, отверстие является одним из важнейших элементов для чистых и энергосберегающих дизельных двигателей. Рисунок 7.1 иллюстрирует конфигурацию дизельной форсунки топлива. Игла, которая также называется плунжер, точно контролируется с помощью гидравлического, электромагнитного, или пьезоэлектрического привода для впрыскивания дизельного топлива через распылительные отверстия в цилиндры. Сверление с использованием сверла – являлся основным методом изготовления отверстий распылителя до 1970-х годов. После этого, из-за необходимости увеличения давления впрыска топлива, в качестве базы была использована термо обработанная высокопрочная сталь. Из-за этого толщина стенки сопла увеличилась. Процесс сверления сильно усложнился из-за раскаленной поверхности, жесткого материального свойства, и большой глубины отверстия.

Таким образом, метод для сверления отверстий с помощью электрического разряда механической обработкой (EDM) был разработан в 1970-х годах для замены обычного процесса.

Важной вехой для начала исследования микро-отверстия (EDM) был успешно проведенный эксперимент в научно-исследовательской лаборатории Philips в конце 1960-х годов. После этих революционных экспериментов, микро-отверстие (EDM) привлекло повышенное внимание и активно применялось в промышленном производстве, особенно при разработке дизельных топливных систем.

Принципиальная схема процесса бурения (EDM) для форсунок распылительных отверстий показана на Рис. 7.2. Проволочный электрод подается через направляющий керамический провод к детали. Искры, созданные в разрядном промежутке на кончике проволоки электрода, необходимы для удаления материала с заготовки и вызова некоторого износа электрода, для того, чтобы заострить кончик электрода. Вольфрам является самым распространенным материалом электрода из-за его высокой температуры плавления (3370°С) и низкой скорости износа инструмента.

Вольфрамовая проволока, необходимая для создания распылительного отверстия (EDM), делается на бесцентрово-шлифовальном станке [6]. Таким образом, достигается универсальный размера детали.

Размеры отверстия для впрыска в инжектор следующие - 120-180 мкм в диаметре и 1,0–1,2 мм в глубину.

Рисунок 7.3 показывает микрофотографии типичных отверстий для впрыска в инжектор. Процесс (EDM) определяет размер и геометрию отверстий распылителя. Измерения, геометрия, скорость потока и шероховатость поверхности отверстия имеют решающее значение для распыления, сгорания и выбросов вредных веществ в дизельных двигателях.

Меньший диаметр отверстия (<100 мкм) и высокое давление впрыска (>100 МПа) помогает генерировать более равномерный, что в свою очередь может привести к снижению оксид азота (NOx) и твердых частиц, так как это требуется нормами выбросов вредных веществ (см. рис. 7.4), установленными Агентством по охране окружающей среды США (EPA) и Европейского Союза. Но сокращение размера отверстия приводит к более высокому коэффициенту сжатия (глубина отверстия и диаметр), это основная техническая задача для микро-отверстие EDM. Отрицательные конические микро-отверстия, которые обрезаются в форме конуса с большим диаметром потока на входе чем на выходе, способны свести к минимуму проблемы кавитации [9], которые происходят во время инъекций в дизельных двигателях высокого давления. Однако, микро-сверление EDM, используя конфигурации, показанные на рис. 7.2, как правило, создает положительный конические отверстия. Эти технические вопросы требуют углубленного изучения процесса микро-сверления электро эразийных станков.

7.1.2 Сверление EDM микро-отверстий.

Одним из первых экспериментов на EDM микро-отверстиях был проведен в исполнении Ван Осэнбругена [10] в научно-исследовательской лаборатории Philips в конце 1960-х годов. Высокое соотношение микро-отверстий было изучено Masuzawa в соавторстве с [2,11] Takahata и [12] Lim [13]. Улучшение качества микро-отверстия может быть достигнуто при понижении уровня энергии разряда [14]. Минимизация емкостей между электродом и заготовкой для нижнего слива была изучена Masuzawa [15]. Влияние полярности, формы электрода и скорости вращения электрода в микро-отверстии исследуется Yan и его командой [16]. Результаты экспериментов показали, что необходимо использовать положительную полярность в EDM микро-отверстиях, в таком случае при сверлении уменьшится износ инструмента и поддержания точности отверстия.

Сверление вслепую довольно сложно, потому что мусор сосредотачивается в нижней части и может привести к чрезмерному износу электрода. Новый подход использует планетарное движение, и производит самостоятельно промывку для сверления микро-отверстий вслепую. Он был представлен Ву и его командой. [17]. Недавние исследования на EDM микро-отверстиях показали, что очень высокий коэффициент сжатия (свыше 20) может быть достигнут[18].

7.1.3 Процесс наблюдения за EDM сверлением.

Постоянный мониторинг процесса обеспечивает сбор информации, которая может быть проанализирована для оптимизации параметров EDM процесса. Контролируя процесс EDM, типы пульса могут быть классифицированы, так же можно собрать информацию об EDM после обработки.

Dauw и его команда. [19] разработали алгоритм: с помощью заданного напряжения и тока порогового значения выявляются отличительные импульсы EDM от всех зарегистрированных импульсов [20]. Пандит и Мюллер [21] представили метод, основанный на системе, которая собирает данные, чтобы различать типы пульса. Задержка зажигания EDM пульса была использована в качестве дискриминатора для идентификации импульса [22].

Искусственный интеллект был применен в классификации импульсов EDM. Применение нечеткой логики в процессе контроля EDM - считается надежным инструментом для дискриминации импульсов EDM.

[23]. Tarng и его команда [24] разработали нечетко различающуюся систему импульсов для обработки EDM процессов. Као и Tarng [25] и Лю и Tarng [26], применяли нейронные и абдуктивные сети, которые так же сообщили о наличии EDM импульсов. Обработка переходных нестационарных сигналов образующихся в процессе обработки вейвлет-преобразования была применена для фильтрации шума и извлечения сигнала о напряжении и токе [27].

Мониторинг процесса EDM

Пять входных или установочных параметров используются для мониторинга EDM микроотверстий:

Полярность: Полярность - это определение полюсов между заготовкой и электродом. В положительной полярности устанавливают заготовку в качестве анода и электрод в качестве катода, и, наоборот, для отрицательной полярности. Выбор полярности может сильно повлиять на износ проволочных электродов. Износ электрода, как ожидается, будет высоким при отрицательной полярности [6]. Это свойство используется для притупления кончика электрода, процедура, известная как электродная шлифовка. Во время сверления, чтобы уменьшить износ электрода, должна быть использована положительная полярность.

Глубина сверления: Глубина сверления - это расстояние от электродной проволоки до первоначального контакта с заготовкой. Глубина сверления контролируется серводвигателем и влияет на износ электрода.

Холостое напряжение, V O:Это напряжение системы, когда цепь ЭЭ находится на открытом воздухе и создается энергия для разрядки. Пример открытой цепи с напряжением 210 В показан на рисунке 7.6.

Длительность импульса, T _D: Как показано на рисунке 7.6, T _D - это длительность положительного разрядного тока в течение одного импульса EDM. Измеренное значение T _D, как правило, длиннее, чем входное значение из-за времени, необходимого для подъема и падения тока во время разрядки. Входное значение для T _D искры на рисунке 7.6 составляет 0,1мкс. Фактическое значение составляет около 0,3 мкс.

Время прерывания (частота) импульса, T _off: Это время от конца одного импульса EDM до начала следующего импульса, как показано на рисунке 7.6. В течение времени прерывания импульса, генератор импульсов находится в выключенном состоянии и ток равен нулю.

Рисунок 7.6 Входные и выходные параметры искровых и дуговых импульсов в процессе EDM (From Kao, C.C. и Shih, A.J., Int. J. Mach. Tools Manuf., 46, 1996, 2006.)

Процесс EDM используемый для сверления микроотверстий, подходящих для инжектора дизельного двигателя, как правило, состоит из трех этапов: электродная шлифовка, сверление и проникновение.

Этап 1, электродная шлифовка: Кончик вольфрамового проволочного электрода заточен во время процесса EDM микроотверстий. На рисунке 7.7а показан пример заостренного электрода после завершения процесса сверления EDM. Этап электродной шлифовки происходит в начале контакта электрода с обрабатываемой деталью, используя отрицательную полярность, что увеличивает износ электрода и притупляет наконечник. Было доказано на практике, что это важное условие для сохранения постоянного диаметра микроотверстий.

Рисунок 7.7b показывает форму наконечника электрода после 1 этапа, притупляется кончик электрода и покрывается тонким слоем переработанного материала.

Рисунок 7.7 SEМ-изображения наконечника вольфрамового проволочного электрода a – заостренный наконечник электрода после этапа 3 EDM; b – отшлифованный наконечник электрода после этапа 1 EDM (диаметр проволочного электрода 125 мкм) (From Kao, C.C. и Shih, A.J., Int. J. Mach. Tools Manuf., 46, 1996, 2006.)

Рисунок 7.8 Процесс проникновения на этапе 3 EDM: a – изношенный наконечник проволочного электрода приводит к более узкому выходному отверстию; b – увеличение выходного отверстия происходит из-за чрезмерного хода проволочного электрода.

2 -й этап, сверление: На этапе 2 применяется положительная полярность, чтобы увеличить скорость сверления, сохраняя при этом допустимый размер стружки для эффективного ее удаления.

Этап 3, проникновение: Как показано на рисунке 7.8a, в то время, когда острый кончик электрода проникает с другой стороны заготовки, электрод все еще должен двигаться вперед на установленное расстояние, называемое чрезмерный ход, чтобы поддерживать постоянный диаметр внутри отверстия. Для наилучшего выброса загрязняющих веществ двигателем, большой диаметр отверстия на этом этапе, показанным на рисунке 7.8b, является предпочтительным.

Выходные параметры EDM

Семь главных выходных параметров EDM может быть измерена из наблюдения за импульсом EDM. Все семь параметров обозначены на рис.7.6

Разрядный ток I _d: Это максимальное значение положительного тока во время разрядки.

Обратный ток, I _г: Это максимальное значение отрицательного тока во время разрядки является обратным разрядному, который, как сообщает Hebbar [29], течет напротив разрядного тока из-за паразитной емкости системы [41,42].

Предварительно разрядный ток I_р:Используя частоту дискретизации 2 ГГц, обнаружили уникальное явление. Ток начинает возрастать до падения напряжения в разрядке. Максимальное значение тока до падения напряжения определяется как предварительно разрядный ток.

Время предварительной разрядки, Т _р, Период времени от увеличения тока до падения напряжения в начале разрядки называется временем предварительной разрядки, Т _р.

Время разрядки, T _D: Это продолжительность времени, в котором существует разрядка тока, как положительная, так и отрицательная.

Интервал напряжения, V _i: Это стационарное напряжение после затухания звонового эффекта. Интервал напряжения не является постоянным для всех импульсов в последовательности импульсов EDM. Значение зависит от промежуточных условий, таких как чистота диэлектрической жидкости и концентрация стружки в отверстии.

Время звона, T _R: Аналогично понятию времени стабилизации во временном отклике в анализе динамических систем[43], время звона определяется как период времени от t ₀, например, когда отрицательный ток повышается до нуля, до t ₁, когда колебания напряжения достигает и остается в пределах 5% от интервала напряжения V _i.. И t ₀ и t ₁ отмечены на рисунке 7.6.

 

EDM импульсы искры и дуги.

Стадии искры и дуги при сверлении (Стадия 2), а также при выправлении электрода (Стадия 1) представлены графически на рисунках 7.9 и 7.11, соответственно, при этом используется репрезентативный выборочный интервал 0,5 нс. Шесть последовательных периодов, обозначенных как «Период I» …. «Период VI», выявляются в каждой выборке искрового и дугового импульса.

- Период I: Напряжение растет и останавливается на характерном для разомкнутой цепи уровне V₀, в это время ток остается равным нулю. В течение Периода I электрод постепенно приближается к заготовке.

- Период II: Ток растет, напряжение остается неизменным в этот период. Ток предварительного разряда I_p достигается в конце Периода II. Продолжительность Периода II определяется временем предварительного разряда Т_р. В течение Периода II начинает заряжаться паразитная емкость [42], что присуще EDM цепи.

- Период III: Напряжение в этот период падает с уровня разомкнутой цепи V₀ до нуля. В начале Периода III происходит особенно быстрое падение напряжения. Скорость падения напряжения будет проанализирована в разделе 7.2.3.1. Высокочастотные колебания напряжения, обусловленные быстрым изменением полного сопротивления искрового зазора [44], возникают после быстрого падения напряжения. Ток, как правило, растет до пикового значения в данном периоде.

- Период IV: Начинается при нулевом напряжении и заканчивается с достижением нулевого тока. Напряжение в этот период становится отрицательным.

- Период V: Характеризуется отрицательным обратным током и его пиковым значением I_r.

- Период VI: Период т.н. «эффекта звона».

 

Искра и дуга при сверлении.

Искровой импульс Стадии 2 проиллюстрированный на рисунке 7.9а является наиболее показательным и, следовательно, рассмотрен в первую очередь. В течение Периода I напряжение разомкнутой цепи V₀=210 В и ток равен нулю. Время предварительного разряда Т_р=30 нс и предразрядный ток I_p=1.1 А в Периоде II. Увеличенное изображение процесса падения напряжения, маркированное прямоугольником А на рисунке 7.9а, приведено подробно на рисунке 7.10а. Скорость падения напряжения равна -37,6 В/нс. Разрядный ток Периода III I_d=6,3 А и продолжительность периода 230 нс. В Периоде V обратный ток I_r достигает значения -1,2 А. Время разряда Т_d определяется промежутком от Периода II до Периода V в 652 нс. Интервал напряжения V_i оценен в 28 В за Период VI.

Дуговой импульс Стадии 2 показан на рисунке 7.9в. В Периоде I напряжение постепенно растет, но не остается на уровне V₀ до разряда. Длительность Периода II Т_р=23 нс, при этом значение тока I_p=1,2 А. В Периоде III быстрое падение напряжения начинается со 172 В, что на 38 В меньше чем V₀. Крупный план падения напряжения, маркированный прямоугольником В на рисунке 7.9в, показан на рисунке 7.10в. Скорость падения напряжения -14,7 В/нс, что меньше аналогичного значения в искровом импульсе. Хеббаром [29] предложено использовать скорость падения напряжения при разряде для разделения искрового и дугового импульсов. Также можно оценить амплитуду высокочастотных колебаний напряжения в Периоде III. Ток в этом периоде I_d=6,5 А. длительность Периода IV 69 нс. В Период V ток I_r=-1,5 А при длительности 344 нс. T_d=690 нс, это примерно на 6% больше чем аналогичное значение в искровом импульсе.

Интервал напряжения V_i оценен в 25 В в Периоде VI. В целом, значения длительности предварительного разряда, напряжения разряда и скорости падения напряжения в начале разряда в дуговом импульсе меньше аналогичных значений в искровом импульсе.

 

История вопроса

Точное измерение формы микроотверстий затруднено из-за маленького диаметра и большого соотношения сторон. В производстве дизельных двигателей из-за строгих норм выбросов [45,46] измерение геометрии выпускных отверстий стало важным инструментом управления качеством, достижение которого требует совместных усилий инженеров-конструкторов и производственных специалистов.

Рис. 7.12

Классификация формы микроотверстия для топливной форсунки: (а) положительная конусность, (б) отрицательная конусность, и (C) закругленное входное отверстие для потока воздуха(из Kao, С.С., и Shih, A.J, Meas.Sci. Technol., 18, 3603. 2007).

 

Гидл и соавторы [3] классифицируют формы микроотверстий следующим образом: отрицательная конусность, положительная конусность, и закругленное входное отверстие для потока воздуха (воздухоприемное отверстие), как показано на рис. 7.12. При электроэрозионной обработке сверлением, если параметры процесса остаются неизменными во время сверления, отверстие будет иметь положительную конусность из-за износа проволочного электрода. Усовершенствованные методы электроэрозионной обработки микроотверстий могут изменять параметры технологического процесса на разных стадиях, что позволяет контролировать форму отверстия [47].

Электрод с плоским наконечником (см. рис. 7.7 б) может уменьшить положительную конусность в высверленном отверстии. Ближе к концу электроэрозионной обработки микроотверстия, напряжение в межэлектродном разрыве увеличивается, тем самым увеличивая ширину зазора внутри микроотверстия, что позволяет получить отрицательную конусность, как показано на рис. 7.12 б. Закругленное входное отверстие для потока воздуха, как показано на рис. 7.12 c, может быть получено с помощью абразивно-струйной обработки, которая заключается в том, что абразивное средство под высоким давлением проходит через микроотверстие, чтобы сделать входную кромку микроотверстия закругленной [48-50]. Было доказано, что как отверстия с отрицательной конусностью, так и отверстия с закругленным входом потока улучшают поток дизельного топлива и характеристики распыления и могут уменьшить количество выхлопных выбросов двигателя [3,28]. Измерение формы с помощью координатно-измерительной машины Werth обеспечивает количественный метод, который определяет и оценивает влияние абразивно-струйной обработки на геометрию микроотверстия [51].

 

Измерение

Настройка машины

Измерения микроотверстий форсунки были проведены с помощью оборудования WerthVideoCheckHA 400CMM. На рис. 7.13 схематически показана установки координатно-измерительной машины, используемая для измерения положения сферы с помощью зонда из стекловолокна со сферическим наконечником и оптического датчика зарядно-сцепного устройства (ЗСУ).

Рисунок 7.13

Измерение микроотверстия, используя сочетание оптических и контактных датчиков в координатно-измерительной машине

(из Kao, С.С., и Shih, A.J, Meas. Sci. Technol., 18, 3603. 2007).

 

Рисунок 7.14

Установка для измерения микроотверстия: (а) обзор форсунки, зонда, а также оптических линз и (б) крупный план зонда из стекловолокна (из Kao, С.С., и Shih, A.J, Meas. Sci. Technol., 18, 3603. 2007).

 

Общее представление экспериментальной установки дано на рис. 7.14а. Зонд сделан из стекла, а его наконечник имеет сферический шар диаметром 74 мкм. Крупный план наконечника форсунки и зонда из стекловолокна показан на рис. 7.14б. Три источника света проникают во внутреннюю, верхнюю и нижнюю части микроотверстия. Свет может быть передан через стекло для освещения внутренней части микроотверстия. На вершине есть свет вокруг линзы объектива. Внутри форсунки металлическая трубка диаметром 1 мм с отражающим зеркалом на конце подает свет в нижнюю часть отверстия.

Координатно-измерительная машина имеет три оси. Форсунка с микроотверстиями перемещается по осям «Х» и «Y». Зонд перемещается вверх и вниз по оси Z. Все оси имеют разрешение 0,1 мкм и перемещаются с помощью ручного или компьютерного режима управления. Специально разработанное крепление может сориентировать выпускное отверстие по трем взаимно перпендикулярным осям, которые контролируются компьютером.

 

Рисунок 7.15

Измерение микроотверстия сферическим наконечником зонда: (а) сферический наконечник зонда внутри микроотверстия и (б) сферический наконечник зонда в контакте с микроотверстием и выделенный пользователем прямоугольник для идентификации дуги.

(из Kao, С.С., и Shih, A.J, Meas. Sci. Technol., 18, 3603. 2007).

 

Рисунок 7.16

Определение точки соприкосновения между поверхностью микроотверстия и наконечником зонда. (из Kao, С.С., и Shih, A.J, Meas. Sci. Technol., 18, 3603. 2007).

 

Рисунок 7.17

Измерение формы микроотверстий: (а) ориентация системы координат и положение отдельных точек измерения и (б) глубина различных сечений по данным трех этапов электроэрозионной обработки (из Kao, С.С., и Shih, A.J, Meas. Sci. Technol., 18, 3603. 2007).

 

· Цилиндричность: цилиндричность определяется как поле допуска, ограниченное двумя соосными цилиндрами, между которыми должен лежать измеряемый цилиндр. Для расчета цилиндричности используется метод наименьших квадратов [53].

· Диаметр: диаметр цилиндра, полученного по методу наименьших квадратов, используется для определения размера отверстия.

· Овальность: для расчета овальности анализируются 12 точек в секции. Исследуется овальность по сравнению с глубиной окружности микроотверстия.

· Прямолинейность: измеренные точки 1, 2, 3, и 4двенадцати секций, как показано на рис. 7.17 а, используются для расчета прямолинейности. По измеренным в 12 секциях точкам метод наименьших квадратов определяет линию, которая используется для определения прямолинейности в точках 1, 2, 3, и 4 микроотверстия.

· Конусность: две пары линий 1-2 и 3-4 определяют два значения конусности микроотверстия. Конусность – это разница в расстояниях между этими двумя линиями, одна из которых является входнойчастью, а вторая выходнойчастью, то есть разница в размере отверстия. Положительная конусность, как показано на рис. 7.12 а, получается при положительном значении конусности.

Как показано на рис. 7.17 б, расстояние по оси Z между смежными секциями составляет около 30 мкм в области стадии 1, обработанной используя отрицательную полярность при заправке электрода. Расстояние между смежными секциями увеличивается до 130 мкм на 2 этапе и примерно до 50 мкм на 3 этапе. Для каждого отверстия было измерено 144 точек. Эти измеренные точки были проанализированы, чтобы определить характеристики формы микроотверстия.

 

Результаты измерений

В таблице 7.1 приведены величины изменения углов и пять измеренных характеристик трех отверстий форсунки. Диаметр и округлость 12 измеренных сечений трех отверстий форсунки показаны на рисунках 7.18 и 7.19 соответственно.

Таблица 7.1

Измерение трех микроотверстий до и после абразивно-струйной обработки

 

Рисунок 7.18

Диаметр 12 измеренных сечений в трех микроотверстиях. (ИзКао, C.C. и Shih, A.J., Meas. Sci. Technol., 18, 3603, 2007)

 

Рис. 7.19

Округлость 12 измеренных сечений в трех микро-отверстиях. (ИзКао, C.C. и Shih, A.J., Meas. Sci. Technol., 18, 3603, 2007)

Рисунок 7.20

3D каркасное представление отверстия 1: (а) до абразивно-струйной обработки и (б) после абразивно-струйной обработки. (ИзКао, C.C. и Shih, A.J., Meas. Sci. Technol., 18, 3603, 2007)

 

Рисунок 7.21

Влияниеабразивно-струйной обработки надиаметрмикроотверстий. (ИзКао, C.C. и Shih, A.J., Meas. Sci. Technol., 18, 3603, 2007)

 

Рисунок 7.22

Схематическая диаграмма типичного контроллера, построенного на принципах нечеткой логики.

 

Рисунок 7.23

Функция принадлежности для параметров нечеткой логики: (a) и (б) v и (в) d. (ИзКао, C.C. и Shih, A.J., ASME J. Manuf. Sci.Eng., 130, 064502-1, 2008. C разрешения)

 

 

Примеры управления с использованием нечеткой логики при электроэрозионном сверлении

Рисунок. 7.24

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

 

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.

 

 

Механическая обработка отверстий