Искровой и дуговой импульсы при выправлении электрода

Отрицательная полярность вносит изменения в форму сигнала и для искрового, и для дугового импульсов в Стадии 1. Искровой импульс показан на рисунке 7.11а. Для того чтобы сделать форму сигнала подходящей для сравнения, измеренные уровни сигнала умножены на коэффициент -1. Напряжение V₀ низкое, 170 В. Выходные параметры в Периоде II и в Периоде III примерно такие же, как искровые параметры Стадий 1 и 3: T_p=30 ns, I_p=1.1 A, I_d=8.3 A и скорость падения напряжения -20,5 В/нс.

 

Рисунок 7.9 Выборка EDM импульсов в Стадии 2: (а) искровой импульс и (в) дуговой импульс (диаметр проволоки электрода 125 мкм)

 

Наиболее существенное влияние отрицательной полярности происходит после падения напряжения ниже нуля. Вместо продолжающегося снижения до -150 В в Стадии 2 (рисунок 7.9) напряжение снижается только до -70 В, как показано на рисунке 7.11а, и начинает увеличиваться. Постепенно увеличивающееся напряжение приводит к более низкой скорости падения тока и удлиняет продолжительность периода IV, от менее 90 нс при положительной полярности до 240 нс при использовании отрицательной полярности. Влияние смены полярности на износ электрода изучено в работе [6]. Образование небольших обломков, вероятно заряженных отрицательно и разогнанных до удара, нейтрализуется положительно заряженным вольфрамовым электродом. Это опускает уровень напряжения ниже нуля. Обратный ток I_r=-1,7 А в Периоде V. Большое время разряда T_d =1372 нс, более чем в два раза превышающее аналогичное время в Стадии 2. В Периоде VI интервал напряжения V_i очень мал- всего 8 В.

 

Рисунок 7.10 Крупный план для Периода II и Периода III выборки EDM импульсов в стадии 2: (а) прямоугольник А и (в) прямоугольник В.

 

Дуговой импульс Стадии 1 показан на рисунке 7.11в. Распознаются два пиковых значения тока. Напряжение растет до значения примерно 70 В в конце Периода II. Оба значения – и I_p (0,2 А) и Т_р (16 нс) очень малы. Хотя начальное падение напряжения в Периоде III было медленным, всего -0,6 В/нс, тем не менее, напряжение быстро упало до нуля. При этом Период III короток- всего 125 нс. В Периоде III нет пикового значения тока, как в других искровом и дуговом импульсах в Стадии 2. В Период IV ток достигает первого пика (2.0 А), отмеченного как I_d1, в то время напряжение продолжает падать. После первого пикового значения тока напряжение растет до 50 В за 120 нс и начинается следующий разряд. Величина второго разрядного тока, обозначенного I_d2, также около 2.0 А. Период обратного тока, Период V, все еще остается и значение I_r=-0,8 А очень мало. Длительность дугового импульса с двумя разрядами T_d=1383 нс, примерно такое же, как в искровом импульсе Стадии 1. В Периоде VI значение V_i является низким, примерно 10В.

 

Рисунок 7.11 Выборка EDM импульсов в Стадии 1: (а) искровой и (в) дуговой (диаметр проволоки электрода 125 мкм)

 

В качестве заключения- этот раздел демонстрирует возможность наносекундного мониторинга процесса обработки отверстия распылителя и выделения характерных особенностей искрового, дугового и коротких EDM импульсов.

 

ИЗМЕРЕНИЕ ФОРМЫ МИКРООТВЕРСТИЙ

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.