Моделирование тепловых процессов при электроэрозионной обработке в целях определения рациональных режимов

Аннотация

Приведен метод определения рациональных режимов электроэрозионной обработки, основанный на решении тепловой задачи о перемещении границы фазового превращения материала (задачи Стефана) и вычислении глубины лунок, образующихся на поверхности заготовки от электрических разрядов, при условии, что глубина лунки равна глубине проплавления материала, а расплавленный материал полностью удаляется с заготовки. Плотность теплового потока, поступающего на заготовку, зависит от энергии импульса генератора, которая распределяется между анодом, катодом, в межэлектродном промежутке, тратится на излучение, а также от других потерь. В связи с этим важно определить энергию импульса, поступающую непосредственно на заготовку. В настоящее время точной корреляции между энергией импульса, задаваемой генератором и тепловым потоком, действующим на заготовку, не установлено. Определить плотность теплового потока, поступающего на заготовку, можно путем решения обратной тепловой задачи по известным или заданным глубине проплавления материала и времени действия источника теплоты. Таким образом, зная энергию импульса генератора, в результате которого образовалась лунка, и глубину лунки, можно рассчитать долю энергии импульса, приходящуюся непосредственно на заготовку. Определены доля энергии импульса генератора, поступающая на заготовку, достижимая производительность процесса электроэрозионной обработки, распределение температуры по глубине заготовки и толщина термически измененного слоя. В результате решения прямой тепловой задачи найдена глубина проплавления материала в зависимости от режимных параметров --- энергии и длительности импульса, а также спрогнозирована шероховатость поверхности

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Ставицкий И.Б. Моделирование тепловых процессов при электроэрозионной обработке в целях определения рациональных режимов. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2026, № 1 (156), c. 57--73. EDN: BXSWFG

Литература

[1] Swiercz R., Oniszczuk-Swiercz D. Influence of EDM parameters on the functional properties of the steel with a high thermal conductivity. Mechanik, 2015, vol. 53, pp. 29--34. DOI: http://doi.org/10.17814/mechanik.y2015.iss1.art15

[2] Singh V., Bhandari R., Yadav V.K. An experimental investigation on machining parameters of AISI D2 steel using WEDM. Int. J. Adv. Manuf. Technol., 2017, vol. 93, no. 1-4, pp. 203--214. DOI: http://doi.org/10.1007/s00170-016-8681-6

[3] Yusoff A.R., Ghazalli Z., Hussain H.C. Determining optimum EDM parameters in drilling a small hole by Taguchi method. Int. J. Manuf. Technol. Manag., 2009, vol. 17, no. 4, pp. 345--352. DOI: http://doi.org/10.1504/ijmtm.2009.023952

[4] Kumar M., Rana J., Sharma A. Multi-objective optimization of electro-discharge machining (EDM) parameter for sustainable machining. Mater. Today: Proc., 2017, vol. 4, no. 8, pp. 9147--9157. DOI: http://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.07.271

[5] Parthasarathi S. Optimization of wire-EDM parameters to calculate MRR and measure surface finish on SS410. Int. J. Innov. Sc. Res. Technol., 2017, vol. 2, no. 3, pp. 20--45. DOI: http://doi.org/10.13140/RG.2.2.36343.68003

[6] Yerui F., Yongfeng G., Zongfeng L. Experimental investigation of EDM parameters for TiC/Ni cermet machining. Procedia CIRP, 2016, vol. 42, pp. 18--22. DOI: http://doi.org/10.1016/j.procir.2016.02.177

[7] Ставицкий И.Б., Шевченко А.С. Определение параметров импульсов электро-эрозионной обработки титана на основе решения тепловой задачи Стефана. Инженерный журнал: наука и инновации, 2017, № 3. DOI: http://doi.org/10.18698/2308-6033-2017-3-1599

[8] Jonsson T. On the one dimensional Stefan problem: with some numerical analysis. Umea, Umea University, 2013. URL: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:umu:diva-80215 (дата обращения: 15.01.2026).

[9] Patel M.R., Barrufet M.A., Eubank P.T., et al. Theoretical models of the electrical discharge machining process. II. The anode erosion model. J. Appl. Phys., 1989, vol. 66, no. 9, pp. 4104--4111. DOI: http://doi.org/10.1063/1.343995

[10] Dibitonto D.D., Eubank P.T., Patel M.R., et al. Theoretical models of the electrical discharge machining process. I. A simple cathode erosion model. J. Appl. Phys., 1989, vol. 66, no. 9, pp. 4095--4103. DOI: http://doi.org/10.1063/1.343994

[11] Osswald K., Schneider S., Hensgen L., et al. Experimental investigation of energy distribution in continuous sinking EDM. CIRP J. Manuf. Sc. Technol., 2017, vol. 19, pp. 36--43. DOI: http://doi.org/10.1016/j.cirpj.2017.04.006

[12] Xia H., Hashimoto H., Kunieda M., et al. Measurement of energy distribution in continuous EDM process. J. Jpn. Soc. Precis. Eng., 1996, vol. 62, no. 8, pp. 1141--1145. DOI: http://doi.org/10.2493/jjspe.62.1141

[13] Zahiruddin M., Kunieda M. Energy distribution ratio into micro EDM electrodes. J. Adv. Mech. Des. Syst. Manuf., 2010, vol. 4, no. 6, pp. 1095--1106. DOI: http://doi.org/10.1299/jamdsm.4.1095

[14] Xia H., Kunieda M., Nishiwakp N., et al. Measurement of energy distribution into electrodes in EDM processes. In: Advancement of intelligent production. Elsevier, 1994, pp. 601--606. DOI: http://doi.org/10.1016/b978-0-444-81901-7.50114-6

[15] Shankar P., Jain V.K., Sundararajan T. Analysis of spark profiles during EDM process. Mach. Sc. Technol., 1997, vol. 1, no. 2, pp. 195--217. DOI: http://doi.org/10.1080/10940349708945647

[16] Золотых Б.Н. Физические основы электроискровой обработки металлов. М., ГОСТЕХИЗДАТ, 1953.

[17] Singh H. Experimental study of distribution of energy during EDM process for utilization in thermal models. Int. J. Heat Mass Transf., 2012, vol. 55, no. 19-20, pp. 5053--5064. DOI: http://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2012.05.004

[18] Будак Б.М., Соловьева Е.Н., Успенский А.Б. Разностный метод со сглаживанием коэффициентов для решения задач Стефана. Журнал вычислительной математики и математической физики, 1965, т. 5, № 5, с. 828--840.

[19] Meyer G.H. The numerical solution of Stefan problems with front-tracking and smoothing methods. Appl. Math. Comput., 1978, vol. 4, no. 4, pp. 283--306. DOI: http://doi.org/10.1016/0096-3003(78)90001-2

[20] Crowley A.B. Numerical solution of Stefan problems. Int. J. Heat Mass Transf., 1978, vol. 21, no. 2, pp. 215--219. DOI: http://doi.org/10.1016/0017-9310(78)90225-9

[21] Caldwell J., Kwan Y.Y. Numerical methods for one-dimensional Stefan problems. Commun. Numer. Methods Eng., 2004, vol. 20, no. 7, pp. 535--545. DOI: http://doi.org/10.1002/cnm.691

[22] Самарский А.А., Моисеенко Б.Д. Экономичная схема сквозного счета для многомерной задачи Стефана. Журнал вычислительной математики и математической физики, 1965, т. 5, № 5, с. 816--827.

[23] Zhang Y., Cohen J., Davidson A.A., et al. A hybrid method for solving tridiagonal systems on the GPU. In: GPU computing gems. Waltham, Morgan Kaufmann, 2012, pp. 117--132. DOI: http://doi.org/10.1016/b978-0-12-385963-1.00011-3

[24] Backemo J., Heuchel M., Reinthaler M., et al. A. Predictive topography impact model for Electrical Discharge Machining (EDM) of metal surfaces. MRS Advances, 2020, vol. 5, no. 12-13, pp. 621--632. DOI: http://doi.org/10.1557/adv.2019.433

[25] Tan P.C., Yeo S.H. Modelling of overlapping craters in micro-electrical discharge machining. J. Phys. D: Appl. Phys., 2008, vol. 41, no. 20, art. 205302. DOI: http://doi.org/10.1088/0022-3727/41/20/205302