Создание программного комплекса по оптимизации рабочих параметров электроискрового легирования

Сущность метода электроэрозионной обработки. Анализ моделей электроискрового процесса и программных средств. Разработка программного комплекса и проведение эксперимента. Расчет стоимости работ, затрат покупателя и экономической эффективности продукта.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СУТЬ ПРОЦЕССА ЭИЛ. СРЕДСТВА ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА

1.1 Сущность метода электроэрозионной обработки

1.2 Модель процесса ЭИЛ

1.2.1 Модель процесса ЭИЛ Б.Р. Лазаренко и Н.И. Лазаренко

1.2.2 Основные положения теории Б.Н. Золотых

1.2.3 Обобщенная модель процесса ЭИЛ А.Д. Верхотурова

1.2.4 Анализ существующих моделей электроискрового процесса

1.3 Технические средства для нанесения электроискровых покрытий

1.4 Программные средства

1.4.1 Объектно-ориентированный подход к программированию

1.4.2 C++ Builder - особенности и отличия от других программных сред

2. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА И ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА

2.1 Построение схемы замещения

2.2 Определение функциональных зависимостей изменения параметров схемы замещения

2.3 Разработка и отладка программного комплекса

2.3.1 Разработка блок-схемы алгоритма

2.3.2 Описание программы

2.4 Проверка адекватности расчетных параметров процесса и экспериментальных данных

3. ОХРАНА ТРУДА

3.1 Техника безопасности

3.2 Производственная санитария

3.3 Пожарная безопасность

3.4 Эргономика клавиатуры

4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММНОГО ПРОДУКТА

4.1 Выбор оптимального варианта проектирования

4.2 Расчет стоимости работ по проектированию

4.3 Расчет затрат покупателя изделия на его покупку и эксплуатацию

4.4 Расчет экономической эффективности

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Проблема использования и развития передовых технологических процессов поверхностного упрочнения и легирования обусловлена значительным влиянием структуры и химического состава приповерхностных слоев деталей машин на их эксплуатационные характеристики. В настоящее время техника располагает многочисленными методами изменения физико-химических и эксплуатационных свойств металлических поверхностей в заданном направлении (повышение износостойкости, коррозионной стойкости и т. д.), каждый из которых имеет свои оптимальные области применения. К числу современных методов упрочнения и нанесения защитных покрытий относится электроискровое легирование (ЭИЛ). Достоинствами метода ЭИЛ, предложенного в 1943 г. Выдающимися советскими ученными Б.Р. Лазаренко и Н.И. Лазаренко, является возможность нанесения на обрабатываемую поверхность компактным электродом любых токопроводящих материалов и нетокопроводящих порошковых материалов, высокая прочность сцепления наносимого слоя с материалом основы, низкая энергоемкость процесса (0,5…1 кВт), простота осуществления технологических операций.

Метод ЭИЛ позволяет решить следующие основные задачи:

1) улучшить физико-химические свойства широко используемых конструкционных материалов на основе железа и титана нанесением на поверхность последних тугоплавких металлов, их сплавов и соединений;

2) расширить применение композиционных материалов путем создания на их основе износостойких и антикоррозионных высокотемпературных покрытий;

3) варьировать в заданном направлении химический и фазовый состав поверхности твердого тела с целью изменения электросопротивления, эммисионно-адсорбционных, теплофизических и других свойств.

Целью настоящей дипломной работы являлось создание программного комплекса по оптимизации рабочих параметров электроискрового легирования для получения покрытий с заданными свойствами. Непосредственно, решаются следующие задачи:

1) получение зависимостей температуры нагрева материала анода от времени обработки;

2) выбор оптимальных параметров электроискрового легирования в зависимости от начала окислообразования материала анода.

Этот программный комплекс является автоматизацией исследований по электроискровому легированию, который позволит ускорить процесс исследований.

1. СУТЬ ПРОЦЕССА ЭИЛ. СРЕДСТВА ДЛЯ РАЗРАБОТКИ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА

1.1 Сущность метода электроэрозионной обработки

Предложенный Б.Р. Лазаренко и Н.И. Лазаренко метод электроэрозионной обработки (ЭЭО) знаменовал качественно новую эпоху в тысячелетней истории технологии металлов. Суть метода ЭЭО, как ее определяют практически все исследователи в этой области [1-4], заключается в разрушения (эрозии) материалов электродов в результате действия импульсных электрических разрядов (искровых или дуговых), возникающих между их рабочими поверхностями (рисунок 1.1).

₀ - межэлектродный промежуток 0<₀<100 мкм; V₁, V₂ - объем эродированного материала на аноде А и катоде К при единичном разряде

Рисунок 1.1 -- Схематический вид электродов при ЭЭО

Применение в качестве режущего материала концентрированных потоков электронов значительно расширило возможности технологии обработки материалов и позволило не только осуществить размерную их обработку вне зависимости от твердости, прочности материала, но и осуществить процесс легирования (нем. legieren -- сплавлять, от лат. ligo - связываю, соединяю, введение добавок в металлы, сплавы и полупроводники для придания им определенных физических, химических или механических свойств) металлических поверхностей. Изменение технологических возможностей метода ЭЭО- переход от размерной обработки в электроискровое легирование - осуществляется в основном путем изменения состава межэлектродной среды (рисунок 1.1).

В зависимости преимущественно от состава используемой межэлектродной среды, а следовательно, и различных физико-химических процессов, происходящих на электродах и в межэлектродном промежутке (МЭП), процесс ЭЭО можно подразделить на два основных вида: электроэрозионную размерную обработку (ЭЭРО) и электроэрозионное упрочнение. В связи с тем, что при электроэрозионном упрочнении используется, как правило, искровая форма разряда, этот метод известен в литературе и как электроискровое легирование (ЭИЛ).

Следовательно, внешней отличительной особенностью методов ЭЭРО и ЭИЛ является применение различных межэлектродных сред: в случае ЭЭРО - жидкой диэлектрической среды, при ЭИЛ - газовой межэлектродной среды (или вакуума).

При ЭИЛ основными процессами, происходящими в приповерхностных слоях электродов, является их разрушение и перенос части продуктов эрозии на противоположный электрод. Сущность метода состоит в том, что при искровом разряде в газовой среде происходит преимущественно эрозия материала анода и перенос продуктов эрозии на катод, на поверхности которого образуется слой измененной структуры и состава как за счет транспорта материала, так и за счет действия импульсных тепловых и механических нагрузок, возникающих при искровом разряде (рисунок 1.2).

На рисунке 1.2 приведена общая схема процесса ЭИЛ с вибрирующим анодом в виде компактного электрода и изображение образующегося верхнего слоя на катоде.



Г.И. - генератор импульсов, МЭП - межэлектродный промежуток, ИР - искровой разряд, А - анод (компактный электрод), К - катод, fa - частота вибрации анода

Рисунок 1.2 -- Общая схема процесса ЭИЛ

При ЭИЛ твердость электродного материала в общем случае определяет твердость легирующего слоя (ЛС). Однако существует противоположная точка зрения, согласно которой твердость определяется режимом обработки. В связи с этим необходимо рассмотреть основные подходы некоторых исследователей к формированию ЛС.

1.2 Модель процесса ЭИЛ

1.2.1 Модель процесса ЭИЛ Б.Р. Лазаренко и Н.И. Лазаренко

Впервые модель процесса ЭИЛ была разработана основоположниками метода Б.Р. Лазаренко и Н.И. Лазаренко и наиболее полно изложена в работах [1, 2]. Она основывается на инверсии электрического разряда и заключается в возможности как переноса материала анода на катод, так и, при определенных условиях, - материал катода на анод. Авторы связывают первый случай с искровым разрядом, а второй с дуговым [5].

Исходя из того что в межэлектродном промежутке длиной d = 2 мкм, к которому приложено постоянное напряжения E = В/м [5], авторы приходят к выводу, о пробоях в этих условиях по стримерному механизму, связывая с этим существование искрового разряда. Согласно современным представлениям стример представляет собой слабоионизированный тонкий канал, который образуется из первой лавины в достаточно сильном электрическом поле ( В/м) и прорастает в ту, другую или в обе стороны к электродам [6]. Обладая некоторой проводимостью, по достижению электродов он трансформирует поле так, что проводимость канала резко возрастает и и осуществляется искровой разряд, при котором разряд конденсатора, если последний служит источником питания разряда, переносится электронами на анод [6]. При этом вся энергия разряда выделяется на аноде. По мнению Б.Р. Лазаренко, этой энергии достаточно для плавления локального микрообъема анода, а возникающие...