0-734575

КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ГАЛЯУТДИНОВА Лилия Рашитовна

СТАЦИОНАРНОЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ

ФОРМООБРАЗОВАНИЕ И ГИДРОДИНАМИКА ЭЛЕКТРОЛИТА ПРИ

ИСПОЛЬЗОВАНИИ КАТОДОВ-ИНСТРУМЕНТОВ

С ИЗОЛЯЦИЕЙ

01.02.05. - механика жидкости, газа и плазмы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

КАЗАНЬ-2003

Работа выполнена на кафедре аэрогидромеханики Казанского государственного университета.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор В.В. Клоков

Официальные оппоненты: Заслуженный деятель науки РФ и РТ, чл.-корр. АНТ, доктор физ.-мат. наук, профессор А.В. Кузнецов Заслуженный деятель науки РФ и РТ, доктор технических наук, профессор А.Х. Каримов

Ведущая организация: Казанский государственный технологический университет (КХТИ).

Зашита состоится " " июня 2003 г. в 14 час. 30 мин. в аудитории физ. 2 на заседании диссертационного Совета Д 212.081.11 при Казанском государственном университете по адресу: 420008, г. Казань, ул. Кремлевская, 18.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке им. Н.И. Лобачевского Казанского государственного университета.

Автореферат разослан " " мая 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, А.А. Саченков кандидат физ.-мат. наук, доцент 0-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Процесс размерной электрохимической обработки (ЭХРО) используется в авиа-, авто- и приборостроении. Одной из важных научно-технических задач является повышение точности размерной электрохимической обработки. Одним из методов достижения этой цели является обработка на малых межэлектродных зазорах. При этом особенно при выборе режимов обработки и выходе на расчетный режим, не исключены короткие замыкания между электродами. Это приводит к порче дорогостоящего катодаинструмента. Одним из методов, гарантирующих исключение короткого замыкания, является нанесение на инструмент диэлектрических покрытий. Особо ответственным является прогнозирование влияния этого нанесения на размерное электрохимическое формообразование и, главным образом, в области торцевой рабочей части.

Большое влияние на развитие исследований в области ЭХО оказали крупные отечественные и зарубежные ученые, в частности, В.Н. Гусев, Ф.В. Седыкин, И.И. Мороз, Ю.Н. Петров, Л.М. Щербаков, В.П. Смоленцев, А.Х. Каримов, Г.Н. Корчагин, Ю.С. Волков, А.Л. Крылов, Л.Б. Дмитриев, В.И. Филин, В.В. Любимов, А.И. Дикусар, Г.Н. Зайдман, А.Д. Давыдов, В.П. Житников, А.Н. Зайцев, Е.М. Румянцев, Л.М. Котляр, З.Б. Садыков, В.В. Клоков, Е.И. Филатов, К.М.Газизуллин, R.H. Nilson, H. Tipton, J.A. McGeough, J. Kozak, R.C. Hewson-Browne, Y.G Tsuei, H. Rasmussen, M.B. Nanayakara, V.K. Jain, P.C. Pandey, L. Dabrowski и другие.

Процесс размерной электрохимической обработки реализуется при обязательной прокачке электролита в зазоре. Решение проблемы исключения коротких замыканий возможно с использованием в торцевой части катодаинструмента диэлектрической сетки, через которую может подаваться и отбираться электролит. Актуальным при этом является задача описания характера течения электролита.

На практике экранирование катодных поверхностей может осуществляться произвольно при отложении продуктов реакции на катоде.

Цель диссертационной работы.

Разработать метод и методику расчета стационарного электрохимического анодного формообразования и гидродинамики электролита катодоминструментом с изоляцией на торце, применяемых при изготовлении пазов и резки электродов, для вариантов обработки по схеме округления острых кромок и заточки. Катоды-инструменты могут иметь специальную выступающую диэлектрическую сетку, что приводит к асимметричности характера анодной границы. Разработать программный комплекс для расчета на персональных ЭВМ с возможной реализацией диалогового режима.

Научная новизна результатов. Разработаны методы и методики решения задач стационарного электрохимического анодного формообразования катодом-инструментом с изоляцией на торцевой части. Созданы алгоритмы для расчета анодных границ для различных априорных предположениях о характере этих границ. Разработаны методы и методики расчета гидродинамических полей в межэлектродных зазорах для различных схем подачи электролита, в том числе через катод-инструмент и диэлектрическую сетку на торце.

Полученные алгоритмы расчета формообразования и гидродинамики течения полезно использовать при проектировании специальных катодных устройств.

На защиту выносятся:

1. Разработка метода и методики решения задач по расчету симметричного формообразования при стационарной ЭХО катодом-инструментом с изоляцией на торце.

2. Разработка метода и методики решения задачи по расчету асимметричного анодного электрохимического формообразования катодом-инструментом с изоляцией на торце.

3. Разработка метода и методики решения задачи по расчету электрохимического анодного формообразования катодом-инструментом с выступающей сеткой на торце.

4. Разработка метода и методики расчета гидродинамики течения электролита в межэлектродном зазоре при стационарном ЭХО для различных схем подачи электролита.

5. Численные расчеты по разработанным методикам и их анализ.

Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечиваются применением строгих математических методов при построении решения, комплексом мер по проведению внутренних проверок точности вычислений, сравнением с известными теоретическими данными.

Практическая ценность. Тема диссертации связана с выполнением плановой темы «Краевые задачи теории электрохимической размерной обработки»

№ Гос. Регистрации 01910049980, 01960002006, являющейся частью основного научного направления КГУ «Краевые задачи и их приложение». Диссертация выполнялась также в рамках и при поддержке грантов: фундаментальные исследования технологических проблем производства авиакосмической техники (головная организация МГАТУ им. К.Э.Циолковского) на тему: «Развитие системы программного обеспечения проектирования катода-инструмента и расчета формообразования размерной электрохимической обработки деталей» (1996гг.); гранта АН Республики Татарстан №01-18 на тему: «Математическая модель процесса размерной электрохимической обработки (ЭХО) металлов»

(1998г.). Разработанные в диссертации методы и полученные результаты могут быть использованы при проектировании специальных катодных устройств для электрохимической обработки металлов. Методы расчета используются при изложении специальных курсов по краевым задачам теории ЭХО и гидродинамики.

Апробация работы. Результаты диссертации по мере их получения докладывались и обсуждались на итоговых научных конференциях Казанского государственного университета (1993, 1996-2003 гг.), на городском научнометодическом семинаре по теоретической механике (г. Казань 1997г.), на I Международной конференции «Модели механики сплошной среды, вычислительной технологии и автоматизированное проектирование в авиа- и машиностроении.» (г. Казань 1997), на Международной научно-технической конференции «Механика машиностроения» (г. Н.-Челны 1997), на II Международном научнопрактическом семинаре «Современные электрохимические технологии в машиностроении» (г. Иваново 1999), на Международной конференции «Актуальные проблемы математики и механики» (г. Казань 2000), на Молодежной научной школе-конференции «Лобачевские чтения-2002» (г. Казань 2002), на Международной научно-практической конференции «Наука и практика. Диалоги нового века» (г. Набережные Челны 2003).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 160 страницах и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 76 названий и приложения. Работа содержит 18 таблиц и 75 рисунков.

Во введении обоснована актуальность тема диссертационной работы.

Дан обзор литературы, изложено содержание работы и сформулированы основные результаты, выносимые на защиту.

В первом разделе диссертации рассматриваются задачи симметричного формообразования и гидродинамики течения электролита при стационарной электрохимической обработке катодом-инструментом с изоляцией на торце.

В первом пункте данного раздела выводится граничное условие стационарности на анодной границе и дается граничное условие на изоляции.

Во втором пункте приводится постановка задачи и дан алгоритм решения задачи двумерного электрохимического формообразования катодоминструментом с изоляцией на торце. Схема правой симметричной части межэлектродного зазора (МЭЗ), показанная на рис.1, характерна для технологической схемы изготовления пазов и резки электродов.

При решении задачи используется ее гидродинамическая интерпретация.

Впервые идея решения краевых задач ЭХРО в гидродинамической постановке была предложена учеными Казанского университета В.В.Клоковым, А.В.Костериным, М.Т.Нужиным. За величину V принимается скорость безотрывного фиктивного потока идеальной несжимаемой жидкости, истекающей на участке AD и DC из непрерывно расположенных источников.

вания аналитической функции PF(z) = (p + iv|;, (где \|/ потенциал электростатического поля, ср - функция электрического тока) при выполнении следующих граничных условий: vl^fg = 0; у\дс = q (условия эквипотенциальное™ границ); ср]^ = 0 (условие не протерис. 1.Схема МЭЗ.

1-катод, 2-анод. кания тока через изоляцию);

\dW/dz\AMB =cos0 (условие стационарности, 9 - угол наклона касательной к