Comparison of Quasi-Stationary and Non-Stationary Solutions of Electrochemical Machining Problems Applying to Precision Cutting with Plate Electrode-Tool

Авторы

  • V. P. Zhitnikov Уфимский государственный авиационный технический университет
  • N. M. Sherykhalina Уфимский государственный авиационный технический университет
  • S. S. Porechny Уфимский государственный авиационный технический университет

DOI:

https://doi.org/10.14529/mmp190101

Ключевые слова:

электрохимическое формообразование, ступенчатая функция, квазистационарная модель, оценка погрешности.

Аннотация

Сформулирована квазистационарная задача для моделирования процесса электрохимической резки пластинчатым электродом-инструментом. Постановка задачи основана на использовании ступенчатой функции выхода по току от плотности тока. При этом на обрабатываемой поверхности образуются три зоны с различными условиями. В области высоких плотностей тока используется обычное условие стационарности. В области малых плотностей тока растворение отсутствует и сохраняется начальная форма границ. В промежуточной зоне плотность тока в каждой точке равна критическому значению. Наличие краевых условий на каждом участке обрабатываемой поверхности позволяет сформулировать краевую задачу для аналитической функции комплексного переменного и найти форму границы в любой момент времени, независимо от предыстории. Проведено сравнение решений квазистационарной и нестационарной задач, и найден диапазон существования квазистационарного решения.

Биографии авторов

V. P. Zhitnikov, Уфимский государственный авиационный технический университет

доктор физико-математических наук, профессор

N. M. Sherykhalina, Уфимский государственный авиационный технический университет

доктор технических наук, доцент

S. S. Porechny, Уфимский государственный авиационный технический университет

кандидат физико-математических наук, доцент

Библиографические ссылки

Klokov V.V. Influence of Alternating Current Output on Stationary Anode Shaping. Workshop of the Seminar on Boundary Value Problems. Kazan, Kazan State University, 1979, vol. 16, pp. 94–102. (in Russian)

Gazizov E.R., Maklakov D.V. A Method for Calculating Anodic Shaping by a Dihedral Cathode for an Arbitrary Current-Output Dependence. Teorija i praktika elektrofizikokhimicheskikh metodov obrabotki detaley v aviastrojenii [Theory and Practice of Electrophysico-Chemical Methods of Processing Details in Aircraft Building], Kazan, Kazan Aviation Institute, 1994, pp. 32–35. (in Russian)

Datta M., Landolt D. Fundamental Aspects and Applications of Electrochemical Microfabrication. Electrochimica Acta, 2000, vol. 45, pp. 2535–2558. DOI: 10.1016/S0013- 4686(00)00350-9

Forster R., Schoth A., Menz W. Micro-ECM for Production of Microsystems with a High Aspect Ratio. Microsystem Technologies, 2005, vol. 11, pp. 246–249. DOI: 10.1007/s00542-004-0374-7

Shin H.Sh., Kim B.H., Chu Ch.N. Analysis of the Side Gap Resulting from Micro Electrochemical Machining with a Tungsten Wire and Ultrashort Voltage Pulses. Journal of Micromechanics and Microengineering, 2008, vol. 18, pp. 1–6. DOI: 10.1088/0960- 1317/18/7/075009

Wang S., Zhu D., Zeng Y., Liu Y. Micro Wire Electrode Electrochemical Cutting with Low Frequency and Small Amplitude Tool Vibration. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2011, vol. 53, no. 5-8, pp. 535–544. DOI: 10.1007/s00170-010-2835-8

Wang F.Y., Xu J.W., Zhao J.S. Numerical Simulation of Electrochemical Machining Process and Machined Surface Prediction. Key Engineering Materials, 2011, vol. 45, no. 8, pp. 99–105. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.458.99

Qu N., Fang X., Li W., Zeng Y., Zhu D. Wire Electrochemical Machining with Axial Electrolyte Flushing for Titanium Alloy. Chinese Journal of Aeronautics, 2013, vol. 26, no. 1, pp. 224–229. DOI: 10.1016/j.cja.2012.12.026

Zhu D., Liu C., Xu Z., Liu J. Cathode Design Investigation Based on Iterative Correction of Predicted Profile Errors in Electrochemical Machining of Compressor Blades. Chinese Journal of Aeronautics, 2016, vol. 29, no. 4, pp. 1111–1118. DOI: 10.1016/j.cja.2016.01.003

Kotlyar L.M., Minazetdinov N.M. Modelling of Electrochemical Machining with the Use of a Curvilinear Electrode and a Stepwise Dependence of the Current Efficiency on the Current Density. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 2016, vol. 57, no. 1,

pp. 127–135. DOI: 10.1134/S0021894416010144

Guo C., Qian J., Reynaers D. Electrochemical Machining with Scanning Micro Electrochemical Flow Cell. Journal of Materials Processing Technology, 2017, vol. 24, no. 7, pp. 171–183. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2017.04.017

Volgin V.M., Davydov A.D. Pseudotransient Method for Modelling of Electrochemical Machining. Russian Journal of Electrochemistry, 2017, vol. 53, no. 10, pp. 1109–1121. DOI: 10.1134/S1023193517100147

Guo C., Qian J., Reynaers D. A Three-Dimensional FEM Model of Channel Machining by Scanning Micro Electrochemical Flow Cell and Jet Electrochemical Machining. Precision Engineering, 2018, vol. 52, pp. 507–519. DOI: 10.1016/j.precisioneng.2018.02.002

Zhitnikov V.P., Sherykhalina N.M., Porechny S.S. Stationary Electrochemical Machining Simulation Applying to Precision Technologies. Bulletin of the South Ural State University. Series: Mathematical Modelling, Programming and Computer Software, 2017, vol. 10, no. 4, pp. 15–25. DOI: 10.14529/mmp170402

Christiansen S., Rasmussen H. Numerical Solutions for Two-Dimensional Annular Electrochemical Machining Problems. Journal of the Institute of Mathematics and Its Applications, 1976, no. 18, pp. 295–307. DOI: 10.1093/imamat/18.3.295

Kenney J.A., Hwang G.S. Electrochemical Machining with Ultrashort Voltage Pulses: Modelling of Charging Dynamics and Feature Profile Evolution. Nanotechnology, 2005, vol. 16, no. 7, pp. 309–313. DOI: 10.1088/0957-4484/16/7/001

Zhitnikov V.P., Fedorova G.I., Zinatullina O.V., Kamashev A.V. Simulation of NonStationary Processes of Electrochemical Machining. Journal of Materials Processing Technology, 2004, vol. 149, no. 1–3, pp. 398–403. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2004.02.014

Zhitnikov V.P., Fedorova G.I., Sherykhalina N.M., Urakov A.R. Numerical Investigation of Non-Stationary Electrochemical Shaping Based on an Analytical Solution of the HeleShaw Problem. Journal of Engineering Mathematics, 2006, vol. 55, no. 1–4, pp. 255–276.

DOI: 10.1007/s10665-005-9018-x

Volgin V.M., Do V.D., Davydov A.D. Modelling of Wire Electrochemical Machining. Chemical Engineering Transactions, 2014, vol. 41, pp. 91–96. DOI: 10.3303/CET1441016

Volgin V.M., Lyubimov V.V., Gnidina I.V., Davydov A.D., Kabanova T.B. Effect of Current Efficiency on Electrochemical Micromachining by Moving Electrode. Procedia CIRP, 2016, vol. 55, pp. 65–70. DOI: 10.1016/j.procir.2016.08.031

Chen Y., Fang M., Jiang L. Multiphysics Simulation of the Material Removal Process in Pulse Electrochemical Machining (PECM). International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2017, vol. 91, no. 5–8, pp. 2455–2465. DOI: 10.1007/s00170-016-9899-z

Zhitnikov V.P., Oshmarina E.M., Fedorova G.I. The Use of Discontinuous Functions for Modelling the Dissolution Process of Steady-State Electrochemical Shaping. Russian Mathematics, 2010, vol. 54, no. 10, pp. 67–70. DOI: 10.3103/S1066369X10100099

Zhitnikov V.P., Oshmarina E.M., Fedorova G.I. Exact Solutions of Two Limiting Quasistationary Electrochemical Shaping Problems. Russian Mathematics, 2011, vol. 55, no. 12, pp. 16–22. DOI: 10.3103/S1066369X11120036

Lavrentjev M.A., Shabat B.V. Metody teorii funktsiy kompleksnogo peremennogo [Methods of the Theory of Functions of a Complex Variable]. Moscow, Nauka, 1987. (in Russian)

Henrici P. Applied and Computational Complex Analysis, N.Y., Wiley Classic Library, 1993.

Birkhoff G., Zarantonello E.H. Jets, Wakes and Cavities, N.Y., Academic Brennen, 1957.

Zhitnikov V.P., Sherykhalina N.M., Sokolova A.A. Problem of Reliability Justification of

Computation Error Estimates. Mediterranean Journal of Social Sciences, 2015, vol. 6, no. 2, pp. 65–78. DOI: 10.5901/mjss.2015.v6n2s4p65

Aitken A.C. On Bernoulli’s Numerical Solution of Algebraic Equations. Proceedings of the Royal Society of Edinburgh, 1926, vol. 46, pp. 289–305. DOI: 10.1017/S0370164600022070

Richargson L.F., Gaunt J.A. The Deferred Approach to the Limit. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 1927, vol. 226, pp. 299–361. DOI: 10.1098/rsta.1927.0008

Polubarinova-Kochina P.Ja. Theory of Groundwater Movement, Princeton, Princeton University Press, 1962.

Загрузки

Опубликован

2019-08-21

Выпуск

Раздел

Математическое моделирование