Σχεδιασμός σύνθετου εργαλείου ηλεκτροχημικής κοπής

Abstract

Ο σκοπός αυτής της διπλωματικής είναι ο σχεδιασμός ενός εργαλείου ηλεκτροχημικής κοπής που χρησιμοποιείται για την απόδοση τυχαίας πολύπλοκης γεωμετρικά τρισδιάστατης μορφής και η ανάπτυξη γενικευμένου θεωρητικού μοντέλου, ικανού να εφαρμόζεται στη μελέτη οποιουδήποτε συναφούς προβλήματος. Στο πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η εισαγωγή της διπλωματικής εργασίας και δίνεται μια περίληψη. Ακόμη αναπτύσσονται οι λόγοι και τα προβλήματα για τα οποία είναι αναγκαία η διενέργεια της παρούσας διπλωματικής. Στο δεύτερο κεφαλαίο της παρούσας διπλωματικής εργασίας, περιγράφεται γενικά η ηλεκτροχημική κοπή σαν κατεργασία. Γίνεται περιγραφή των βασικών χαρακτηριστικών της, των εφαρμογών της κατεργασίας και του εξοπλισμού που απαιτείται. Ακολουθεί σύντομη αναφορά στα οικονομικά στοιχεία της κατεργασίας, στην ασφάλεια της κατεργασίας και στη διάθεση των αποβλήτων που παράγονται. Τέλος συνοψίζονται τα βασικά πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της κατεργασίας για να είναι δυνατή ταχύτατη σύγκριση της κατεργασίας με κάποια άλλη. Στο τρίτο κεφάλαιο, γίνεται μελέτη των μαθηματικών φαινομένων που αναπτύσσονται κατά την εκτέλεση της κατεργασίας. Περιγράφονται οι νόμοι στους οποίους βασίζεται η έννοια της ηλεκτρόλυσης, ορίζονται τα μεγέθη που εμφανίζονται κατά τη διάρκεια της κατεργασίας και αναφέρονται οι βασικές αρχές ητης ηλεκτροχημικής κοπής. Στο τέταρτο κεφάλαιο της παρούσας εργασίας, αναπτύσσεται αναλυτικά η ‘ιδανική’ ηλεκτροχημική κοπή και περιγράφονται κάποιες εφαρμογές της. Επίσης, γίνεται μία πρώτη προσπάθεια σχεδιασμού του απλού εργαλείου ηλεκτροχημικής κοπής. Στο πέμπτο κεφάλαιο, αναπτύσσεται εξίσου αναλυτικά η ‘μη ιδανική’ κατεργασία ηλεκτροχημικής κοπής και η προσπάθεια σχεδιασμού του εργαλείου υπό αυτές τις συνθήκες. Ακολουθεί περιγραφή του προβλήματος της προσομοίωσης του μοντέλου της κατεργασίας και του τρόπου κατασκευής του λογισμικού με το οποίο επιτυγχάνεται ο σχεδιασμός σύνθετου εργαλείου ηλεκτροχημικής κοπής. Τέλος, παρουσιάζονται και σχολιάζονται τα αποτελέσματα που εμφανίζει το λογισμικό αυτό καθώς και η χρηστικότητα του προγράμματος. Στο έκτο κεφάλαιο, γίνεται μία σύντομη αναφορά στην παρούσα κατάσταση της ηλεκτροχημικής κοπής, στην τροποποίηση της κατεργασίας για την επίτευξη καλύτερων αποτελεσμάτων και στη μελλοντική εξέλιξή της. Στο έβδομο κεφάλαιο, αναφέρονται συνοπτικά τα συμπεράσματα και σχολιάζονται τα αποτελέσματα που ελήφθησαν κατά τη διάρκεια της συγγραφής της παρούσας διπλωματικής εργασίας. Στο όγδοο κεφάλαιο, υπάρχει ένα σύντομο παράρτημα με εικόνες από εφαρμογές της κατεργασίας και άλλα χρήσιμα χαρακτηριστικά της. Τέλος, στο ένατο κεφάλαιο αναφέρεται το σύνολο της βιβλιογραφίας που μελετήθηκε για τη συγγραφή της εργασίας. Το λογισμικό που αναπτύχθηκε μπορεί να εφαρμοσθεί με μικρές αλλαγές για το σχεδιασμό κάθε εργαλείου ηλεκτροχημικής κοπής ή για την πρόβλεψη του τεμαχίου που θα παραχθεί με τη χρήση συγκεκριμένου σύνθετου εργαλείου ηλεκτροχημικής κοπής.

The aim of this thesis is the design of the Electrochemical Machining (ECM) tool applied in the case of shaping complicated 3-dimensional surfaces and the development of generalized theoretical model, capable to be applied in the analysis of any relevant ECM problem. In the first chapter the introduction of the thesis is presented and a summary is given. Moreover, the reasons and the problems that made necessary the development of this present work are described. In the second chapter of this project, electrochemical machining is described in general. There is a description of the basic characteristics, of the applications and the equipment required for this process. Then, there is a short report about the economic elements of the process, about the safety of the process and the disposal of waste that is produced. Finally, the basic advantages and disadvantages of the process are summarised in order to make it possible for the ECM process to be compared with an other. In the third chapter, there is a study of the mathematic phenomena that are developed during the process. The basic laws and the parameters of the ECM are presented. In the fourth chapter of this project, the ‘ideal’ ECM process is described, as well as some of its applications. Also, the first effort of designing a simple tool for ECM is made. In the fifth chapter, not only the ‘non-ideal’ ECM process is developed but also the effort of designing a complex tool under these conditions. Furthermore, there is a description of the computer simulation problem of the process as well as the method of manufacturing the software with which the designing of a complex tool is achieved. Finally, the results are exposed and discussed In the sixth chapter, there is a short report οn the present situation and future development of the ECM process. In the seventh chapter, the conclusions are commented. In the eighth chapter, there is a short annex with pictures from applications of the process. Finally, in the ninth chapter the sources of the bibliography that were studied for the writing of the present project are mentioned. The software that was developed can be applied with small changes for the designing of any tool of electrochemical machining or for the prediction of the surface of the work piece that will be produced with the use of the specific tool.