В качестве первого приближения в теоретическом анализе процесса размерной электрохимической обработки (ЭХО) используется модель «идеального процесса». Основные постулаты модели и их подробное обоснование приведены в работе [2]. Согласно этой модели, электрическое поле в межэлектродном промежутке можно считать потенциальным, т.е. , где - вектор напряженности электрического поля, - потенциал электрического поля. В идеальном процессе ЭХО электрическое поле может быть описано уравнением Лапласа
. (1)
При соблюдении необходимых условий после длительного времени обработки, обрабатываемая поверхность принимает определенную постоянную во времени форму, которую называют установившейся или стационарной. В этом случае линейная скорость анодного растворения по нормали к поверхности анода в любой точке анода будет равна:
, (2)
где - выход по току для реакций анодного растворения металла, – плотность тока, - электрохимический эквивалент металла, - плотность материала анода, - угол между вектором скорости подачи катода и вектором внешней нормали к аноду [2]. Тогда установившееся распределение плотности тока на стационарной анодной границе определяется следующим равенством:
. (3)
В работе [3] установлена важная гидродинамическая аналогия задачи стационарного электрохимического формообразования и показана возможность применения теории обратных краевых задач для аналитических функций при исследовании плоскопараллельных задач теории электрохимического формообразования.
Рассмотрим плоскую задачу теории электрохимической размерной обработки металлов, состоящую в нахождении формы установившейся анодной границы, образующейся при обработке катодом-инструментом с криволинейным участком границы.
Используя гидродинамическую интерпретацию задачи [3], перейдем к исследованию соответствующего фиктивного течения идеальной несжимаемой жидкости. Рассмотрим плоское установившееся течение идеальной несжимаемой жидкости в части плоскости , ограниченной кривой , где , - полигоны, - криволинейная дуга, - свободная граница, скорость на которой определяется соотношением (2). Точкам полигонов , , в которых скачком меняется направление вектора скорости, соответствуют точки .
Введем вспомогательное комплексное переменное , изменяющееся в области - прямоугольнике со сторонами и . Пусть границам течения соответствуют границы прямоугольника и - вертикальные стороны, а - горизонтальные стороны прямоугольника.
Для решения задачи будем искать функцию , конформно отображающую прямоугольник на область течения. Чтобы построить , достаточно найти производную комплексного потенциала в плоскости переменной и функцию Жуковского [1]
, (4)
где - модуль скорости, - угол наклона вектора скорости к оси абсцисс, - значение скорости в точке . Затем с помощью параметрической зависимости
. (5)
можно найти все необходимые геометрические характеристики течения, в частности, координаты точек свободной границы.
Функцию можно определить с помощью конформного отображения [4] области на область изменения комплексного потенциала , которая представляет полосу, полуполосу или прямоугольник в зависимости от наличия электроизолированных участков, линий симметрии. Если область изменения функции представляет полосу, производная легко определяется с помощью метода Чаплыгина [1].
Будем искать функцию в виде:
, (6)
где - функция Жуковского для фиктивного течения.
Функция удовлетворяет на границе области следующим условиям:
, ,
, ,
, ,
,
и легко находится [1].
Неизвестные функции находятся из решения краевой задачи, полученной при сравнении граничных условий для функций и . Далее используется методика, предложенная в работе [5].
В качестве примера решены две задачи обработки катодом – инструментом с криволинейным участком границы, в одной из которых катод имеет периодическую структуру.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- Гуревич М.И. Теория струй идеальной жидкости. - Москва, 1961. – 536 с.
- Давыдов А.Д., Козак Е. Высокоскоростное электрохимическое формообразование. – Москва: Наука, 1990.- 272 с.
- Клоков В.В., Костерин А.В., Нужин М.Т. О применении обратных краевых задач в теории электрохимической размерной обработки.// Труды семинара по краевым задачам. Казань: изд-во КазГУ.-1972. - Вып. 9., С. 132-140.
- Лаврентьев М.А., Шабат Б.В. Методы теории функций комплексного переменного. - Москва: Наука, 1987. - 355 с.
- Котляр Л.М. Об одном случае струйного течения идеальной жидкости / Котляр Л.М.// Известия вузов. Математика. – 1976.- №2.