Из истории электроискровой обработки материалов

СТАТЬЯ ИЗ РУБРИКИ: «СТАНКИ И ОБОРУДОВАНИЕ»

From the History of Electric-spark Material Processing
This article continues the series of publications, dedicated to the technology of spark erosion machining (also see the issues 2-5, 2006). To speak more precisely, the article deals with the following aspects: the analysis of the results that prove the necessity of accurate determination of operating modes, suitable for work material; the description of the fifth stage (1970-1990), when the electric-spark complexes of a new generation were created; the analysis of the reasons, according to which electrospark discharge machines by Swiss firms were the first to appear in the Soviet Union market.

В статье продолжается рассказ об уникальном электроискровом прецизионном оборудовании. Приводятся результаты исследований, подтверждающих необходимость точного определения режимов обработки, соответствующих обрабатываемому материалу. Рассказывается о периоде  70–90 гг. прошлого столетия, когда в СССР были разработаны и созданы электроискровые комплексы нового поколения. Анализируются причины, по которым первыми на рынок СССР попали электроискровые станки швейцарских фирм.

Б.И. Ставицкий, к.т.н., с.н.с., лауреат Ленинской премии,
главный конструктор электроискрового оборудования электронной промышленности, г. Москва (Россия)

КАЖДОМУ МАТЕРИАЛУ — СВОЙ РЕЖИМ ОБРАБОТКИ

Зависимость величины электрической эрозии материалов от их теплофизических свойств была установлена еще изобретателями электpоискpового способа обработки материалов Б.Р. Лазаренко и Н.И. Лазаренко. Изучению этой зависимости посвящен и ряд работ Б.Н. Золотых.

Выполненные нами исследования показали, что внешние виды, форма и размеры лунок существенно зависят от материала. На рис. 1 приведены фотографии и сечения лунок на поверхностях различных материалов, образовавшихся в результате искровых разрядов между электродами. Межэлектродная среда — керосин. Энергия импульсов Wo = 250 мкДж, напряжение на электродах Uo = 130 B. На фото справа — вид с интерференционными кольцами в монохроматическом свете (л/2 = 0,293 мкм). Исследования проводились по методике групповых лунок, исключающей влияние на величину эрозии электродов степени загрязнения межэлектродной среды, интенсивности эвакуации продуктов эрозии из зоны обработки, износа электрода-катода и других факторов.

Установлено, что лунки на медных анодах имеют четкую форму, близкую к параболоиду вращения или шаровому сегменту (коэффициент формы kф х 0,4). При W0 = 250 мкДж их диаметр D = 28–32 мкм, глубина h = 3–3,5 мкм, объем V = (10–14,5)·10-7 мм3.

Они обрамлены довольно четким валиком шириной b = 2–6 мкм, высота которого () не превышает 0,6 мкм, а объем составляет 3 % от объема материала, выброшенного из лунки. Отношение aдиаметра к глубине D/h = 8–10.

Лунки на вольфраме, в отличие от лунок на меди, имеют более плоское дно и профиль полуэллипсоида вращения или кругового цилиндра (kф = 0,625). Но у них глубина примерно в 2 раза меньше, а отношение D/h х 20. Они отличаются неравномерностью высоты и ширины валиков по периферии. Лунки на поверхности поликристаллического вольфрама имеют объемы в 1,5 раза меньше, чем на меди. Некоторым своеобразием отличаются контуры лунок, полученные на монокристаллическом вольфраме. Они представляют собой многогранник. Анализ размеров их элементов, а также объемов показывает, что на поверхности монокристаллического вольфрама размеры лунок на 14 %, глубины на 17 %, а объемы в 1,5 раза больше, чем на поликристаллическом вольфраме, и соизмеримы с объемами лунок на меди. Такую разницу в объемах можно объяснить удалением части материала в первой фазе процесса за счет микроскалывания, так как развитие хрупкого разрушения по плоскостям спайности в монокристаллах происходит значительно легче, чем в поликристаллах. Диаметры пораженных разрядом участков на поликристаллическом вольфраме и меди отличаются незначительно.

На поверхности стали характерно наличие выступов в центре лунок, которые имеют вид островков неправильной формы, что является следствием недостаточности теплового потока для данного случая.

Для твердых сплавов по сравнению с медью характерны лунки больших диаметров (в 1,2 раза), но меньших глубин (в 2 раза), с неровным дном, по форме близким к полуэллипсоиду вращения (kф х 0,5). Валики по периферии лунок на твердых сплавах имеют еще более неравномерную высоту по сравнению с монокристаллом вольфрама. Объемы лунок на поверхности твердых сплавов в 1,25 раза меньше, чем на меди, и в 1,2 раза больше, чем на поликристаллическом вольфраме. Характерным отличием дна лунок на твердых сплавах является также наличие на их поверхности большого количества частиц размером около 1–2 мкм.

Изучение лунок, возникающих в результате искровых разрядов на поверх-ностях полупроводниковых материалов, показало, что они имеют характерные особенности по сравнению с лунками, образующимися (при прочих равных условиях) на металлах. Лунки на кремнии с удельным сопротивлением 0,05 Ом·см имеют почти идеальную форму конуса. Кроме формы, они отличаются от лунок на металлах наличием довольно широких валиков по периферии, образующихся в результате «выжимания» части расплавленного, но не выброшенного материала. Ширина этих валиков может достигать половины диаметра лунок. Для лунок на кремнии характерно наличие конических выступов или углублений в их центре. Лунки на кремнии также отличаются от лунок на меди или вольфраме большим диаметром.

Лунки на германии с удельным сопротивлением 0,05 Ом·см можно разделить на три типа:

  •  лунки первого типа имеют круглую форму, конусообразный профиль и отличаются от лунок на кремнии в основном меньшим диаметром (примерно в 1,4 раза);
  •  лунки второго типа имеют внешние контуры почти правильной шестигранной формы, но в остальном подобны лункам на кремнии;
  •  лунки третьего типа характеризуются наличием плоского дна, диаметр которого близок к диаметру лунок первого типа. Внешний контур лунок, как и во втором случае, почти правильный шестиугольник, но несколько больших размеров.
  • На некоторых фотографиях лунок на германии видны застывшие брызги расплавленного материала и отчетливо выделяются следы капель, которые отброшены от их периферии на расстояние порядка 50 мкм. Отдельные капли материала упали на поверхность материала недалеко от края пораженного участка и застыли в виде шариков диаметром от десятых долей до 7–9 мкм.

Приведенные фотографии лунок на различных материалах, полученные при прочих равных условиях, убедительно подтверждают необходимость точного определения режимов обработки, соответствующих обрабатываемому материалу.

Методика определения эффективности электроискрового процесса по лункам, образующимся на поверхности обрабатываемого материала в результате возникновения искрового разряда между электродами, позволяет получать необходимую информацию для выбора оптимальных режимов обработки. С ее помощью можно прогнозировать величину микрозаусенцев, возникающих по кромкам, корректировать выбранный режим обработки, судить о том, в каком виде удаляется материал из зоны приложения разряда. По сопоставлению размера и вида лунок, образующихся на поверхностях анода и катода (обрабатываемой детали и электрода-инструмента), можно судить о распределении энергии между ними и возможной величине износа электрода-инструмента.

Эта методика позволяет документально зафиксировать происходящие на электродах процессы и дает возможность последующего их изучения и анализа. Важно, что при применении этой методики исключено влияние на результаты многих внешних факторов: загрязнения межэлектродного промежутка, условий эвакуации продуктов эрозии и др.

ПЯТЫЙ ЭТАП — ПЕРИОД СОЗДАНИЯ ЭЛЕКТРОИСКРОВЫХ КОМПЛЕКСОВ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ (1970–1990 гг.)

Успешная демонстрация за рубежом в середине 60- х гг. электроискрового прецизионного оборудования, созданного в электронной промышленности, стимулировала появление в апреле 1970 г. приказа министра о создании СКТО (Специального конструкторско-технологисеского отделения) в составе НИИ Электронной техники (НИИЭТ). С целью создания возможностей для интенсивного развития этого направления приказом была предусмотрена передача строящегося рядом с НИИ корпуса для размещения СКТО с соответствующими лабораториями, КБ и машиностроительным цехом. Однако по целому ряду причин этот приказ в полной мере так и не был выполнен. Но об этом несколько позже, в заключительной части истории развития электроискровой обработки материалов, где будет сделана попытка ответить на поставленный редакцией вопрос о том, почему по-настоящему «своей» идея электроискровой обработки оказалась за рубежом.

После демонстрации электроискровых прецизионных установок, созданных в НИИЭТ — НИИ «Исток» для изготовления деталей электронных приборов, итальянская фирма Olivetti-OCN купила две электроискровые установки: вырезную установку А207.23 с фотокопировальным устройством (с Салона в г. Турин в 1966 г. ), а затем координатно-прошивочную А207.30 с тиратронным генератором импульсов для изготовления деталей в обычной воде из водопровода.

Началось сотрудничество с В/О «Техмашэкспорт» по продвижению созданного в электронной промышленности СССР электроискрового оборудования на экспорт и взаимодействие с зарубежными торговыми фирмами: итальянской «СТАНИТАЛЬЯНА», японской «НИЧМЕН», английской KERRY MACHINE TOOLS LTD. и др. В салонах этих фирм демонстрировались прецизионные электроискровые установки, которые пользовались неизменно огромным успехом.

Фирма «СТАНИТАЛЬЯНА», офис которой находился в Генуе, имела салон в Милане и сервисное обслуживание на заводе в Ронко Скривия (близ Генуи). На фото вверху представлен общий вид завода в Ронко Скривия (фирма SOCOMI). Здесь демонстрировались установки А207.23, А207.27, А207.30 и А207.33, а также проводились их испытания. В начале 1970 г. специалисты фирмы Olivetti ознакомились с этими установками. Их особенно привлекли возможности установки А207.27 для изготовления деталей электродом-проволокой и координатно-прошивочный станок А207.30.

Между тем, на Olivetti в это время, кроме установки А207.23, уже было несколько проволочных электроискровых станков AGIECUT-DEM-15 c генератором STM-D, которые не устраивали специалистов фирмы из-за недостаточной производительности и точности формообразования.

Специалисты фирмы Olivetti, ознакомившиеся с установкой А207.27, обеспечивающей многократное повышение производительности процесса благодаря применению тиратронного генератора импульсов, позволяющего применять в качестве межэлектродной среды обычную воду из водопровода, высказали пожелание об увеличении координатных перемещений и оснащении ее системой ЧПУ. Возникла необходимость создания станочного модуля для изготовления деталей инструментального производства и соответствующей системы ЧПУ. Отделению «?» фирмы Olivetti, находящемуся в районе Сан Бернардо города Иврея, предстояла разработка систем ЧПУ для электроискровых установок А207.23 и А207.27.

Для электронной промышленности начался новый этап развития электроискровой обработки — период сотрудничества с итальянской фирмой Olivetti — OCN и одновременно период проведения отраслевых комплексно-целевых программ «Электроника» по созданию электроискровых прецизионных комплексов широкого применения с тиратронными и транзисторными генераторами импульсов (обеспечивающими изготовление деталей в обычной воде из водопровода) для инструментального и основного производств с системами ЧПУ на базе мини- или микро-ЭВМ — пятого поколения электроискрового прецизионного оборудования.

В результате в соответствии с пожеланиями зарубежных потребителей была создана электроискровая проволочная установка А207.60 со встроенным тиратронным генератором импульсов, использующая в качестве межэлектродной среды обычную воду из водопровода. Отличительные особенности этой установки от А207.27:

  •  возможность изготовления контуров размером 150 Х 250 мм в деталях толщиной до 150 мм;
  •  трехкратное увеличение интенсивности формообразования;
  •  расширение области применения установки за счет оснащения ее сменным устройством для изготовления деталей методом копирования.

Установка А207.60, как и А207.27, не требует применения специальных фильтров и деионизации воды. Использованная вода отводится в канализационную систему. Увеличение скорости обработки было достигнуто применением тиратронного генератора импульсов оригинальных конструктивных решений и рациональной компоновки его основных функциональных блоков. Для установки А207.60 была выбрана компоновка координатного стола сверху над ванной, а размещение импульсного трансформатора — максимально приближенным к разрядному контуру.

Установка по технико-экономическим показателям превосходила аналоги, ранее созданные в СССР. За рубежом подобные аналоги еще не появились. После демонстрации на ВДНХ этой установки представителям фирмы Olivetti — OCN, они высказали пожелание об увеличении перемещений по обеим осям X-Y до 250 мм.

В соответствии с этим была создана электроискровая координатная установка А207.61 (рис. 2), состоящая из станочного модуля 04ИВ-250 (1) и тиратронного генератора импульсов модели А671.45 (2).

Станочный модуль включает в себя следующие основные узлы:

  •  прецизионный координатный стол с приводами подач;
  •  механизмы перемотки и натяга электрода-проволоки;
  •  механизм для направления проволоки и выверки ее относительно обрабатываемой детали;
  •  механизм подъема ванны с рабочей жидкостью — водой из водопровода.

Координатный стол станка А207.61 размещается на двух С-образных чугунных колоннах, расположенных на жесткой чугунной плите с квадратным отверстием для опускающейся ванны с водой. В одну из колонн помещен импульсный трансформатор. Габариты обрабатываемых деталей — 430 Х 270 мм, станка — 2 015 Х 1 000 Х 1 790 мм. Перемещения по осям X–Y увеличены до 250 Х 250 мм. Предусмотрены места для крепления линейных датчиков СЧПУ. Направляющие проволоки, как правило, — точно взаимно расположенные штифты из специальной керамики диаметром 2,5–3 мм.

Оригинальная конструкция направляющих позволяет использовать проволоку любого диаметра без их замены. Вместо них возможно применение алмазных направляющих конического типа.

На рис. 3 показана зона обработки станка А207. 61 с опущенной ванной. На рис. 4 — специалисты фирмы Rohstoff GmbH из ФРГ знакомятся со станком А207.61 на ВДНХ СССР.

В течение почти десятилетия после появления в 1954 году первых экспериментальных электроискровых установок для изготовления деталей электродом-проволокой, широкому внедрению этого оборудования для изготовления сложнопрофильных деталей средних и больших размеров, особенно в инструментальном производстве, мешало, прежде всего, отсутствие систем ЧПУ на базе мини- или микро-ЭВМ, обладающих широкими возможностями управления оборудованием, высокой надежностью и помехоустойчивостью, а также простотой расчета управляющих программ.

В соответствии с отраслевой КЦП «Электроника — Искра»» НПО «Исток» совместно с НПО «Феникс» МЭП СССР к концу 70-х годов были разработаны первые отечественные электроискровые комплексы «Электроника» с системами ЧПУ 15ИПЧ-3-001 и освоено их серийное производство.

На рис. 5 показан электроискровой комплекс «Электроника-78Б», созданный на базе станочного модуля 04 ИВ-250 (1), тиратронного генератора импульсов А671.45 (2), СЧПУ 15ИПЧ-3-001 (3), системы подготовки программ А745. 34 на базе мини-ЭВМ «Электроника Д3-28» и пишущей машинки «Консул» (4). Нарис. 6 — общий вид этой  системы.

На рис. 7 — электроискровой комплекс ОТС-1 (Оливетти — Техмашэкс-порт — Станитальяна) на базе станка А207.61 с тиратронным генератором импульсов и СЧПУ фирмы Olivetti — OCN (один из вариантов). Для создания комплексов ОТС-1 в Италию фирме СТАНИТАЛЬЯНА было поставлено 5 станков А207.61 с тиратронными генераторами импульсов. Станки были изготовлены в соответствии с нормами точности на электроэрозионные вырезные станки по ГОСТ 20551, разработанным ЭНИМС. Проверка станков на точность координатных перемещений показала, что на длине 50 мм погрешность составила 20–25 мкм, на длине 100 мм — 35–40 мкм, а на длине 200 мм — превысила 70 мкм. Клиенты фирмы высказали пожелание о доведении точности координатных перемещений на всей длине хода до 10 мкм.

Это требование было выполнено на станке ОТС-2 (04 ИВ- 250, модели А207.80) главным образом за счет изменения конструкции траверсы. На рис.  8 — электроискровой станок ОТС-2 перед отправкой в Италию, а на рис. 9 — комплекс на базе этого станка с УЧПУ фирмы Olivetti — OCN.

Планомерное улучшение комплексов — отработка конструкций отдельных узлов, повышение их жесткости, применение новых керамических материалов с малым коэффициентом линейного расширения — способствовало появлению новых моделей и модификаций. Например, на комплексах А207.78  и А202.01 с тиратронными генераторами импульсов А207.54-50 погрешности перемещения кареток координатного стола были уменьшены в 2–3 раза по сравнению с первыми образцами комплексов «Электроника 77Б» и ОТС-1.

А точность комплексов модели А207.79 (рис. 10) и А207.80 (ОТС-2) с тиратронными генераторами А671.57 увеличена еще в 1,6 раза. На них гарантируются максимальные погрешности перемещения кареток координатного стола не более ±5 мкм на всей длине хода.

На базе установки А207.23 были разработаны две модификации комплексов с СЧПУ 15ИПЧ-3-001: А207.81 для изготовления деталей электродом- проволокой (рис. 11) и А207.84 (координатно-прошивочный комплекс) с тиратронными генераторами импульсов модели А671.57. Затем взамен комплекса А207.81, выпускавшегося серийно до 1982 г. на базе универсального измерительного микроскопа УИМ-21, был разработан электроискровой комплекс «Электроника 04ИВ-200» (рис. 12) модели А207.86 с тиратронным генератором импульсов А207.58. Он был предназначен для изготовления деталей электронных приборов с точностью до ±3 мкм с максимальным полем обработки 200 Ч 125 мм.

Внедрение в промышленность партии (более 700 шт. ) этих комплексов позволило не только повысить точность и качество изготавливаемых деталей (в 1,6 раза), но и существенно (в 1,7 раза) уменьшить занимаемую оборудованием площадь.

В конце 80-х гг. на базе серийной модели А207. 86 был создан макет комплекса «Элизен-1» с управлением по трем осям микропроцессорным устройством ЧПУ модели ЮЩ 2.559.008 (рис. 13).

ПЗУ — 128К, ОЗУ — 256 К с сохранением информации при отключении питания. Отображение информации осуществлялось на цветном видеомониторе МС 6106 с графическим контроллером, двумя НМГД «Электроника МС 5305», которые совместимы по формату записи с накопителями ПК (типа IBM PC) и защищенной алфавитно-цифровой клавиатурой. Предусмотрен вывод на экран до 50 страниц меню. Дискретность задания перемещения 1 мкм. Скорость перемещения — от 0 до 150 мм/мин. Привод для ШД5. Во время изготовления деталей может осуществляться параллельное редактирование и подготовка программ, изменение параметров генератора, натяжения и скорости перемотки проволоки (не останавливая процесса обработки). Предусмотрена возможность наращивания количества управляемых осей до пяти. Расчет и подготовка программ осуществляется на персональных компьютерах с записью на ГМД. Использование блока генератора на транзисторных сборках обеспечивает производительность процесса в пределах 40–50 мм2/мин при Ra = 1,5–2 мкм. Обработка осуществляется с погружением в ванну с водой из водопровода.

В связи с необходимостью освоения в производстве новых изделий на предприятиях отрасли были созданы прецизионные электроискровые вырезные комплексы «Электроника 04ИВ-140» (модель ЭХ1893), «Электроника 04ИВ-125» (модель ЭХ1925) и А207.90, обеспечивающие автоматическое изготовление миниатюрных деталей электронных СВЧ- приборов с точностью до 2 мкм электродом-проволокой диаметром от 0,01 до 0,05 мм.

На рис. 14 представлен комплекс А207.90 с СЧПУ 154ИПЧ-3-001 (1) и транзисторным генератором импульсов (2) для изготовления деталей электронных приборов электродом-проволокой диаметром от 6 до 15 мкм. Он оснащен малогабаритным транзисторным генератором, формирующим биполярные импульсы длительностью не более 0,5 мкс, обеспечивая обработку в чистой питьевой воде из водопровода без деионизации.

Ширина пазов, прорезаемых на комплексе, — 8–20 мкм, радиус в углах — от 4 до 10 мкм (в зависимости от диаметра электрода- проволоки и режимов обработки), отклонения ширины пазов от номинала не превышает 2 мкм, а точность их расположения по шагу — 3 мкм.

Модель А207.90 до сих пор не имеет аналогов.

На рис. 15 показан электроискровой комплекс ЭХ 1970 с малогабаритным транзисторным генератором биполярных импульсов. Он предназначен для изготовления до 50 отверстий Ш 0,3–1,0 мм при соотношении D/h ? 100 с перемычками между ними 50–70 мкм в деталях из сплава меди с молибденом на глубину до 20–25 мм — пролетных каналов в блоках многолучевых электронных СВЧ-приборов (рис.  6).

Станочный модуль состоит из монолитной плиты, на которой расположены две продольные ( x1 и x2) и одна поперечная (y) каретки, с расположенными на ней кареткой (z) вертикального перемещения обрабатываемого изделия, механизмами перемотки и натяга электрода-проволоки, скобой для ее направления, а также устройствами для выверки обрабатываемой детали и ее крепления. На двух продольных каретках установлены механизмы вращения электродов-инструментов или их заготовок. Их оси строго соосны. Изготовление электродов-инструментов для прошивки отверстий осуществляется обточкой электродом-проволокой Ш 0,05–0,1 мм.

На рис. 17 показаны схемы обточки электродов- инструментов и прошивки ими пролетных каналов с двух сторон на комплексе ЭХ1970. Электроды-инструменты изготавливаются обточкой электродом-проволокой заготовок, закрепляемых в двух механизмах вращения. В качестве заготовок электродов-инструментов для прошивки пролетных каналов используются стержни квадратного сечения 0,5 Ч 0,5 мм длиной 30–40 мм (из твердого сплава ВК3, ВК6 или вольфрамо-медной композиции) с припуском под обточку. Заготовки вырезаются электроискровым способом электродом-проволокой из заготовки, закрепленной в поворотном приспособлении вырезного станка. Пазы с шагом, равным размеру будущей заготовки электрода, прорезаются на длину 30–40 мм сначала в одном направлении, а затем, после поворота заготовки на 90°, в перпендикулярном направлении. Получившиеся стержни квадратного сечения отрезают. Таким образом, из одного куска заготовки можно получить несколько десятков квадратных заготовок электродов с минимальными отходами материала.

После изготовления электродов заготовка блока, в котором будут прошиваться с двух сторон пролетные каналы, устанавливается в приспособлении, которое закрепляется на вертикальной каретке. Отверстия последовательно прошиваются вращающимися электродами с двух сторон одновременно. Скорость прошивки отверстий Ш 0,5 мм — 1,5–2,5 мм/мин.

Применение электроискрового изготовления пролетных каналов многолучевых приборов позволило существенно упростить применявшуюся технологию их изготовления.

Упрощение этого процесса можно осуществить за счет одновременной прошивки всех пролетных каналов специальным электродом-инструментом, изготовленным электроискровым методом последовательного копирования (по технологии изготовления пуансонов для холодного выдавливания анодных блоков магнетронов). К сожалению, работы по освоению этой технологии изготовления многолучевых каналов диаметров до 0,2–0,3 мм с их числом от нескольких десятков до 125 штук были прекращены из-за отсутствия финансирования.

В начале 70-х гг. был разработан типовой ряд электроискрового прецизионного оборудования и малогабаритные транзисторные генераторы импульсов, внедрение которых открыло возможности для двух-, трехкратного повышения производительности процесса, улучшения качества изделий, разработан и передан в серийное производство электроискровой вырезной станок А207.46 на базе станка А207.23 (базовой модели А208.96) с универсальным пультом программного управления А745.17. Программоноситель — восьмидорожечная стандартная бумажная перфолента. Считывающее устройство — фотоэлектрическое. Привод координатного стола осуществляется шаговыми двигателями ШДР-711 с дискретностью перемещения 0,5 мкм/шаг, а отсчет перемещений — фотоэлектрическими датчиками положения. При коротких замыканиях электрод-проволока отводится по пройденной траектории на необходимую величину и затем возвращается в исходную точку. Предусмотрено задание средней скорости следящей подачи с плавной регулировкой от 0,2 до 12 мм/мин. Выпущена партия таких станков.

Витебским заводом технологического оборудования начат серийный выпуск электроискровых станков 4-х моделей: А207.23, А207.33, А207.40, ЭХ1331. К концу 70-х гг. было выпущено около 500 единиц.

Общее количество электроискрового оборудования, применявшегося только в электронной промышленности, превысило 1 000 единиц. На ряде предприятий отрасли были созданы специализированные электроискровые цехи, более 40 участков, 14 лабораторий. Электроискровым способом ежегодно изготавливалось не менее двух миллионов деталей 15 000 наименований.

Вслед за решением в середине 60-х гг. одной из проблем, мешавших широкому внедрению электроискрового оборудования в инструментальное производство с созданием в электронной промышленности тиратронных, а затем транзисторных генераторов биполярных импульсов напряжения микросекундного диапазона длительностей, была решена вторая проблема — благодаря появлению систем ЧПУ на базе минии микро-ЭВМ.

На рис. 18 представлена базовая модель станочного модуля 04ИВ-200 со встроенным генератором импульсов для изготовления деталей электродом-проволокой с погружением в воду из водопровода, налитую в поднятую ванну. Он стал на многие годы основой для создания комплексов нового поколения: А207.92, А207.93 и др. Точность позиционирования ± 4 мкм по всей длине перемещений обеспечивается оригинальной конструкцией исполнительных механизмов (безлюфтовой парой винт — гайка и призматическими направляющими качения с крестообразно расположенными роликами).

Электроискровые комплексы Элиур-200 со встроенными генераторами импульсов представлены на рисунках: на рис. 19 — модель А207.92М с СЧПУ на базе компьютера с управлением по двум осям, на рис. 20 — А207.93М с СЧПУ модели УПУ СЭ-5/74-36 на базе микро-ЭВМ и на рис. 21 — А207.93М с СЧПУ на базе компьютера (с управлением по пяти осям). Скорость формообразования деталей в водопроводной воде при Ra ? 1,25 мкм — 60 мм2/мин (по меди) и 40 мм2/мин (по стали).

На комплексах можно изготавливать детали сложных профилей с вертикальными и наклонными образующими. С переменными углами наклонов, различными контурами в верхней и нижней плоскостях. Обеспечивается графический динамический контроль контуров детали с визуализацией процесса обработки, просмотр и редактирование управляющих программ во время обработки.

На рис. 22 показана динамика выпуска в ГНПП «Исток» электроискровых станков и комплексов с 1978 по 1991 гг., изменение их средней стоимости и объемов производства. Из графика видно, что выпуск электроискровых станков-комплексов цехом НПК СТМ ГНПП «Исток» с 1978 по 1989 гг. непрерывно увеличивался — с 43 до 183 штук в год (с 2,1 до 5,5 млн долларов в год). К концу 80- х гг. НПК-СТМ НИИ «Исток» было выпущено более 2 000 единиц электроискрового оборудования. Оно было внедрено на сотнях предприятий десятков городов России, Украины, Беларуси, Литвы, Латвии, Эстонии, Кыргызстана и др.

Однако с 1989 г. количество выпускаемых электроискровых комплексов стало снижаться (примерно на 20 % ежегодно) — в стране началось резкое торможение развития предприятий военно-промышленного комплекса.

Следует отметить, что применение электроискровых комплексов пятого поколения, созданных в электронной промышленности (А207.78, А207.79 А207.81, А207.86, А207.92, А207.93 и др.), при изготовлении инструмента (например, вырубных штампов с периметром до 0,5 м):

  •  обеспечивает полную автоматизацию процесса изготовления деталей;
  •  исключает применение ручного труда;
  •  в 5 раз уменьшает длительность цикла обработки;
  •  в 20 раз уменьшает занятость рабочих;
  •  в 23 раза сокращает объем механических работ.

ЭИ комплексы А207.79, А207.92 и А207.93, созданные НПО «Исток», по сравнению с зарубежными аналогами имеют:

  •  на порядок меньшую стоимость;
  •  на порядок меньшую занимаемую площадь (от 1,1 до 2,5 м2);
  •  в 5–6 раз меньший расход электрода-проволоки и электрической энергии (не более 2 м/мин и 3 кВА);
  •  в 2,5 раза меньшую потребляемую мощность;
  •  наименьшие эксплуатационные расходы за счет использования обычной воды из водопровода, не требующей деионизации и поддержания ее проводимости в заданных пределах;
  •  шероховатость обработанной поверхности Ra не более 1,5–2,5 мкм на режимах, обеспечивающих скорость формообразования в пределах 40–80 мм2/мин.

НПО «ИСТОК», являясь создателем первых в мире электроискровых вырезных прецизионных станков, производит их более 50 лет. Приоритет предприятия в этой области закреплен многочисленными публикациями ведущих специалистов, присуждением им в 1963 г. Ленинской премии, авторскими свидетельствами на изобретения, а также патентами и свидетельствами о регистрации выполненных работ.

Однако приходится констатировать, что по целому ряду причин (негативное отношение к новому способу некоторых влиятельных специалистов и чиновников, практическая невозможность патентования изобретений за границей), а также из- за стремления как-то закрепить приоритет и обезопасить сделанное от плагиата, авторы разработок в основном ограничивались опубликованием полученных результатов в открытой печати. Это стало возможным благодаря Издательству АН СССР, выпустившему  «Труды ЦНИЛ-Электром АН СССР» и, главным образом, журналу «Электронная обработка материалов» АН МССР, который был создан в 1965 г. академиком Б.Р. Лазаренко, изобретателем электроискрового способа обработки материалов.

Однако, с другой стороны, создавшаяся ситуация только стимулировала проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, результатом чего стало создание сотен конструкций разнообразного уникального электроискрового оборудования.

Одной из последних НИР, выполненных в НПО «Исток» совместно с рядом предприятий МЭП СССР, было создание электроискрового комплекса «Элиур-90» с автоматической заправкой электрода-проволоки и управлением по пяти осям с использованием в качестве межэлектродной среды деионизованной воды со стабилизацией ее температуры (рис. 23).

Генератор импульсов с блоками коммутаторов на мощных полевых транзисторах (расположенный сзади станочного модуля) обеспечивает широкий диапазон режимов и скорость формообразования деталей не менее 60 мм2/мин при Ra не более 2,5 мкм (до очистки стеклянными шариками). Устройство для сбора отработанной проволоки и гидроагрегат находятся слева и сзади. Пятикооpдинатный комплекс «Элиуp-90» с автоматической заправкой электpода-пpоволоки предназначен преимущественно для изготовления деталей разнообразных инструментов (деталей вырубных штампов и пpессфоpм, дюз для экструзии металлов, пластмасс и других материалов, фасонных резцов, шаблонов и др.) с вертикальными и наклонными образующими профиля.

В середине 70-х гг. началось интенсивное производство и разработка электроискровых  станков для изготовления деталей электродом-проволокой (wire-cut electric discharge machine) японскими фирмами: JAPAX, FANUC, MITSUBISHI, SODICK, HITACHI и др.

Так, Fanuc в 1980 г. уже производила не менее 100 электроискровых вырезных станков в год с четырехкоординатными системами CNC на высокоавтоматизированном заводе прецизионных машин.

Однако первыми на рынок СССР по ряду причин попали электроискровые станки швейцарских фирм. До начала 80-х гг. швейцарская фирма AGIE оставалась фактическим монополистом.

В 1979–1980 гг. японская торговая фирма Kokusai Koeki продала через В/О «Станкоимпорт» первые электроискровые установки фирмы JAPAX. К 1984–1985 гг. она вышла на первое место по объемам продаж в СССР (по 50 электроискровых установок в год). К этому времени относится существенное снижение цен на швейцарское электроискровое оборудование. Всего в СССР было поставлено более 200 единиц электроискрового оборудования JAPAX.

Но в 1986–1987 гг. были введены жесткие ограничения на экспорт передовых технологий из Японии в СССР. Однако несколько станков SODICK «проскочили» в CCCP через Европу. Под торговым знаком OPTICUT поставлялись также электроискровые станки фирмы MITSUBISHI. Эти запреты создали «тепличные» условия для бесконкурентной торговли известным европейским фирмам, вынуждая предприятия переплачивать за не самое лучшее электроискровое оборудование.

В том, что отечественные специалисты, прежде всего инструментальщики, были больше знакомы со швейцарскими станками, виноваты также специалисты Минстанкопрома СССР и В/О «Станкоимпорт», лоббировавшие швейцарским фирмам.

 

Рекламодатели

Партнёры

Новостная рассылка

Будьте в курсе наших последних новостей. Оформите бесплатно персональную новостную рассылку.