Из истории электроискровой обработки материалов: почему СССР потерял лидерство в электроискровых технологиях

СТАТЬЯ ИЗ РУБРИКИ: «СТАНКИ И ОБОРУДОВАНИЕ»

From the History of Electrospark Material Processing: Why the USSR Lost Its Leadership in Electric-Spark Technologies
This article is the continuation of the topic dedicated to the technology of spark erosion machining, which covers such issues as the role of electronic industry in the development of electrospark precision material processing, the inhibition of electrospark technologies development in 1990s, when and how the Japanese and the Swiss began to leave behind the USSR in electrospark technologies.

Рассказ Бориса Ивановича Ставицкого о зарождении и развитии электроискрового метода обработки металла мы печатаем уже больше года. Получаем отклики. Их авторы не всегда согласны с мнением, высказанным в публикациях. И это нормально, ведь события, описанные  на страницах нашего журнала, стали историей, а в ней у каждого своя правда. Главное: факт рождения способа в России никто не отрицает, но есть сомнения в сегодняшнем безусловном лидерстве  зарубежных разработчиков над достижениями советских ученых…

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

Продолжение, начало статьи читайте в № 2, 3, 4, 5, 6 /2006, № 1, 2, 3 /2007

РОЛЬ ЭЛЕКТРОННОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В РАЗВИТИИ ЭЛЕКТРОИСКРОВОЙ ПРЕЦИЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ

Еще в годы Великой Отечественной войны началось становление отечественной СВЧ электронной отрасли в составе Наркомата элетропромышленности СССР, развитие которой с 1943 г. возглавил НИИ-160 с опытным заводом, созданный на базе фрязинского завода «Радиолампа», основной целью создания которого была разработка и выпуск электронных приборов для радиолокационной техники.

С этим событием совпала официальная регистрация выдающегося открытия ХХ столетия — электроискровой обработки материалов.

Символично, что именно фрязинскому НИИ-160 предстояло практически стать ведущей организацией в стране по дальнейшему совершенствованию электроискрового способа обработки материалов, открыть новые горизонты его использования.

Проведенными в течение 1954–1958 гг. в НИИ-160 исследованиями была доказана не только возможность, но и целесообразность применения электроискрового способа для изготовления особо точных деталей электровакуумных приборов СВЧ и оригинального инструмента. Было показано, что ряд принципиально новых электронных приборов невозможно изготовить без применения особо точных методов электроискровой обработки.

Лаборатория электроискровой обработки токопроводящих материалов была создана в ОКБМ НИИ-160 50 лет назад, 12 марта 1957 г., преобразованная в 1960 г. в соответствующий отдел. В результате их деятельности уже в первое пятилетие появились:

  •  новые методы изготовления особо точных деталей;
  •  первые в мире электроискровые установки для изготовления деталей проволокой (Ф 30–40 мкм);
  •  электромеханические системы цифрового программного управления для изготовления замедляющих систем ламп обратной волны (ЛОВ) сантиметрового, миллиметрового и субмиллиметрового диапазона длин волн;
  •  генераторы биполярных импульсов, позволившие осуществлять изготовление деталей вместо керосина в обычной воде из водопровода без ее очистки и деионизации;
  •  электро- и фотокопировальные системы изготовления деталей сложного профиля по копиру-шаблону и увеличенному чертежу.

Началось широкое применение способа для изготовления особо точных деталей в радиоэлектронной и других оборонных отраслях промышленности.

Электронная промышленность к началу 1960-х гг. стала не только самым активным пользователем нового способа обработки материалов. Она была вынуждена сама начать проведение научно-исследовательских и конструкторско- технологических работ по созданию оригинальных методов электроискрового формообразования и принципиально нового электроискрового оборудования и осуществлять его изготовление в необходимых для отрасли количествах, эффективно противодействуя негативному отношению к электроискровому способу ЭНИМС — головной организации Минстанкопрома.

О достижениях электроискровых технологий в изготовлении особо точных деталей и разработке соответствующего оборудования для нужд радиоэлектронной промышленности и влиянии их на развитие зарубежных аналогов в 60-х гг. прошлого столетия было достаточно подробно описано в предыдущих выпусках журнала. Напомним уже прозвучавшее ранее: первые десятилетия развития электроискровых технологий практически все нынешние мировые лидеры только тем и занимались, что изучали советские достижения и пытались их копировать в своих установках, основных причин ведущего положения СССР было, пожалуй, две: сама технология зародилась именно в этой стране и была применена для изготовления передовых систем вооружения.

Почему же произошло торможение развития электроискрового способа в СССР и особенно в Новой России? Почему по-настоящему «своей» идея электроискровой обработки оказалась именно за рубежом (прежде всего в Японии), почему Советский Союз и его правопреемница Российская Федерация потеряли лидерство в электроискровых технологиях?

Впервые электроискровые установки для изготовления деталей электродом-проволокой ВА-3 Ф 0,03–0,04 мм, были показаны в 1960 г. за рубежом (в ЧССР и США) на стендах ЦНИЛ-Электром АН СССР. Вместе с установками  экспонировались образцы деталей приборов и инструмента, сувениры, которые демонстрировали возможности новых электроискровых технологий, созданных в НИИ-160, директором которого с 1953 по 1961 гг. был М.М. Федоров (рис. 1). Именно он дал «зеленую улицу» развитию электроискровой прецизионной обработки материалов не только в возглавляемом им институте, но и в радиоэлектронной промышленности, а также способствовал распространению ее в смежных отраслях. Ему по достоинству было присвоено звание лауреата Ленинской премии 1963 г. за разработку новых методов изготовления особо точных деталей. Это было «золотое» время для развития электроискровых технологий.

В середине 60-х гг. по указанию Министра электронной промышленности СССР Александра Ивановича Шокина была начата демонстрация достижений предприятий электронной промышленности (в том числе и электроискрового прецизионного оборудования, созданного НИИЭТ) за рубежом:

  •  в ноябре 1964 г. А207.23 и А207.13/20 — в Венгрии (на специализированной выставке электронной техники);
  •  в марте 1965 г. А207.23 и А207.13/20 —в Германии на Юбилейной Лейпциг­ской ярмарке;
  •  в 1966 г. А207.23 и А207.13 — в Италии и Японии; А207.23 в Югославии — в г. Загребе; А207.23 и А207.30 — в Чехословакии на международной ярмарке в г. Брно;
  •  в 1967 г. А207.23 — в Канаде на «ЭКСПО–67 (в течение полугода);
  •  в 1970 г. А207.23 с пультом ЧПУ — в Японии на «ЭКСПО–70».

Электроискровые установки, созданные в НИИ-160 в 1960 гг., награждались золотыми медалями на ярмарках — в г. Лейпциге и в г.  Загребе, а также многократно на ВДНХ.

Успешная демонстрация за рубежом электроискрового прецизионного оборудования стимулировала появление в апреле 1970 г. приказа министра электронной промышленности СССР А.И. Шокина о создании Специального конструкторско-технологического отделения (СКТО) в составе НИИЭТ (НИИ электронной техники). С целью создания условий для интенсивного развития электроискрового направления приказом была предусмотрена передача строящегося рядом с НИИ-160 корпуса для размещения СКТО с соответствующими лабораториями, конструкторским бюро, электроискровым опытно- производственным участком и машиностроительным цехом.

Однако данное решение не было выполнено, впрочем, как и то, что принималось Бюро машиностроения Совета министров СССР в 1947 г. о создании научно-исследовательской организации по  развитию работ по электроискровой обработке материалов. Противодействующие этому процессу новые влиятельные силы сделали для этого все возможное.

После завершения строительства корпуса СКТО в него были переведены: машиностроительный цех, КБ электровакуумного откачного оборудования, БТИ, планово-экономический отдел и другие службы НПК СТМ-6 (не имеющие отношения к электроискровой обработке материалов) и только частично отдел 62 электрических методов обработки материалов (КБ и лаборатории). Электроискровой опытно-производственный участок (рис. 2) — полигон отдела для отработки электроискровых технологий и связующее звено с разработчиками электронных приборов — был почти полностью передан в один из цехов завода «Рений» НИИ «Исток». Напомним, что на опытно-производственном участке отдела (см.  статью в №2/2006, стр. 39–42) не только отрабатывались технологические процессы изготовления деталей электронных приборов, но и осуществлялось изготовление партий таких деталей, сложнопрофильного инструмента и изготавливались разнообразные сувениры для рекламы новых электроискровых методов формообразования (рис. 3–5).

Из-за обилия посредников начатое с итальянской фирмой «Оливетти» сотрудничество по созданию электроискровых комплексов с системами ЧПУ было затянуто и практически сведено на нет. Всячески тормозилось изготовление установок на экспорт. Предложение фирмы «СТАНИТАЛЬЯНА» о создании постоянно действующих групп специалистов по продвижению советского электроискрового прецизионного оборудования, созданного в электронной промышленности, на западный рынок не нашли поддержки.

В то время, как усилия отечественных специалистов по созданию достойных систем программного управления для электроискрового оборудования не увенчались успехом,  отказались от предложения фирмы FANUC, которое она сделала в конце 1980 г., чтобы оснащать наши установки своими системами ЧПУ. Возможно, здесь сыграло чувство чести мундира чиновников МЭП СССР и специалистов, разрабатывающих отечественные системы управления. Кстати: к этому времени фирма FANUC уже выпускала ежемесячно не менее 100 электроискровых проволочно-вырезных установок, оснащенных современными 4-координатными системами ЧПУ.

ТОРМОЖЕНИЕ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОИСКРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В 1990 гг.

До конца 1980-х гг. ежегодный выпуск электроискрового оборудования машиностроительным цехом НПК-СТМ НИИ «Исток» еще возрастал и достиг 185 единиц (рис. 6). Однако после 1989 г. он начал снижаться в среднем на 20 % ежегодно — в стране началось резкое торможение развития предприятий военно-промышленного комплекса, а в связи с этим и уменьшение финансирования работ в области электроискровых технологий. Главную роль здесь сыграла ликвидация оборонных министерств, а с ней и прекращение финансирования комплексно-целевой программы «Электроника — Искра».

Вместе с этим, к  сожалению, так и не были завершены исследования по изготовлению большого количества (от десятков до сотен) малых отверстий (диаметром от 0,4 до 0,2–0,1 мм) в пролетных каналах многолучевых электронных приборов (рис. 7 и 8). Об одном из вариантов этих технологий см. в №6/2006.

Производственникам пришлось смириться с необходимостью применения сборно-паяных конструкций блоков многолучевых приборов и устаревшей технологией их изготовления.

В конце 1992 г. работы по совершенствованию электроискровых технологий в НПО «Исток» были фактически прекращены, а в начале 2000-х гг. отдел электроискровой обработки материалов в ФГУП «НПП «ИСТОК» теперь Российского агентства по системам управления в наукограде Фрязино прекратил свое существование.

Вскоре во Фрязино начало свою деятельность по производству электроэрозионного оборудования ООО «НПК «Дельта-Тест». Обидно, что в статье, опубликованной в данном журнале, «Новые электроэрозионные станки «АРТА»: произведено в России» (см. № 3(77) 2006 г., стр. 48–49), нет ссылки на то, что базовые станочные модули станков «АРТА» были разработаны еще в начале 70-х гг. в НИИЭТ — НИИ «Исток» МЭП СССР (сейчас ФГУП «НПП «ИСТОК»). На рис. 9–10 сравниваются фотографии электроискровых комплексов А207.79 и А207.93М НПО «Исток» со станками АРТА. Из приведенных фотографий видно явное заимствование внешнего вида электроискрового прецизионного оборудования, созданного НПО «Исток».

Внешний вид установок  был зарегистрирован еще в 70-х гг. в свидетельствах на промышленные образцы и описан в диссертации Н.М. Денисова на соискание ученой степени кандидата искусствоведения.

К сожалению, в публикации журнала есть только второстепенные ссылки, такие как:

  •  система ЧПУ АРТА-Х.7 создана на базе промышленных компьютеров фирмы Advantech;
  •  новый узел перемотки/натяжения — на базе двигателя постоянного тока (тайванского производства) и порошковой тормозной муфты (сделанной в США);
  •  станция водоподготовки — на базе насосов фирмы Grundfos.

Но ведь возможность работы с использованием обычной воды без ее деионизации была доказана впервые  еще в 1960 г. и используется до сих пор на электроискровом оборудовании НИИ «Исток», причем обработка осуществляется без растравливания кромок, а оборудование не требует защиты операторов от поражения электротоком и экологически безопасно.

Оригинальные конструкции исполнительных механизмов (которые упоминаются в этой публикации) — безлюфтовые пары «винт-гайка», V-образные направляюще с крестовым расположением роликов и т. п. «новшества» — также используются уже десятилетия на станочных модулях НИИ «Исток», на которых была предусмотрена и установка в случае необходимости оптических линеек и алмазных направляющих взамен керамических. Увеличение же координатных перемещений по осям никогда не представляло трудностей, а для некомпетентных руководителей всегда было способом отвлечения конструкторских сил от более важных работ.

Достоинство же генератора АРТА-3М-5 на базе MOS-транзисторов — высокая производительность «даже при работе в обыкновенной водопроводной воде — до 80–90 мм2/мин по стали» — не впечатляет без указания достигнутой при этом шероховатости обработанной поверхности, а также без упоминания диаметра электрода- проволоки и толщины обрабатываемой детали. Сомнительна большая шероховатость поверхности (примерно от 17 до 4 % ширины пазов) при применении тонких проволок (Ф 12–50 мкм).

Утверждение, что «электроэрозионное оборудование серии «АРТА», создаваемое российским предприятием «Дельта-Тест», вполне способно конкурировать с западными аналогами», во-первых, требует соответствующих специалистов, а во-вторых, вызывает желание рассмотреть вопрос подробнее. Например, на вновь создаваемых станках «АРТА» используются ШВП, которые применяются на аналогичном оборудовании большинства производителей современных электроэрозионных машин. Здесь ООО «Дельта-Тест» сделало шаг назад, т. к. в оборудовании НИИ «Исток» использовались оригинальные безлюфтовые винтовые пары, обеспечивающие достаточную точность позиционирования при изготовлении особо точных деталей электронных приборов, но никогда не применялись ШВП. Фирма Sodick, один из лидеров электроискрового оборудования, использует в данном случае линейные двигатели.

КОГДА И КАК ЯПОНЦЫ И ШВЕЙЦАРЦЫ СТАЛИ ОБГОНЯТЬ СССР В ЭЛЕКТРОИСКРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ

Однозначно ответить на вопрос, когда и как японские и швейцарские фирмы стали обгонять СССР (и успели ли обогнать его?) в электроискровых технологиях, нельзя. Этот вопрос очень многогранный, так как включает в себя научные основы способа, разнообразные методики исследования этого чрезвычайно сложного процесса, методы формообразования поверхностей, разнообразные конструкции электроискрового оборудования, его элементов, многочисленных устройств и приспособлений, областей применения этого процесса и многое другое. Это задача отдельного исследования.

Однозначно утверждать об отставании СССР в электроискровых технологиях нет оснований, поскольку многие из тех идей, которые появились в СССР в этой области, еще не были реализованы полностью, а в настоящее время заморожены.

За рубежом до сих пор еще не полностью использованы возможности  электроискровой обработки материалов с использованием в качестве межэлектродной среды обычной воды, в том числе и из водопровода. И не только при изготовлении деталей электродом-проволокой, но и при изготовлении деталей методами копирования профиля электрода-инструмента. Недооценивается зарубежными фирмами также эффективность применения тонких проволок для электроискрового формообразования.

Отставание СССР в электроискровом формообразовании сложнопрофильных деталей проявилось к середине 1970-х гг. не в области электроискровых технологий, а в глобальном отставании страны в процессах компьютеризации производств. Это отставание в последующем так и не удалось полностью ликвидировать из-за начавшейся пе­рестройки народного хозяйства, а главное — из-за отсутствия в стране соответствующей мощной научно-производственной организации, создать которую не хватило жизни изобретателям способа, а также настойчивости, сил и финансовых возможностей их соратников.

Немаловажную роль в возникшем отставании СССР в развитии электроискровых технологий играли и вопросы финансирования научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Так, только на исследования (разработки проходят отдельной статьей) одна из ведущих японских фирм ежегодно тратит более $3,5 млн. А на 5 заводах в Японии, в техниче­ском центре и администрации фирмы работает почти 900 человек. Для сравнения: отдел электроискровой обработки материалов  НПО «Исток», численность которого вместе с опытно-производственным участком в лучшие времена не превышала 100 человек, на исследования и разработки тратил суммы, по крайней мере на порядок меньшие. И не было ни одного завода в СССР, выпускавшего электроискровое прецизионное оборудование. Уровень электроэрозионного оборудования, выпускавшегося заводами Минстанкопрома, по документации ЭНИМС и СКБ, никогда не был выше уровня оборудования, выпускавшегося другими министерствами.

Таким образом, главная причина отставания СССР в электроискровых технологиях от зарубежных фирм — отрицательное и пренебрежительное отношение влиятельного клана потомственных чиновников всех рангов к становлению в стране отечественной отрасли перспективного направления электроискровой обработки материалов, открывшего неограниченные возможности его эффективного использования в любых отраслях производств.

Продолжение следует.

Рекламодатели

Партнёры

Новостная рассылка

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