From the History of Electrospark Processing of Materials
Due to the forthcoming 100-th birthday of Mr. Lazarenko it is important to remember the history of electrospark processing of materials abroad. Summing up the first international symposium on the electrospark processing of materials held on September, 1960 in Prague and evaluating the state of engineering development, Mr. Lazarenko noticed the priority of the Soviet Union in the creating of original designs of electrospark units the value of which is superior to the foreign ones.
(К 100-летию Б.Р. Лазаренко)
В связи с приближением 100-летия со дня рождения Б.Р. Лазаренко поучительно вспомнить об истории развития электроискровой обработки металлов за рубежом после его открытия. Подводя итоги первого международного симпозиума по электроискровой обработке металлов, состоявшегося 12–20 сентября 1960 года в Праге, и оценивая состояние конструкторских разработок, Б.Р. Лазаренко отметил приоритет СССР в области создания оригинальных конструкций электроискровых установок, показатели которых превосходили зарубежные аналоги.
Б.И. Ставицкий, к.т.н., с.н.с., лауреат Ленинской премии,
Главный конструктор электроискрового оборудования
электронной промышленности (Россия)
Развитие электроискровой обработки металлов за рубежом
Б.Р. Лазаренко в первом выпуске трудов ЦНИЛ-Электром АН СССР в 1957 г. писал, что замечательные свойства электроискрового способа обработки металлов обратили на себя внимание исследователей и промышленников зарубежных стран. Возможности обрабатывать токопроводящие материалы с любыми физико-химическими свойствами без применения режущих инструментов открывали новые, более простые, менее энергоемкие и более экономичные технологические процессы.
Со времени первых публикаций Б.Р. Лазаренко об открытии электроискрового способа обработки металлов, подтвержденных авторскими свидетельствами в СССР и патентами во Франции, Швейцарии, США, Англии и Швеции, и по настоящее время количество работ, посвященных изучению процесса и практическому его использованию, стремительно возрастает.
В немецкой технической печати середины ХХ века часто появлялись сообщения о том, что «…за последние годы появился новый способ обработки металлов, называемый «электроискровым», о котором говорят как о чем-то мистическом и который даже считают лженаучным». Само явление электрической эрозии, лежащее в основе электроискрового способа обработки, наблюдалось и было описано в XVIII веке английским ученым Пристли. Но инженеры и производственники почти 200 лет проходили мимо этого явления и не попытались извлечь из него пользу. Само явление электроэрозии, приводящее к столкновению электричество с материей, не может быть подведено под какое-либо классическое и общепринятое понятие обработки материалов.
Электроискровая обработка вносит не усовершенствования в технику металлообработки, но представляет совершенно новый способ, основанный на иных принципах и открывающий столь широкие перспективы, что слово «невозможно» должно совершенно исчезнуть из лексикона механиков. Попутно с ее развитием эта новая техника внесет коренные изменения в образ мышления инженеров и проектировщиков. Отдельные части машин и моторов будут перепроектированы с целью использования преимуществ, представляемых электроискровой обработкой; более того, сама конструкция механизмов будет пересмотрена с целью добиться максимального использования твердых сплавов и даже металлических карбидов, которые пока не поддаются механической обработке.
Учитывая увеличение сбыта сплавов, полученных с помощью электроискрового способа обработки, промышленность начнет выпускать различные сплавы со все более ценными механическими свойствами, что в свою очередь должно убедительно подействовать на противников электроискровой обработки и заставить их признать ее достоинства. Эта взаимная связь интересов и их распространение в машиностроительной промышленности несут в себе зародыш промышленной революции».
Английские технические журналы писали: «Интерес к способам, заменяющим обработку металлов резанием, особенно сильно возрос в связи с развитием реактивной техники, применяющей жаростойкие материалы, которые ранее считалось возможным обрабатывать только алмазными кругами. Было подсчитано, что если бы мы… неожиданно столкнулись с необходимостью массового производства, то вся мировая добыча промышленных алмазов оказалась недостаточной для наших нужд».
Английские, немецкие и французские журналы писали о том, что «прирученный» электрон может также хорошо обрабатывать металлы, как и передавать звуки и изображения. Электроискровая обработка — это метод, который становится в промышленности обычным и быстро развивается. Сейчас речь идет об уже начатом серийном производстве установок электроискрового действия».
Новая природа съема металла заставила исследователей сформулировать требования, которым должна удовлетворять современная электроискровая установка, назначением которой является размерная обработка изделий. Она должна состоять из:
Нельзя создавать электроискровые установки путем модернизации существующих типов металлорежущих станков, поскольку в этом случае невозможно использовать электроискровой процесс с максимальной отдачей. Необходимо создавать специальные электроискровые установки. Попытки осуществить электроискровые процессы при помощи каких-либо вспомогательных устройств обречены на неудачу.
Представляют интерес некоторые конструкции электроискровых установок, разработанных разными фирмами в первое десятилетие после открытия Б.Р. Лазаренко.
Французская фирма «Куалитекс» выпустила электроискровую установку «Узимю» (рис. 1).
В установку входит генератор импульсов электрического тока с импульсным трансформатором, снабженным сердечником из «феррокскуба» с двумя Ш-образными пакетами, собранными из Г-образных пластин. Цепью заряда управляет электронный прибор. В сборе сердечник весит 15 кг. Вторичная обмотка трансформатора — труба, по которой циркулирует охлаждающее масло.
Генератор состоит из задающего каскада, выходного каскада, выходного трансформатора с сердечником из «феррокскуба» и регулируемым импедансом вторичной обмотки, выпрямительного каскада для питания анодов выходных ламп. На установке можно изготовлять отверстия любого профиля и производить плоское шлифование поверхностей. Скорость шлифования при помощи электроискрового способа значительно выше, чем при помощи алмазного круга. Если при шлифовании твердого сплава алмазным кругом за один проход снимается слой толщиной не более 0,02 мм, то электроискровым способом можно снять слой толщиной 0,06 мм, т. е. в 4 раза больше.
Американская фирма «Метод Х» разработала и выпускает промышленные электроискровые установки различных типов и различной мощности с разными схемными решениями, начиная от обычных релаксационных схем (рис. 2) до датчиков импульсов электрического тока включительно.
Схема установки предусматривает трехфазный мостовой выпрямитель, подающий через вращающийся искровой прерыватель напряжение
10 кВ на первичную обмотку импульсного трансформатора. Искровой прерыватель коммутирует электрическую цепь мощностью 10 кВт с частотой 2880 Гц. Импульсный трансформатор с масляным принудительным охлаждением имеет коэффициент трансформации 100:1. Для максимального уменьшения индуктивности вся проводка искроформирующей цепи выполнена коаксиальным кабелем. Для уменьшения величины обратного напряжения, разрушающего электрод- инструмент, применена специальная демпфирующая система из вакуумных приборов и сопротивлений. Оптимальное расстояние между электродами около 0,012 мм, поэтому к конструкции и работе сервомеханизма предъявляются очень высокие требования. Управляющим сигналом электрода-инструмента является напряжение на рабочем промежутке, которое подают на электромашинный усилитель с коэффициентом усиления 3000–10000. Установка имеет характеристики: длительность импульса 0,2 50 мкс; частота импульсов 20000 Гц; средняя мощность 15 кВт; ток импульса 3000 А; пиковая импульсная мощность 50 МВт.
Во Франции выпущена автоматически действующая электроискровая установка новой конструкции «Кибернетрон» (рис. 3).
О степени отделки поверхности, возможной на установке, можно судить по фотографии справа (рис. 3), где представлены для сравнения два вида отделки поверхности: слева — полученная шлифованием при помощи абразива, справа — полученная электроискровой обработкой. Очевидно, что качество поверхности, полученной при электроискровой обработке, выше.
Английская фирма «Викман Эродоматик» выпускает несколько конструкций электроискровых установок различного назначения. В установке W/SM 2 кВА электрическая, гидравлическая и механическая части соединены в одно целое (рис. 4).
Она специально создана для решения задач, которые могут возникнуть как в инструментальных, так и в механических цехах. При разработке особое внимание было обращено на простое выполнение элементов управления и на удобство монтажа. Все управление установкой осуществляется при помощи двух кнопок «пуск» и «стоп», поворотного переключателя для установки нужной точности отделки и поворотного рычага на три положения для диэлектрической жидкости. Головка, несущая электрод-инструмент, смонтирована на стальной трубчатой колонке и вмещает мотор автоматического управления работой установки и шестерни для перемещения шпинделя. Фрикционная передача исключает всякую опасность повреждения механизма даже в случае длительной подачи электрода. Головку можно перемещать как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. Основной резервуар с диэлектрической жидкостью находится в нижней части корпуса. Рабочая ванна составляет одно целое с верхней частью корпуса установки, причем стол с желобами расположен внутри ванны.
На кабельном заводе в Кепенике (ГДР) разработан специальный тип электроискровых установок для обработки фильер и волочильных дюз (рис. 5). Установка трехшпиндельная, имеет три самостоятельных генератора, собранных по конденсаторной схеме.
При помощи электроискрового способа можно получать любые профили в твердом сплаве и предварительное спекание, которое обычно применялось для изготовления наиболее распространенных твердосплавных фильер, уже не является рациональным. Электроискровой способ открывает особые возможности для кабельной промышленности, так как благодаря уменьшению диаметра проводов снижается их себестоимость. Применяя несложные приспособления, на этой установке можно легко изготавливать резьбу в твердосплавных заготовках.
Швейцарская фирма AGIE разработала и выпускает несколько типов электроискровых установок, имеющих некоторые оригинальные узлы. На рис. 6 представлена одна из таких установок «Ажитрон», штамп для корпуса часов и электроды, при помощи которых он изготовлялся.
Установка состоит из двух электрически связанных устройств: собственно установки и пульта с генератором импульсов тока. В корпусе машины имеется резервуар с диэлектрической жидкостью и насос, обеспечивающий ее, в которой помещается рабочий стол с установленной обрабатываемой деталью.
В Англии и Северной Ирландии фирма «Бертон Гриффитс энд компании Лимитед» выпускает электроискровую установку «Спаркатрон». Наиболее интересной особенностью ее конструкции является сервомеханизм, позволяющий поддерживать величину искрового промежутка в пределах 0,013 —0,025 мм. Сервомеханизм связан электрической схемой (рис. 7) с цепью искрового разряда и срабатывает автоматически в зависимости от величины тока в цепи разряда. Управляющее напряжение, пропорциональное току разряда, сравнивается с эталонной величиной напряжения, которая выбирается с таким расчетом, что при указанной величине межэлектродного промежутка оба напряжения равны нулю.
Электрическая часть (трансформаторы, выпрямители, конденсаторы и пр.) вынесена в отдельную установку, электрически связанную с ее кинематической частью. Фирма «Спаркатрон» серийно выпускает восемь типов электроискровых установок. Весьма примечательно, что эта фирма, являясь поставщиком алмазного инструмента, в то же время стала весьма активным пропагандистом процесса электроискрового упрочнения режущего инструмента.
В ЧССР ряд заводов разрабатывает и выпускает электроискровые установки (рис. 8).
Установка имеет конденсаторную схему питания и сервомеханизм. На ней можно изготавливать детали машин методом трепанации, волока для сверл, а также пазы в магнитной плите.
Кроме того, в Чехословацкой Республике выпускают ряд электроискровых приспособлений для вспомогательных работ (например, для удаления из изделий сломанного инструмента и крепежных деталей). Такое приспособление закреплено в патроне металлорежущего станка и питается от специального электрического пульта.
Продолжение следует.
