Из истории электроискровой обработки материалов

СТАТЬЯ ИЗ РУБРИКИ: «ИСТОРИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ»

From the History of Electro-Spark Processing of Materials
Elecrospark systems with thyratron or transistor pulse generators and with mini- or micro-PC-based NC systems for tool production and electronic appliances precision parts manufacturing created by the specialists of home research institutes were highly productive and far in advance of foreign analogues.

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

Необходимость замены керосина, применявшегося в качестве межэлектродной среды, на воду возникла уже на первом этапе исследования электроискрового способа обработки металлов. А высказывание Б.Р. Лазаренко, что чистая вода была бы идеальной межэлектродной средой при электроискровой обработке, если бы были созданы необходимые для этого источники питания, послужили толчком к их созданию. Электронная промышленность предложила исследователям генераторы на тиратронах с импульсными трансформаторами, формирующими биполярные импульсы напряжения. Это  придало новый импульс развитию способа, сделало его экологически чистым и более производительным.

Продолжение, начало в №№ 2/2006–4/2010

Фотографии деталей, на которых вырезана надпись тонкой, диаметром 40 мкм, вольфрамовой проволокой ВА-3 (рис. 1), являются прекрасной иллюстрацией уникальных возможностей электроискровых технологий, недостижимых другими способами обработки металлов.

Впервые электроискровые установки для изготовления деталей электродом-проволокой ВА-3 Ф0,03–0,04 мм, созданные в НИИ-160, были представлены в 1960 г. за рубежом (в ЧССР и США) на стендах ЦНИЛ-Электром АН СССР. Вместе с ними экспонировались образцы деталей электронных приборов и сувениры, демонстрировавшие результаты новых электроискровых технологий, разработанных в НИИ-160, директором которого с 1953 по 1961 гг. был М.М. Федоров.

Именно он в 1957 г. дал зеленую улицу развитию электроискровой прецизионной обработки материалов не только в возглавляемом им институте, но и на других предприятиях радиоэлектронной промышленности, а также способствовал распространению данной технологии 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.

Четвертое поколение электроискровых установок для изготовления деталей электронных приборов (ЭП) и инструментов в обычной воде из водопровода с тиратронными генераторами импульсов позволило:

увеличить интенсивность процесса в диапазоне режимов, обеспечивающих Ra в пределах 1,5–2,5 мкм (до их очистки от продуктов эрозии);

  • улучшить условия труда, отказавшись от керосина как межэлектродной среды;
  • в 2,5–4,5 раза повысить скорость формообразования на установках для изготовления деталей электродом- проволокой Ф 0,03–0,2 мм;
  • в 10–15 раз увеличить скорость «прошивки» на установках для изготовления деталей копированием профиля электрода-инструмента.

На рис. 1 представлена установка А207.13-20Э, созданная на базе большого инструментального микроскопа БМИ-1 со встроенным в ванну импульсным трансформатором тиратронного генератора, формирующего биполярные импульсы напряжения без постоянной составляющей. Здесь в качестве межэлектродной среды использовалась обычная вода из водопровода. Установка применялась для изготовления деталей электронных приборов СВЧ электродом-проволокой. На юбилейной Лейпцигской ярмарке в ноябре 1965 г. ей и координатно-расточной установке А207.23 на базе УИМ-21 была присуждена золотая медаль.

Установки, созданные на базе БМИ-1, имеют разнообразные вариации:

  • поворотное приспособление (рис. 2) с регулируемой скобой для направления проволоки при изготовлении деталей ЭП, например, крупных анодных блоков магнетронов и амплитронов;
  • комплекты для обточки цилиндров (рис. 3), выполнения внутренней сферической обработки и отделения готовых изделий.

Вариант установки на базе БМИ-1 для «прошивки» (рис. 5.). На ней удалось на порядок увеличить производительность, обеспечив шероховатость поверхности Ra не более 1,5 мкм.

Вариант установки А207.60, созданной НИИ-160 в конце 1960-х гг. (рис. 6), был продемонстрирован на ВДНХ СССР специалистам Olivetti-OCN в середине декабря 1971 г. Занимаемая установкой площадь не превышала 2 м2, а потребляемая мощность — 2,5 кВА.

В сотрудничестве с итальянской фирмой Olivetti-OCN были созданы электроискровые комплексы ОТС. По сравнению с зарубежными электроискровые комплексы ОТС-2 и «Электроника» имели более высокие скорости обработки (cм. информацию в журнале «Техмашэкспорт», № 11, 1981 г., под рубрикой «От научных разработок до товара»). Комплекс ОТС-2 представлен на рис. 7.

При создании станочных модулей применялась не только оригинальная компоновка координатных столов — расположение их над обрабатываемой деталью, — но и необычная конструкция разрезной гайки с гибкими элементами шириной до нескольких миллиметров для винта с шагом 1 мм. Она оказалась способной усреднять ошибки шага винта, что обеспечивало высокую точность координатных перемещений без коррекции отклонения шага.

А.С. SU 1188416 с приоритетом 16.12.83, авторы В.М.  Рыбачук и Б.И. Ткачев — С целью повышения точности и регулирования осевого натяга его основание выполнено с прямолинейным направляющим пазом, а устройство снабжено второй гайкой, аналогичной первой, установленной в пазу параллельно оси винта с возможностью осевого перемещения. Устройство содержит упругие элементы 1, размещенные на основании 2, и упругие элементы 3, размещенные на основании 4. В резьбу упругих элементов ввернут ходовой винт 5. Основание 2 имеет прямолинейный направляющий паз, в котором закреплено основание 4 винтом 6 через прокладку 7.

Основание 2 жестко закреплено на каретке 10 координатного стола винтами 11 и снабжено упором 8, а основание 4 — регулировочным винтом 9 для смещения оснований друг относительно друга.

Возможно различное пространственное расположение оснований с упругими элементами. Поочередное расположение упругих элементов одной гайки в пазах между упругими элементами другой позволяет уменьшить осевые размеры ходовой пары.

Устройство для координатных перемещений работает следующим образом.

До относительного взаимного смещения оснований 2 и 4 их упругие элементы 1 и 3 имеют осевой зазор с резьбой ходового винта. После смещения основания 4 винтом 9 через упор 8 относительно основания 2 упругие элементы 1 контактируют с одной стороной резьбы ходового винта 5. Остальные элементы 3 контактируют с другой ее стороной и воспринимают погрешности витков резьбы ходового винта в виде упругих деформаций, перераспределяя последние между собой и уменьшая передачу этих погрешностей основаниям 2 и 4.

При вращении ходового винта 5 поступательное перемещение через упругие элементы 1 и 3 и основания 2 и 4 передается каретке 10. При этом — за счет выравнивания погрешностей резьбы ходового винта — повышается точность координатных перемещений каретки 10.

Пятое поколение электроискровых комплексов с тиратронными или транзисторными генераторами импульсов и системами ЧПУ на базе мини- или микро-ЭВМ для инструментального производства и изготовления прецизионных деталей электронных приборов включало следующие модели:

а) с управлением по 2–3 осям и использованием в качестве межэлектродной среды обычной воды: «Электроника-77М», «Электроника-77Б», А207. 78, А207.79, А207.81, А207.86, «Элизен-1» (на базе А207.86 с микропроцессорным устройством ЮЩ 2.559.008 с цветным монитором ПО «Зенит»), А207.89 и А207.92.;

б) с управлением по 5 осям с использованием воды непосредственно из водопровода — А207.88 и А207.93.

Создание пятого поколения комплексов стало возможно благодаря сотрудничеству с другими предприятиями отрасли и прежде всего НПО «Феникс». Совместно с ним НПО «Исток» были разработаны первые отечественные комплексы «Электроника» двух модификаций и освоено их серийное производство. За три года (1978–1980 гг.) выпущено около 200 комплексов моделей: 04ИВ-250 (А207.78, А208.01) и 04ИВ-200 (А207.81, А202.03).

На базе электроискровой установки А207.23 был создан комплекс «Электроника-М» с тиратронным генератором биполярных импульсов А671.57 и системой ЧПУ 15ИПЧ-3-001.

Он оснащался сменной головкой для изготовления деталей методом «прошивки». В качества привода использовались шаговые двигатели ШДР-711. Несколько позже был создан комплекс 04ИВ-200 модели А207.84 только для электроискровой «прошивки» особо точных деталей, погружаемых в ванну с проточной водой.

Взамен комплексов А207.81-А202.03, выпускавшихся серийно до 1982 г., на базе УИМ-21 создан комплекс «Электроника 04ИВ-200 для изготовления деталей ЭП с микронной точностью и максимальным полем обработки 200 х 125 мм.

Внедрение в промышленность более 700 таких комплексов позволило не только в 1,6 раза повысить точность и качество изготавливаемых деталей, но и в 1,7 раза уменьшить площадь, занимаемую комплексами. Обеспечивая за один проход проволоки шероховатость обработанной поверхности Ra не более 1,5–2 мкм, они гарантировали в 3–4 раза большую скорость формообразования деталей.

В связи с необходимостью освоения в производстве новых изделий на предприятиях отрасли были созданы комплексы «Электроника 04ИВ-140» (модель ЭХ1893) и «Электроника 04ИВ-125» (модель ЭХ1925 — А207,87), обеспечивающие автоматическое изготовление миниатюрных деталей электронных СВЧ-приборов с точностью до 2 мкм электродом-проволокой диаметром 10–50 мкм.

В середине 1980-х гг. для изучения серийно выпускавшегося за рубежом электроискрового оборудования для изготовления деталей электродом-проволокой в НИИ-160 были поставлены два комплекса AGIE-CUT 250 фирмы AGIE и OPTIMAT C фирмы SCHIESS-NASSOVIA (аналог комплекса фирмы Mitsubishi), в составе которых: станок, агрегат диэлектрика и устройство ЧПУ с генератором (в одном блоке). Это была инициатива 11ГУ МЭП СССР, чтобы убедиться в возможности создания аналогичного отечественного оборудования для инструментального производства с автоматической заправкой проволоки, гидроагрегатами с деионизаторами воды и системами CNC. В соответствии с утвержденной программой такие работы были начаты.

На рис. 11. экспериментальный пятикоординатный комплекс, созданный в НИИ-160 с управлением по 5 осям «Элиур-90» (ЭХ2214), с использованием воды из водопровода, подвергающейся деионизации и последующей подачи ее под давлением в зону обработки, а также с автоматической заправкой электрода- проволоки диаметром 0,1-0,3 мм (аналог AGIE). Он предназначался для изготовления деталей высотой до 160 мм, шириной 320 мм и длиной 600 мм. Перемещение кареток 400 х 250 мм. Накопленная погрешность перемещения (без коррекции) 10 мкм. Деталь шириной 400 мм, изготовленная на комплексе (рис. 12). Создание такого комплекса для нас было шагом назад. Однако благодаря применению на нем оригинального генератора импульсов с использованием специальных изделий на основе твердотельных приборов, гарантировалось использование в качестве межэлектродной среды обычной воды без последующей ее деионизации и скорость формообразования при Ra не более 2–2,5 мкм — 60 мм/мин.

Одновременно с этим был разработан экспериментальный комплекс оригинальной компоновки 04ИВ-400 (рис. 13) с системой УЧПУ 15ИПЧ-3-001 с управлением по трем осям, гидроагрегатом и тиратронным генератором с импульсным трансформатором, встроенным в станочный модуль.

В этом случае гидроагрегат при наличии тиратронного генератора, обеспечивающего использование воды непосредственно из водопровода, излишен. Кроме того, как показали испытания этого комплекса, он не обеспечивал необходимой точности изготовления деталей.

Продолжение следует

Рекламодатели

Партнёры

Новостная рассылка

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