From the Haistory of Electrospark Processing of Materials
Summarizing the events of the 1st international symposium devoted to electrospark metal processing and held in Prague in 1960 B.Lazarenko noticed that USSR was undoubtedly taking a lead in the field at that time. Electrospark machines designed by USSR overpowered its foreign analogues. Many leading specialists from 11 countries took park in symposium.
Подводя итоги первого международного симпозиума по электроискровой обработке металлов, организованного научно-техническим обществом ЧССР 12–20 сентября 1960 года в Праге, Б.Р. Лазаренко отметил, что СССР идет, несомненно, впереди в области создания конструкций электроискровых установок, показатели которых превосходят зарубежный уровень. В симпозиуме участвовали ведущие специалисты в области электроискровой обработки металлов из 11 стан мира.
Б.И. Ставицкий, к.т.н., с.н.с., лауреат Ленинской премии,
Главный конструктор электроискрового оборудования электронной промышленности (Россия)
Первый международный симпозиум по электроискровой обработке металлов
Участникам симпозиума была продемонстрирована оригинальная электроискровая установка чехословацкого Института автоматизации и механизации (ВУМА) BQD-4, предназначенная для одновременной обработки 30 ручьев прокатного вала диаметром до 350 мм и длиной до 1700 мм (рис. 1).
Она работает автоматически и через 8 ч выдает окончательно обработанный прокатный вал. Установка имеет трехконтурную схему, в качестве межэлектродной среды используется обычная промышленная вода, эксплуатация электрически безопасна. Берлинский завод Герман — Шлимме представил аналогичную установку для электроискровой обработки ручьев прокатного вала (рис. 2).
Общество промышленной электроники (AGIE) познакомило участников симпозиума с новой моделью электроискровой установки SIP-AGIE для прецизионных работ (рис. 3).
В ней удачно сочетаются достижения электроники с оптическими измерительными приборами. На базе столов оптических координатных машин фирмы SIP создана автоматическая установка SIP-AGIE, обладающая такими техническими характеристиками:
Эта же фирма демонстрировала еще две электроискровые установки: универсальную ВЛ-6 для выполнения электроискровых работ и БКУ-12 для обработки больших заготовок, главным образом ковочных штампов.
Швейцарская фирма «Шармиль» демонстрировала электроискровую установку для выполнения тяжелых работ «Элерода Д-15» мощностью 30 кВА, максимальной площадью обрабатываемой заготовки до 1080 х 470 мм и максимальной производительностью до 4000 ммі/мин.
Японская Фирма «Икегай» разработала и выпускает установки электрического действия — Д-5 для изготовления отверстий диаметром 0,5–150 мм и глубиной 10–100 мм. Максимальный ход шпинделя — 500 мм, скорость обработки стали — 1,5 г/мин. Более мощная установка S-12 предназначена для изготовления штампов, в том числе карбидных.
Электрическая фотография — принципиально новое применение искрового электрического разряда в электротехнике.
Английская фирма «Ронео» выпустила электронную фотограверную машину для изготовления электроискровым способом трафаретов, используемых для типографского воспроизведения полутоновых оригиналов (рис. 4).
Для получения типографского трафарета электроискровым способом оригинал и трафаретный лист с токопроводящим покрытием закрепляют на двух барабанах, помещенных на одной оси. Считку оригинала осуществляют при помощи фотоумножителя, смонтированного в подвижной каретке. В каретке установлен искровой воспроизводящий механизм, создающий трафаретную сетку. Им управляет фотоумножитель, который считывает изображение через электронную аппаратуру. Чтобы трафарет точно передал на бумаге тональность копируемого изображения, количество отверстий постоянного размера, изготовляемых электроискровым воспроизводящим механизмом в трафаретном листе в единицу времени, должно быть пропорционально коэффициенту плотности тока копируемого изображения.
Откорректированные и преобразованные колебания фототока подают на кольцевой модулятор, где их накладывают на несущую частоту (20 кГц), модулируют по амплитуде, усиливают и подают на электрод искрововоспроизводящего механизма. Таким образом, количество отверстий, изготавливаемых в трафарете, колеблется от одного отверстия в секунду для белого поля и до 12000 отверстий в секунду для сплошной черной поверхности оригинала, где трафарет должен пропускать максимум краски. Характеристики установки: скорость вращения барабанов — 200 об/мин; скорость перемещения каретки — 64 мм/мин; время развертки оригинала шириной 20 см — 20 мин. Линеатура растра 200 строк/см. Преимущества электроискрового способа воспроизведения полутоновых оригиналов перед ручным или фотохимическим:
Электроискровая фотогравировальная машина «Стенофакс» фирмы «Таймс факсимиле Корпорейшн» предназначена для изготовления трафаретов, используемых при воспроизведении полутоновых оригиналов (рис. 5). По своим конструктивным данным эта машина несколько проще, чем установка фирмы «Ронео»: она имеет линеатуру растра 55 линий/см. Трафареты, изготовленные машиной «Стенофакс», обеспечивают достаточно хорошее воспроизведение контрастных полутоновых иллюстраций.
Время изготовления одного трафарета не превышает 6 мин. Вспомогательное время (время на установку нового оригинала, нового шаблонного листа и снятие готового трафарета), в сумме не превышает одной минуты. Трафареты изготавливают из листов специальной виниловой пластмассы, покрытой токопроводящим порошком. Каждый такой трафарет при работе на стандартном оборудовании допускает изготовление 1000 высококачественных оттисков. В случае, когда нужен только один оттиск воспроизводимого оригинала, вместо пластмассового листа используются специальную бумагу и в течение 3 мин получают высококачественную копию оригинала.
Быстрое распространение за рубежом электроискровой обработки металлов объясняется тем, что в этой области работает много специалистов самого различного профиля, а также тем, что ряд фирм разрабатывают и серийно выпускают большое количество электроискровых установок. Для научной разработки этого способа создаются специальные институты (например, Японский институт исследования способов обработки металлов электрическими разрядами) и организуются специальные фирмы, разрабатывающие и серийно выпускающие электроискровые установки.
Материал, изложенный в настоящем разделе, является далеко не полным, он лишь частично характеризует состояние развития электроискровой обработки материалов за рубежом в первое десятилетие после открытия способа.
Даже из приведенного далеко не полного материала очевидно, что электроискровая обработка металлов как новый электрический процесс начинает формироваться в самостоятельную, очень крупную, новейшую область электротехники.
Инженер фирмы «Викман» Эдкок в журнале «The Machining» в июле 1955 года писал: «Среди тех, кто работает над дальнейшим совершенствованием электроискрового способа обработки металлов, широко распространено мнение об огромных возможностях этого процесса. Электроискровой способ открывает путь для более гибкого и необычного подхода к конструированию деталей машин и инструмента, чем устраняются серьезные производственные трудности, встречающиеся в настоящее время. При помощи этого способа в течение предстоящих 10 лет можно достичь повышения скорости съема металла по сравнению с самыми совершенными другими способами обработки металлов».
В публикации, посвященной первому международному симпозиуму по электроискровой обработке металлов, Б.Р. Лазаренко писал: «В истории развития электроискрового способа обработки металлов существует несколько характерных периодов: поиски первооткрывателей электроискрового способа, включение в эту область науки новых исследователей, проникновение способа в самые разнообразные отрасли промышленности и, наконец, всеобщее признание этого процесса как новой области электрофизики, имеющей большое теоретическое и практическое значение».
На симпозиуме было представлено 15 докладов. По результатам их обсуждения представителю СССР Б.Р. Лазаренко и представителю английской авиационной компании Ф. Гриффитсу были вручены мемориальные медали Чешского политехнического института за достигнутые успехи в области развития технических наук.
Большинство работ, о которых сообщалось на симпозиуме, посвящались физическим основам процесса электроискровой обработки металлов, но они не являлись оригинальными в отношении объяснения процесса и известных положений теории (в том числе установленных работами изобретателей способа).
Наиболее интересной работой в этой области является исследование, выполненное Институтом технической физики АН ЧССР. В. Ермох справедливо отметил, что период создания новых конструкций установок и технологии будет основан на данных, полученных физиками. Он также указал на ряд недостатков в физических исследованиях и обратил внимание участников симпозиума на необходимость создания более строгих и универсальных физических методов. Работа симпозиума показала, что самые большие успехи в изучении физики процесса электроискровой обработки металлов принадлежат физикам Советского Союза.
Представитель французского Национального центра научных исследований профессор М.С. Брума обобщил основные физико-технические требования, которые должны быть предъявлены к генераторам, питающим искровой промежуток. Он рассмотрел два вопроса.
1. Какой величины напряжение наиболее разумно применять для осуществления электроискровой обработки? Очевидно, чем выше напряжение, тем ниже точность обработки. При прочих равных условиях с повышением напряжения качество поверхности ухудшается и значительно увеличивается относительный износ обрабатывающего электрода.
2. Как зависит количество выбрасываемого материала от длительности и мощности единичного импульса, а также от частоты следования импульсов? Увеличение мощности и частоты следования разрядов увеличивает эрозию анода, а увеличение длительности импульса ее уменьшает. Следовательно, для увеличения производительности электроискровой обработки необходимо одновременно оперировать частотой и продолжительностью импульсов, напряжением и мгновенным значением тока. М.С. Брума решил эту задачу созданием схемы электрического моста (рис. 6, а), одна из диагоналей которого образует цепь «обрабатывающий электрод — заготовка», а другая своими конечными точками подключена к генератору, дающему напряжение значительно меньше 100 В при токе в несколько ампер и переменной частоте 3–12 кГц. Изменение переменного тока низкого напряжения в мощные полярные импульсы высокой частоты осуществляется с помощью кремниевых диодов.
Работа этого генератора основана на динамическом равновесии моста: в ходе разрядов суммарная реактивность равна нулю, и источник дает максимальный ток; при контакте электродов (рис. 6, б) равновесие моста нарушается и влечет за собой возникновение реактанса, который автоматически ограничивает силу тока, подводимого источником питания. Вся схема конструктивно выполнена в виде концентрических цилиндров (рис. 6, в).
На английской фирме «Спаркатрон» построен генератор с частотой вращения на 400 Гц, который использует схему на кремниевых выпрямителях, подающую на электроды, электрические униполярные импульсы длительностью 9·10-4 с, при напряжении 22 В и среднем (регулируемом) токе до 150 А.
Подводя итог Первого международного симпозиума по электроискровой обработке металлов и оценивая состояние конструкторских разработок, Б.Р. Лазаренко отметил, что СССР идет, несомненно, впереди в области создания оригинальных конструкций электроискровых установок, показатели которых превосходят зарубежный уровень. Для примера он называл электроискровую установку ЭЛЕКТРОМ-15, созданную ЦНИЛ-Электром АН СССР, а также целую группу электроискровых прецизионных установок, созданных ГС НИИ ГК СМ СССР по электронной технике.
Участники симпозиума на практике ознакомились с работой наиболее совершенных конструкций электроискровых установок на Комбинате твердых сплавов (г. Шумперк), где работает цех, полностью оснащенный электроискровыми установками, разработанными Институтом автоматизации и механизации (ВУМА), а затем — в г. Брно на второй международной ярмарке, где ряд стран демонстрировали свои достижения в области электроискровой обработки. В Брно были представлены электроискровые установки и процессы, разработанные в ЧССР, Польше, Китайской Народной Республике, Англии и Швейцарии.
Продолжение следует.
