Из истории электроискровой обработки материалов

СТАТЬЯ ИЗ РУБРИКИ: «ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ»

From the History of Electric-spark Material Processing
The technology of spark erosion machining first appeared in the former Soviet Union. The article in the previous issue of the journal dealt with the first steps of the technology development. This article concerns the prominent progress of native scientists in 1950-60s. This period in the history of electric-spark material processing is characterized by the following events: the electric- spark technology in the production of especially precise details for radio-electronic industry needs, the fourth stage of the development of electric-spark processing technique (the theory development, the creation of technology and equipment for especially precise details production), the use of electric-spark technology for magnetron production, the use of especially precise electric-spark processing techniques for souvenir production and in jeweller’s industry, the native electric-spark plants and their influence on the development of foreign analogues.

Глядя на нынешнее мировое лидерство в области создания электроэрозионного оборудования таких фирм, как AGIE, Charmilles, FINE Sodick и Mitsubishi Electric, трудно поверить, что эта технология впервые появилась в бывшем СССР. Более того — именно советские ученые и инженеры первые лет 20–30 существования электроэрозионной обработки действительно были «впереди планеты всей». О первых этапах развития технологии рассказывалось в предыдущем номере нашего журнала. Предлагаемый ниже материал посвящен выдающимся успехам отечественных ученых в 50–60-е годы — их буквально филигранной работе и незаурядной изобретательности в решении сложнейших технических задач.

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, 3/2006

Применение электроискровой технологии в изготовлении магнетронов

Развитие электроискровой прецизионной обработки металлов также стимулировалось за счет интенсивного роста выпуска магнетронов. Электроискровой способ впервые был применен для изготовления анодных блоков магнетронов миллиметрового диапазона длин волн (лопаточного типа или типа «восходящее солнце») в середине 1950-х годов. Использовался метод копирования профиля электрода-инструмента и вырезания профиля резонатора проволокой Ф 0,03–0,04 мм. При этом наибольший диаметр резонаторов составлял от 5 до 20 мм, высота — от 2 до 5 мм, ширина ламелей — 0,1–0,5 мм. Число резонаторов — от 10 до 80. Время изготовления таких анодных блоков электродом-проволокой на экспериментальной установке без программного управления составляло от 2 до 6 ч при шероховатости обработанной поверхности Ra = 0,5–1,2 мкм. В качестве межэлектродной среды на первых порах использовался осветительный керосин.

На рис. 13 показана первая экспериментальная установка для изготовления анодных блоков приборов М-типа миллиметрового диапазона длин волн (рис. 13, а), а также установка ЭКУ-1 (рис. 13, б) с генераторами RC. Они изготавливались в середине 1950-х годов на базе микроскопа БМИ-1 (с использованием основания микроскопа с измерительным поворотным столом и фермой, а также набора концевых мер 2-го класса). Заготовка блока помещалась в оправке, которая установлена на кронштейне, закрепленном на поворотном столе микроскопа и обеспечивающим поворот стола с точностью до ± 3’’ . Координатный стол перемещался микрометрическими винтами с микронной точностью. Фрагмент полученного 10-резонаторного блока толщиной 4 мм (D = 6,7 мм, d = 5,4 мм, ламели: ширина — 0,4 мм, длина — 0,82 мм) изображен на рис. 14.

Анодные блоки — самые трудоемкие и ответственные детали современных магнетронов и амплитронов —  изготавливаются преимущественно из безкислородной меди. Иногда их ламели армируются тугоплавкими металлами (вольфрамом или молибденом). Размеры анодных блоков приведены в табл. 2.

Для изготовления крупногабаритных анодов были созданы специальные установки — А207.19 (рис. 15) с генератором RC, А207.27 (рис.  16) и А207.33 (рис. 17) со встроенными тиратронными генераторами импульсов, обеспечивающими обработку материала в воде. Установки А207.33 оснащены приспособлениями для получения анодных блоков и тел вращения (например, катодов) обточкой электродом- проволокой.

Техпроцесс изготовления деталей (рис. 15) может осуществляться двумя проволоками из меди Ф 0,1–0,2 мм. Проволока с катушек 1 перематывается на катушку 2, направление задается твердосплавными вставками, закрепленными на скобе 6. Каждая проволока натягивается независимо друг от друга с помощью соответствующих устройств. Величина натяжения обычно выбирается равной 0,6–0,8 от максимального разрывного усилия проволоки. Скорость перемотки регулируется от 0,12 до 1,5 м/мин.

Крупногабаритные анодные блоки амплитронов и магнетронов, изготовленные с применением двух проволок, представлены на рис. 18–20.

В 9-резонаторном блоке амплитрона, представленном на рис. 19, вырезано только 7 резонаторов. На фотографии видны параллельные пазы шириной 0,12 мм, выполненные двумя проволоками. После последовательного прорезания 9 пар пазов (образования 9 ламелей) одна из проволок обрывается. Затем осуществляется последовательное изготовление 9 резонаторов одной проволокой (за счет поворота стола) с удалением отходов. Применение двух проволок при вырезании ламелей обеспечивает их абсолютную идентичность, наивысшую точность размеров по ширине и наилучшую чистоту обработанной поверхности при чрезвычайной простоте обработки.

На рис. 21 изображен анодный 20-резонаторный блок магнетрона «Анаконда» из меди МБ со вставкой из молибдена. Внутренний диаметр резонаторов d = 6 мм, наружный D = 10 мм, высота ламелей — 10 мм.

На рис. 22 представлен миниатюрный анодный блок «Ромашка» с резонаторами. Внутренний диаметр — 0,5 мм, максимальный — 2,5 мм, наружный диаметр корпуса — 20 мм.

Сложнопрофильные ажурные элементы миниатюрных деталей электронных приборов М-типа для сборных блоков диаметром 20 мм представлены на рис. 23. Из таких элементов собирается анодный блок прибора.

Большие трудности в свое время возникли при создании изделий с катодами из такого трудно поддающегося традиционным методам обработки материала, как борид лантана (LaB6).Для их изготовления наиболее целесообразным оказалось применение электроискровой обточки электродом-проволокой с использованием специальной оснастки.

На рис. 24 в качестве примера показаны катоды двух типоразмеров из борида лантана: Ф 16 мм со сферическим торцом R = 16 мм и Ф 4–5,4 мм с торцом R = 4 мм. Схемы изготовления таких катодов электродом-проволокой показаны на рис. 25: а) обточка заготовки, б) формообразование сферических поверхностей на торце, в) отрезание на установках типа А207.33. Во всех случаях заготовка катода вращается с небольшой скоростью, а проволока направляется соответствующими устройствами.

Электроискровая технология с применением электрода-проволоки упростила создание магнетронов в сантиметровом и дециметровом диапазонах (в частности, с быстрой перестройкой и малыми уходами частоты от импульса к импульсу в средней части сантиметрового диапазона). Эти магнетроны, а также усилители М-типа — амплитроны — позволили создать высокоэффективные подвижные доплеровские РЛС ПВО страны и аналогичные корабельные РЛС. При этом по своим параметрам магнетроны и амплитроны, на базе которых были созданы первые в СССР РЛС системы ПРО (противоракетной обороны), до сих пор не имеют себе равных в мире.

Использование особо точных методов электроискровой обработки в производстве сувениров и ювелирной промышленности

Новые способы изготовления прецизионных деталей электродом-проволокой и методами последовательного копирования использовались для изготовления различных сувениров, которые должны были показать широкой публике практически неограниченные возможности электроискрового способа. На рис. 26 показан сложный профиль, полученный в шарике подшипника Ф 24 мм электродом-проволокой Ф 0,04 мм. Буквы «СССР» и звездочка, вырезанные в шарике, могут легко перемещаться.

Блестящим доказательством неограниченных возможностей этого способа обработки в свое время стало прорезание тонкой проволокой надписей в лезвиях для безопасной бритвы. В закаленном стальном лезвии толщиной 0,05–0,1 мм электродом-проволокой ВА-3 Ф 0,04 мм были выполнены пазы шириной 0,06 мм в виде различных надписей (рис. 27).

На рис. 28 представлены образцы сувениров с отпечатками на полированных поверхностях кусков литого магнитного сплава ЮНДК, который, как известно, отличается хрупкостью и не поддается механической обработке. Передние поверхности и основания кристаллов образованы электродом-проволокой под углом 70–80° друг к другу. Глубина отпечатков 0,1–0,15 мм. Отпечатки автографов, расположенные под портретами, имеют ширину линий не более 0,06 мм. Они выполнены специальным электродом-инструментом, изготовленным с помощью пластины-электрода (надписи на этой пластине вырезаны электродом-проволокой ВА-3 диаметром 0,04 мм).

На рис. 29 изображены аппликации элементов из хромистой меди толщиной 0,5 мм на полированной поверхности яшмы, вырезанные электродом-проволокой Ф 0,04 мм.

Следует отметить, что поверхность после электроискровой обработки представляет собой совокупность перекрывающих друг друга лунок, каждая из которых образована в результате прохождения между электродами одного электрического разряда. Поэтому она не имеет зеркального блеска и является матовой. Параметры лунок, следовательно, и декоративные свойства поверхности можно изменять регулировкой режимов обработки. Это свойство поверхности первоначально использовалось при изготовлении различных сувениров (а в дальнейшем — при изготовлении формообразующих поверхностей пресс-форм и чеканочных штампов). Для увеличения контрастности изображения на полированную поверхность, до электроискрового нанесения рисунка, иногда наносят различные тонкие цветные покрытия: воронение, золочение, — а также различные вещества (нитрид титана). В этом случае полученная электроискровым способом поверхность становится матовой (цвета материала заготовки), а остальная поверхность остается зеркальной (цвета нанесенного покрытия).

С применением электроискрового метода изготавливались различные украшения, например, колье. Отличительная особенность таких изделий, полученных электроискровой вырезкой, от аналогов, изготовленных штамповкой или литьем, состоит в том, что они имеют острые кромки по всему периметру вырезанной фигуры, что придает им своеобразный, более строгий вид. На рис. 30 показана группа колье «Знаки зодиака», вырезанных электродом-проволокой в заготовках из нержавеющей стали Ф 22 мм, поверхность которых была предварительно отполирована и покрыта нитридом титана.

Отечественные электроискровые установки и их влияние на развитие зарубежных аналогов в 1960-е гг.

До появления систем программного управления на базе персональных компьютеров изготовление сложно-профильных деталей осуществлялось по увеличенным рисункам или чертежам, а также фотошаблонам. Для этого в СССР были разработаны электроискровые установки различных моделей: А207.20 (на базе большого проектора БП); А207.23 (на универсальном измерительном микроскопе), а также А207.13/20 и А207.33 (на базе микроскопа БМИ-1). Их оптические устройства позволяли увеличивать изображение в 10–50 раз.

На рис. 31 изображена установка А207.20 и крупный план устройства для закрепления заготовок деталей, скобы для направления электрода-проволоки и ванны для межэлектродной жидкости. На ней можно работать двумя способами: либо увеличенный чертеж размером до А2 закрепляется на круглом столе проектора (рис. 32), либо фотошаблоны — на предметном столике, которые, проектируясь на экране, увеличиваются в 10–50 раз (рис. 33).

На рис. 34 представлены координатные установки А207.12 для изготовления деталей копированием профиля электрода-инструмента (слева) и электродом-проволокой (справа), созданные на базе универсального измерительного микроскопа УИМ-21 (аналога микроскопа фирмы Карл Цейс).

На рис. 35 показана установка А.207.13/20 со встроенным тиратронным генератором импульсов, обеспечивающим изготовление деталей электродом-проволокой по увеличенному чертежу или шаблону, в качестве технологической жидкости может использоваться обычная вода из водопровода.

Это оборудование впервые демон-стрировалось за рубежом на специальной выставке отечественного электронного оборудования, организованной в ноябре 1964 года в Венгрии в доме техники города Будапешта. В марте 1965 года на юбилейной 800-летней Лейпцигской ярмарке установки А207.13/20 и А207.23 (модификация А207.12) получили высокую оценку зарубежных специ-алистов и были награждены Золотой медалью. В октябре 1966 года электроискровые координатные установки А.207.23 и А.207.13 были показаны в Италии на промышленном салоне в  Турине, причем модель А.207.23 прямо с выставки была продана фирме «Оливетти». Это послужило нача-лом многолетнего сотрудничества НИИЭТ МЭП СССР (НИИ-160) с этой фирмой через ВО «Техмашэкспорт». Разделение работ предполагалось следующим: «Оливетти» разрабатывает системы программного управления, а НИИ «Исток» — электроискровые станки.

В конце 1966 года установки А207.23 и А207.13 демонстрировались в японском городе Осако. В том же 1966 году установка А207.23 демонстрировалась в городе Загребе, а вместе с координатной установкой А207.30 на международной ярмарке в Брно была награждена Золотой медалью. В 1967 году Установка А207.23 демонстрировалось в Канаде на выставке «Экспо–67» в городе Монреале в течение полугода.

В 1966–1969 годах на экспорт было поставлено несколько десятков электроискровых установок — в Италию, Японию, Канаду, Великобританию, Францию, Польшу, ФРГ, Аргентину, ЧССР, Болгарию.

После демонстрации советского электроискрового оборудования для изготовения деталей электродом-проволокой в ноябре 1964 года на западном рынке в конце 60-х появился вырезной станок AGIECUT-DEM-15 с генератором STM-D швейцарской фирмы AGIE (A.G. fur Industrielle Electronik). По сравнению со станками НИИ «Исток» он имел на порядок большую потребляемую мощность, меньшую реально получаемую точность, значительно меньшую производительность процесса при обработке деталей из сталей, твердых сплавов и меди (электродом-проволокой Ф 0,15 мм). В случае применения проволоки Ф 0,05 мм на станках фирмы AGIE достигалась производительность процесса не более 0,5 мм2/мин. В качестве среды использовалась деионизованная вода.

(Продолжение следует)

Рекламодатели

Партнёры

Новостная рассылка

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