A szikraforgácsolási technológiák fejlődésének rövid áttekintése

A ma használt, modern gyártástechnológiák közül az egyik legfiatalabb technológia a szikraforgácsolás. A kicsit több mint fél évszázados technológia eleinte kisebb méretű csapok, illetve szerszámba tört fúrók, menetfúrók kiszedésére szolgált, az első huzalos gép asztala 150 x 150 mm volt. Manapság a szikraforgácsoló gépek nemcsak a szerszámgyártás, de más gépipari ágazatban alkalmazásra kerülnek és már 2 méteres asztalú gépek is megtalálhatóak a piacon.

Szikraforgacsolas_tortenete_cikk1

1. ábra: Második világháború alatt megépített szikraforgácsoló gép

A majd 70-80 év alatt megtett hatalmas mértékű fejlődés is jól mutatja a szikraforgácsolás szükségességét a modern gyártástechnológiában. Jelen cikkünkben a szikraforgácsolás kialakulását, főbb technikai és technológiai lépcsőit mutatjuk be.

Az elektromos szikra által történő anyag-eróziót 1770-ben fedezte fel Joseph Priestley angol tudós, akinek a nevéhez az oxigén elemi jellegének és az égési folyamatokban való szerepének felismerése is fűződik.

A szikrával történő megmunkálás alapgondolata 1943-ban fogalmazódott meg a szovjet Lazarenko házaspár fejében. Kutatási feladatuk az elektromos rendszerekben a volfrám érintkezők szikra kisüléskor történő tönkremeneteleinek megakadályozása volt. Ezen kutatásuk kudarcba fulladt, ám észrevették, hogy szigetelő közeget iktatva a két érintkező közé, a szikra kisülésének módja nagymértékben szabályozható, így a különböző fémelektródák „kopása” szabályozható. A megépített kísérleti berendezésük még távol állt a ma ismert szikraforgácsoló gépektől, de elméleti alapjai azonosak voltak.

Szikraforgacsolas_tortenete_cikk2

2. ábra: Ez első szikraforgácsológépek Rc-köre

A Lazarenko házaspár előre megjósolta, mi lesz az a két technikai akadály, amit át kell tudni lépni, hogy gazdaságosan üzemeltethető szerszámgépet kapjanak: a darab és az elektróda közötti résméret szabályozása, illetve a megfelelő áramgenerátor, ami a szükséges pulzusszámot tudja biztosítani a szikráztatáshoz. A Lazarenko házaspár által épített kísérleti berendezésen az elektróda manuális előtolású volt, így többet égett az elektróda, mint szikrázott volna, illetve generátornak egy „relaxációs” jellegű R-C kört alkalmaztak (rezisztor-kapacitor kör).

Szikraforgacsolas_tortenete_cikk3

3. ábra: Egy mai napig működő Eleroda D1-es

Ettől függetlenül három amerikai kutató, Harold Stark, Victor Harding, és Jack Beaver, megépítettek egy olyan szikraforgácsoló gépet, melyet szerszámkészítőknek szántak javítási munkálatokra. A koncepciójuk a következő volt: egy véső jellegű elektródával a szerszámba betört, beszorult fúrókat, menetfúrókat magátmérőhöz közeli méretben „át-szikraforgácsoltak”, így a szerszám furatában bennmaradt fúródarabkákat egyszerűbben ki lehet szedni, a szerszám roncsolása nélkül. Generátornak egy mechanikus jellegű megszakítót alkalmaztak, mely 60 szikra/másodperces teljesítményű volt.

1952-ben az orosz származású Nikolasz Mironov Lazarenkóék kutatási anyagát áttanulmányozva meggyőzte a svájci Ateliers des Charmilles cég vezetését egy ipari használatra alkalmas szikraforgácsoló gép gyártására. Az így megszületett Eleroda D1-es szerszámgép a mai ismert tömbös gépek egyik elődjének tekinthető. Ezzel párhuzamosan az Agie nevezetű svájci cég is elkezdett szikraforgácsoló gépet fejleszteni (Agietron AZ4), mely gépen pneumatikus szervo-rendszer szabályozta az elektróda-munkadarab távolságot.

Szikraforgacsolas_tortenete_cikk4

4. ábra: Agietron AZ4-es

A 60-as évek elején a szikraforgácsolás tekintetében a figyelem ismét az USA-ra fordult, ahol a szerszámgépgyártók elkezdték vákuumcsövekkel kiegészíteni a generátor RC-körét, így biztosítva 100-1000 szikra/másodperces teljesítményt. A generátorok fejlődésében a legnagyobb lépést a félvezetőipar, azon belül is a tranzisztorok fejlődése jelentette. A tranzisztorok, leváltva az egyenáramot megszakító vákuum csöves-RC generátorokat, biztosították a szikraforgácsolás hatékonyságát, így létrehozva a manapság is használatos „solid-state” generátorokat. A felvezető eszközök magasabb teljesítményeket voltak képesek kezelni, gyorsabb reakcióidő és pontosabb felbontás mellett. Az első ipari forgalomban kapható „solid-state” generátoros tömbös szikraforgácsoló gépet a japán JAPAX fejlesztette ki, a céget 1991-ben a Sodick vásárolta fel. Másodikként, egy évre rá a Mitsubishi dobta piacra tranzisztor-generátoros szerszámgépét.

Szikraforgacsolas_tortenete_cikk5

5. ábra: Relaxációs RC-kör vákuumcsövekkel

Szikraforgacsolas_tortenete_cikk6

6. ábra: Tranzisztoros, “solid-state” generátor

Ezen szikraforgácsoló gépek esetén az asztal előtolások manuálisak voltak, vezérlésről csak a generátor paramétereinek beállításáig lehetett beszélni. A ma ismert CNC szikraforgácsoló gépek CNC vezérlői felé tett első lépés a huzalos gépek kifejlesztése volt. Az első huzalos szikraforgácsoló gépet a szovjetek fejlesztették ki, 1957-ben. A huzalos szikraforgácsoló gépek esetén a generátorokat a tömbös gépek generátorai alapján építették meg. A huzalos gépek vezérlésének fejlesztésében két irányvonal jelentkezett: az egyik fejlesztési irány az volt, hogy egy „mester-rajzot” optikai úton olvastattak le, melyet a szerszámgép követett, közben a huzallal elvégezve a vágási folyamatot (amerikai Andrew Engineering Company). A második kísérleti irányvonal az akkortájt már ipari forgalomban is fellelhető lyukkártyás NC vezérlők alkalmazása volt.

Szikraforgacsolas_tortenete_cikk8

7. ábra: A svájciak első huzalos gépe, az Agie DEM-15, vezérlője és generátora

Az első NC lyukkártyás gépeket a 60-as évek végére fejlesztették ki a svájciak és az oroszok egymástól függetlenül, párhuzamosan. Az első mikrokontrolleres szikraforgácsoló gépet a Sodick dobta piacra, 1976-ban. Az első teljesen CNC vezérlésű huzalos szikraforgácsoló gépet a japán Seibu fejlesztette ki, teljesen háttérbe szorítva a lyukkártyás NC vezérlést.

A tömbös szikraforgácsolás területén érdemes megemlíteni az amerikai POCO Graphite Inc.-et, aki a ma használatos tömbözésre alkalmas, szemcsés szerkezetű grafit elektróda anyagot fejlesztette ki, 1964-ben.

Források:
http://vfocuse.com.ua/novye-shvejcarskie-proshivochnye-stanki
http://www.forosdeelectronica.com/f12/maquina-charmilles-eleroda-d1-s-codigo-diodo-107808/
http://www.americanwireedm.com/edm-machining-history
http://www.edm.kd-solution.com/en_edm04.html
http://edmtechman.com/about.cfm?pg=2&chap=1
http://www.sodick.com/ourcompany/companyinformation/history
http://www.mitsubishi-edm.de/en/history.html

GF AgieCharmilles – 60 év szikraforgácsolás


http://www.seibudenki.com/seimitu/
http://www.gfms.com/content/gfac/country_CH/en/about-gf-machining-solutions/profile/history-/1954-1957.html
http://www.drahterosion.com/english/beginnings_e.htm