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.
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.
1. A kezdeti kísérletek
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.
Magát az elektromos szikra által történő anyag-eróziót egyébként 1770-ben fedezte fel Joseph Priestley angol tudós, akinek a nevéhez az oxigén elemi jellegének és az égési folyamatokban való szerepének felismerése is fűződik.
1. kép: Az 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 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 áramkört alkalmaztak (rezisztor-kapacitor kör) (1. kép).
2. Az első szikraforgácsoló gép
Ettől függetlenül három amerikai kutató, Harold Stark, Victor Harding, és Jack Beaver, megépítettek egy olyan szikraforgácsoló gépet (2. kép), 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.
2. kép: Második világháború alatt megépített szikraforgácsoló gép
Generátornak egy mechanikus jellegű megszakítót alkalmaztak, mely 60 szikra/másodperces teljesítményű volt.
3. Megkezdődik az ipari alkalmazás
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 (3. kép) a mai ismert tömbös gépek egyik elődjének tekinthető.
3. kép: Egy mai napig működő Eleroda D1-es
Ezzel párhuzamosan az Agie nevezetű svájci cég is elkezdett szikraforgácsoló gépet fejleszteni (4.kép), mely gépen pneumatikus szervo-rendszer szabályozta az elektróda-munkadarab távolságot.
4. kép: Agietron AZ4-es
4. A technológia tökéletesítése
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 (5. kép). 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.
5. kép: 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.
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 pedig 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
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