Вырезка сложных деталей на электроэрозионных (ЭЭ) станках

Хохряков Б.Г.

В настоящее время на операциях резания деталей волновых редукторов задействовано 14 линейных электроэрозионных вырезных станков Sodick. Первый, о котором идет речь, работает с 2001 г. 

Хохряков Б.Г., на момент написания статьи заместитель главного инженера 
ОАО “Центрсибнефтепровод”, г. Томск.
(В настоящее время Борис Георгиевич Хохряков – главный инженер томского
НПО “Сибирский Машиностроитель”,  hbg@nposibmach.ru).

Статья перепечатана из журнала “Двигатель” №4/2001, с разрешения автора и редакции.

электроэрозионные станки Sodick в Томске

Электроискровые станки Sodick на трех предприятиях в Томске, задействованные на вырезке деталей волновых редукторов.

Для транспортировки добытой нефти потребителям построена гигантская сеть магистральных нефтепроводов, покрывающая почти всю территорию России. Их протяженность приближается к 48 тысячам километров. Для перераспределения и регулирования потоков нефти на линейной части магистральных нефтепроводов и насосных нефтеперекачивающих станциях установлено множество задвижек крупных размеров с условным проходом до 1200 мм, которые закрываются или открываются с помощью специальных электроприводов, управляемых системами телемеханики. Эти электроприводы работают под открытым небом в сибирской тайге, степи, горах, тундре, вблизи морских акваторий. Они подвержены воздействию высоких и низких температур, перепадов давления, влажности, солнечной радиации, атмосферных осадков и т.п. Сердцем электропривода является редуктор, к которому предъявляются высокие требования по точности, несущей способности, к.п.д., надежности и долговечности.

Нашим предприятием разработаны и внедрены в производство электроприводы нового поколения для запорной арматуры магистральных нефтепроводов. Силовой исполнительный механизм электроприводов построен на базе волнового редуктора с промежуточными звеньями, который был заимствован из космической техники. Эти устройства защищены тремя патентами. Одна из важнейших деталей такого редуктора – ведущий зубчатый венец, изготовляемый из высоколегированной стали и имеющий твердость 61-63 HRCэ. Рабочая поверхность зубьев венца, напоминающая беговую дорожку подшипника, должна иметь шероховатость поверхности не хуже 0,6 мкм Rа. Контур зубьев описан совокупностью сопряженных радиусов и укороченных гипоциклоид, ширина зубьев может колебаться от 50 до 90 мм. Отклонение от теоретического профиля не должно превышать 4 мкм. Эскиз одного из типоразмеров венцов и пример описания одной ветви зуба:

электроэрозионное резание на станке Sodick сложной детали венца волнового редуктора
электроэрозионное резание

Спасением оказалась электроэрозионная проволочная вырезка

Вначале эти зубчатые венцы обрабатывались на координатно-шлифовальном станке, однако возникли серьезные проблемы с обработкой сопряжений и малых радиусов. В результате помимо неприемлемых затрат времени и огромной стоимости мы получили приводы с повышенным шумом и вибрациями, что не соответствовало выдвинутым требованиям.

Спасением оказалась электроэрозионная проволочная вырезка. В начале работы по выбору электроэрозионного станка мы получили предложения от 2 швейцарских фирм, AGIE и Charmilles, позже – от японской формы Sodick. Все фирмы получили от нас задание на изготовление пробной детали. Результаты, которые мы получили, сведены в таблицу:

сравнение результатов электроэрозионных вырезных станков

Примечание: Измерения точностных параметров производились на машине OPTON KMG 850 на Томском приборном заводе.

При выборе критичными показателями для нас были высокая производительность, качество поверхности и точность. В этом плане станок Sodick оказался несравнимо лучше, чем станки конкурентов из Швейцарии, и мы выбрали оборудование Sodick. Но здесь мы столкнулись с проблемой, пожалуй, более серьезной, чем технические вопросы. Приобретение оборудования по ряду организационных проблем заняло достаточно много времени. И все это время проигравшая тендер фирма AGIE и ее агент в России “ГАЛИКА” не совсем корректными методами пытались заставить нас изменить наше решение. Скажем честно: с такой непорядочной конкурентной борьбой (если это можно так назвать) мы столкнулись впервые. Отстоять свой выбор стоило нам немало нервов, но о том, как это было, не хотелось бы вспоминать.

"...станок Sodick оказался несравнимо лучше, чем станки конкурентов ..., и мы выбрали оборудование Sodick."

В конечном итоге мы получили станок “Содик”. И станок мы получили не простой, а с линейными двигателями. Следует отметить оперативную работу представительства Sodick Europe в Москве. На следующий день после установки станка в цехе специалисты фирмы прибыли в г. Томск и приступили к наладке. На весь процесс наладки и обучения ушло 6 дней, после чего станок начал круглосуточно выполнять производственную программу, которая ранее выполнялась на заводах гг. Юрги, Новосибирска, Красноярска и Томска. Что же можно сказать о нашем опыте внедрения электроэрозии по прошествии полугода?

В настоящее время станок “Содик” эксплуатируется в 3 смены, и уже в течении полугода он работает без перерывов, выходных и праздников. Первоначально рабочий контур венца обрабатывался за 3 прохода: один черновой и два чистовых. После нескольких экспериментов удалось стабильно получать заданную точность и шероховатость поверхности за 2 прохода – черновой и чистовой. Теперь на весь цикл обработки уходит всего 8,5 часов. Сравните это с 19 и 24 часами, которые требуются швейцарским станкам. Шероховатость, получаемая после 2 проходов, нас более чем устраивает: примерно 0,5 мкмRa, или 8 класс шероховатости. Точность по всему контуру – в пределах 4 мкм. Такая высокая точность на детали позволила исключить селективную сборку редуктора, которая занимала много времени и требовала много одинаковых деталей для подбора, когда мы заказывали обработку на станках AGIE на других заводах. Следует отметить высокую надежность станка, простоту управления и обслуживания. Как правило, весь цикл обработки проходит без обрывов проволоки. За все время работы ни одна деталь не ушла в брак. Станок работает автономно, а оператор практически все рабочее время обслуживает другое оборудование с ЧПУ.

Электропривод НПО «СибМаш» 
с волновой передачей в редукторе. 

"...правильный выбор – это не только экономия сейчас, но и технический уровень и высокая рентабельность в течение всего времени эксплуатации в будущем."

Приобретенный станок позволил на 130% сократить капиталовложения в производственную базу, значительно (более чем в 2 раза) снизив требуемое количество проволоки и ионно-обменной смолы за счет использования новейших разработок японских конструкторов в области линейных сервоприводов. Если бы мы выбрали в качестве партнера швейцарскую фирму, то для выполнения нашей производственной программы потребовалось бы приобретать еще полтора станка (швейцарские станки к тому же предлагались за несопоставимо более высокую цену, чем станок “Содик”), тратить значительные средства на ремонт и подготовку дополнительного помещения и закупать почти в три раза больше расходных материалов.

Выводы, которые мы сделали для себя:

  • в ряде случаев электроэрозионная обработка в основном производстве эффективнее механообработки, а иногда просто незаменима;
  • при выборе ЭЭ оборудования нужно ориентироваться на результаты сравнительных испытаний и результаты опроса пользователей однотипного оборудования, а не на заявленные характеристики станков: производительность, достижимая шероховатость и т.п. На деле станок с заявленной скоростью 300 мм2/мин режет значительно медленнее того, у которого заявлена меньшая, но реальная скорость;
  • правильный выбор – это не только экономия сейчас, но и технический уровень и высокая рентабельность в течение всего времени эксплуатации в будущем.

"...в ряде случаев электроэрозионная обработка в основном производстве эффективнее механообработки, а иногда просто незаменима."