CC BY
38
юбилеи
УДК 621.9.048.4
Борис романович Лазаренко — великий ученый и организатор науки (к 100-летию со дня рождения)
А. Д. Верхотуров, А. Е. Гитлевич
Ключевые слова: история электроэрозионной обработки, открытие и развитие электроэрозионной обработки.
«...первые десятилетия развития электроискровых технологий практически все нынешние мировые лидеры только тем и занимались, что изучали советские достижения и пытались их копировать в своих установках. Основных причин ведущего положения СССР было, пожалуй, две: сама технология зародилась именно в этой стране и была применена для изготовления передовых систем вооружений» [1].
В 1943 году в Свердловске сотрудникам эвакуированного из Москвы Всесоюзного электротехнического института, супругам Борису Романовичу и Наталье Иоасафовне Лазаренко, было выдано авторское свидетельство «Способ обработки металлов и других токопрово-дящих материалов» [1]. Это событие, оставшееся в то время незамеченным, стало началом новой эпохи в тысячелетней истории технологии обработки материалов.
Существующие к тому времени методы обработки в ряде случаев не обеспечивали потребности оборонной промышленности в обработке изделий из новых конструкционных и инструментальных материалов [2]. Появился разрыв между возможностями металлургии (особенно порошковой), создающей материалы с новыми свойствами, и технологическими возможностями их обработки. Требовался новый метод обработки, возможности которого не зависели бы от механических свойств материалов.
Супруги Лазаренко предложили использовать в качестве рабочего инструмента концентрированный поток заряженных частиц, возникающий при электрическом разряде в диэлектрической среде. Созданный ими метод электроэрозионной обработки (ЭЭО) дал возможность не только осуществлять размерное формообразование изделий из материалов, плохо обрабатываемых с помощью других методов, но и изменять структуру, фазовый, химический состав поверхностного слоя материалов (электроискровое легирование), получать
порошковые материалы заданных размеров (электроэрозионное диспергирование материалов) и решать целый ряд других технологических задач [3].
Открытие метода ЭЭО стало результатом исследований Б. Р. Лазаренко, начатых в 1936 году во Всесоюзном электротехническом институте, в лаборатории проф. В. В. Усова, которая входила в состав отдела «Магнитные, проводниковые и контактные материалы», возглавляемого проф. А. С. Займовским. В основу этой работы были положены данные изучения явления инверсии электрической эрозии металлов и методов борьбы с разрушением электрических контактов. Завершающий этап этой работы Борис Романович и Наталья Иоасафовна Лаза-ренко проводили в 1941-1943 годах в Свердловске (ныне Екатеринбург), куда был эвакуирован Всесоюзный электротехнический институт.
Было установлено, что за счет электрической эрозии электродных материалов под действием импульсных разрядов могут быть получены порошки любых металлов, сплавов и металлических композиций — от самых легкоплавких до наиболее тугоплавких включительно. Изучая влияние плотности тока на скорость образования порошковой массы, исследователи обнаружили, что электрод-катод, имеющий меньшую площадь, глубоко врезается в электрод-анод, при этом на последнем очень точно копируются геометрическая форма и размеры первого. С помощью вращающегося диска, использованного в качестве катода, можно разрезать любые токопроводящие
юбилеи
ШШБМЛ
Борис Романович Лазаренко
материалы. Так было установлено, что электроэрозионное разрушение можно использовать как средство формообразования деталей из любых токопроводящих материалов.
В апреле 1943 года Б. Р. и Н. И. Лазаренко вернулись в Москву, и в июне 1943 г. на ученом совете Всесоюзного электротехнического института Б. Р. Лазаренко защитил кандидатскую диссертацию на тему «Инверсия электрической эрозии металлов и методы борьбы с разрушением контактов». Основное положение диссертационной работы состояло в том, что электроды контактных систем всегда подвергаются электрической эрозии и это является отрицательным фактором для функционирования таких устройств. Обнаруженное в процессе исследования новое явление копирования формы и размера катода в материале анода за счет электроэрозионного разрушения последнего при искровых разрядах в диэлектрической жидкости можно использовать как метод размерного формообразования деталей из любых токопроводящих материалов.
Поскольку в основу рассматриваемого метода положен физический процесс, называемый электрической эрозией металлов, а разрядные импульсы в большинстве случаев характеризуют
Наталья Иоасафовна Лазаренко
искровую форму электрического разряда, уже в первых публикациях по этой проблеме авторы дали ему название «электроэрозионная обработка металлов» (ЭЭО) [4] или «электроискровая обработка металлов» (ЭИО) [5]. С тех пор эти названия метода повсеместно используют в технической литературе [6, 7].
Для изучения физических и технологических аспектов данного способа и разработки оборудования для проведения процесса ЭЭО токопроводящих материалов лаборатория, которую возглавил Б. Р. Лазаренко, была выделена из отдела проф. А. С. Займовского. Исключительно интенсивная и плодотворная научно-исследовательская и прикладная работа создателей метода ЭЭО поражает еще и потому, что ее вели в тяжелых условиях военных и первых послевоенных лет. В 1944 году вышла в свет их первая книга [4], ставшая сенсацией в области технологии обработки металлов. Это была первая в мире работа, посвященная ЭЭО, где были намечены основные области использования данного метода в технологии машиностроения и приборостроения.
Через год во второй, одноименной, книге Б. Р и Н. И. Лазаренко [8] были приведены
МЕТАЛЛООБРАБОТКА
юбилеи
конкретные конструкции электроэрозионных станков и описаны основные технологические характеристики электроэрозионного метода обработки металлов. Тогда же под руководством Б. Р. Лазаренко небольшой коллектив сотрудников лаборатории впервые в мире создал несколько образцов электроэрозионных станков для изготовления штампов, гравирования, заточки инструмента, прошивочно-копироваль-ных работ, резки металла. Эти разработки открыли перспективы для промышленного внедрения ЭЭО и послужили началом бурного развития ЭЭО в технологии машиностроения не только в СССР, но и за рубежом. Весь комплекс работ, выполненных Б. Р и Н. И. Ла-заренко в 1943-1945 годах, был высоко оценен государством — в июне 1946 года им была присуждена Сталинская премия.
Спустя два года Б. Р Лазаренко защитил докторскую диссертацию на тему «Электроискровой способ обработки металлов» в Московском высшем техническом училище им. Н. Э. Баумана. Рассказывая об ЭЭО на защите диссертации, Б. Р Лазаренко с присущей ему прозорливостью произнес: «...не может быть причин, которые бы приостановили развитие и движение этого революционного процесса, ломающего существующие представления об обработке материалов. Ему принадлежит будущее, и притом ближайшее будущее». В дальнейшем развитие ЭЭО металлов подтвердило его пророческие слова.
Большой объем физических и технологических исследований по ЭЭО и значительный интерес создателей новой техники к использованию результатов исследований в машиностроении потребовали проведения более масштабных испытаний. Поэтому в 1948 году в составе НИИ электромеханики было организовано новое подразделение — Центральная научно-исследовательская лаборатория электрических методов обработки материалов (ЦНИЛ-Электром), которую возглавил Б. Р Лазаренко. В дальнейшем ЦНИЛ-Электром стала независимой организацией, в 1955 году она вошла в систему АН СССР со статусом научно-исследовательского учреждения с непосредственным подчинением Президиуму АН СССР. Об этом, далеко не рядовом, событии в истории становления и развития ЭЭО и о том, как оно проходило, рассказал в своих воспоминаниях один из самых первых и талантливых учеников Б. Р Лазаренко — Борис Никифорович Золотых, впоследствии доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РСФСР. Он отмечал, что к 1955 г. лаборатория превратилась в научно-исследовательский центр общегосударственного значения [9, 13].
К сожалению, следует отметить, что непонимание важности интенсивного развития и широкого использования ЭЭО в машиностроении со стороны таких организаций, как Министерство станкостроительной и инструментальной промышленности СССР, его конструкторских бюро, научно-исследовательских институтов, в частности Экспериментального НИИ металлорежущих станков, и руководства этих организаций оказало негативное влияние на развитие метода. Такое отношение к Б. Р Лазаренко и его коллективу можно рассматривать как одну из причин отставания России в области теории и практики ЭЭО материалов в дальнейшем [10].
Большой научный задел, который Борис Романович успел создать в 1943-1948 годах, наличие молодого талантливого коллектива и невероятная работоспособность руководителя позволили заложить фундамент для дальнейшего развития и практического использования ЭЭО в промышленности. Уже в 1947 году в Ленинграде инженеры Е. М. Левинсон и Е. И. Владимиров при участии Б. Р Лаза-ренко создали первый промышленный вариант копировально-промывочного станка с автоматическим приводом подачи электрода-инструмента в процессе обработки. Значительный резонанс вызвала работа инженеров Ленинградского карбюраторного завода: электроискровой способ формирования отверстий диаметром 0,15 мм в деталях дизельной топливной аппаратуры был использован на производстве вместо механического сверления. Замена ручного механического сверления на электроискровую обработку на одном станке позволила снизить брак с 50,0 до 0,5%, увеличить производительность труда в 6 раз, благодаря использованию полуавтоматических электроискровых установок производительность одного оператора стала в 300 раз больше [11]. Было показано, что использование этого процесса не только повышает производительность в десятки, а в отдельных случаях в сотни раз, но и позволяет создавать элементы деталей для новых приборов, которые невозможно изготовить другими методами [12, 13]. Данная работа была проведена при поддержке ЦНИЛ-Электром.
Замечательным примером совместной научно-исследовательской и конструкторской работы является сотрудничество ЦНИЛ-Электром и НПП «Исток», где с 1948 года и до последних дней жизни трудился основоположник медицинской электроники Николай Дмитриевич Девятков, заместитель директора по научной работе. Академиков Б. Р. Лазаренко и Н. Д. Де-вяткова объединяла совместная научно-исследовательская работа в области электрических
юбилеи
ШШБМЛ
Академики Б. Р. Лазаренко и Н. Д. Девятков по дороге в НПО «Исток»
разрядов в газах, влияния воздействия электромагнитных колебаний на биологические структуры и организмы (например, облучение семян в целях повышения урожайности сельскохозяйственных культур). Они оба обладили добрейшим характером и сердечной отзывчивостью к просьбам людей, оба были лауреатами Сталинских премий. Результатом их совместной работы является создание первого в мире промышленного прецизионного электроэрозионного проволочного станка с числовым программным управлением (мод. 4531). Число таких разработок, которые были внедрены на производстве, очень быстро увеличивалось, так как эффект от использования ЭЭО, как правило, коренным образом менял технологию и культуру производства, а при определенной организации и соблюдении условий процесса обработки резко повышал производительность изготовления изделий. Все это свидетельствовало об экономической целесообразности применения ЭЭО.
Б. Р. Лазаренко понимал, что для глубокого изучения и внедрения в производство принципиально новых способов обработки токо-проводящих материалов необходимо привлечь заинтересованных и инициативных специалистов с высоким уровнем подготовки. Поэтому значительная часть его творческой жизни была посвящена организации коллектива научно-технических специалистов и передаче
Б. Н. Золотых, доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РСФСР
своих идей, знаний и опыта ученикам, которые смогли бы реализовать все возможности, сделанного Б. Р и Н. И. Лазаренко открытия.
В 1945 году в НИИ электромеханики была открыта аспирантура, и в лаборатории Б. Р Лазаренко появился первый аспирант — Борис Никифорович Золотых, выпускник физического факультета МГУ. Учитывая уровень его подготовки, Борис Романович предложил своему аспиранту сосредоточиться на теоретических и экспериментальных исследованиях. Работы по изучению физических основ электроискровой обработки привели Б. Н. Золотых к созданию модели процесса ЭЭО, основанной на тепловых явлениях, возникающих на электродах при низковольтных импульсных разрядах в жидкости. В начале 1948 года он защитил кандидатскую диссертацию на тему «О некоторых закономерностях искровой электрической эрозии металлов в жидкой диэлектрической среде». Это была первая работа, посвященная изучению физической природы ЭЭО металлов. В кандидатской и докторской диссертациях Б. Н. Золотых сформулированы теоретические и технологические основы процесса ЭЭО [14], проведены фундаментальные исследования природы электрической эрозии металлов, на основании которых была разработана общая физическая (феноменологическая) теория ЭЭО и предложены методы расчета параметров режима обработки.
МЕТАЛЛООБРАБОТКА
юбилеи
Б. И. Ставицкий, лауреат Ленинской премии
Немалый интерес со стороны производственников вызвали и диссертационные работы Е. А. Володина, Н. Ф. Фатеева, которые внесли ряд предложений относительно практического использования метода. Фактически самостоятельное направление в ЭЭО разработано в диссертационной работе Б. И. Ставиц-кого, который когда-то был одним из студентов Московского авиационного технологического института (МАТИ). В этот период была чрезвычайно актуальна проблема подготовки специалистов в области ЭЭО материалов, и Б. Р. Лазаренко читал лекции для студентов МАТИ.
После первой лекции для будущих специалистов Б. Р Лазаренко сказал своим коллегам: «...через год эти студенты станут первыми специалистами по электроискровой обработке. Думаю, что отряд наших единомышленников получит доброе пополнение. Вот почему сегодняшний день для меня истинный праздник» [9]. Он не ошибся: пройдут годы, и его дипломник из МАТИ Б. И. Ста-вицкий станет одним из признанных специалистов в области ЭЭО. Сохранив тесный научный контакт со своим учителем, он, став сотрудником НПП «Исток», впервые в мире разработал технологию и оборудование
для прецизионной электроискровой обработки. Именно с этого момента эрозионная обработка проволочным электродом будет получать признание по всему миру, ее основатели (Б. И. Ставицкий, М. М. Федоров, Е. В. Хо-лоднов) будут удостоены Ленинской премии.
К середине 50-х годов вокруг Бориса Романовича Лазаренко сложился крепкий, профессионально зрелый коллектив научно-технических специалистов. Отдел физики в ЦНИЛ-Электром возглавил Борис Никифорович Золотых, отдел технологии — Николай Константинович Фотеев; Иосиф Зиновьевич Могилевс-кий стал руководителем отдела металлографии, Наталья Иоасафовна Лазаренко — заведующей отделом легирования, а отделом новых процессов стал руководить Борис Романович Лазаренко. Созданные при лаборатории конструкторское бюро и небольшое, экспериментальное производство как бы замкнули цепочку «идея — эксперимент — практика». Благодаря им появилась возможность реализовать на практике идеи, которые рождались и совершенствовались в лаборатории.
История ЦНИЛ-Электром закончилась в 1965 году, после реорганизации в системе АН СССР. Научные исследования в области новых направлений электрической обработки материалов были перенесены в Институт прикладной физики АН Молдавской ССР, который был организован в 1964 году. Его директором стал академик АН Молдавской ССР Б. Р Лазаренко. О роли и значении Б. Р Лазаренко в становлении молдавской технологической науки подробно рассказал один из его учеников, академик М. К. Болога [15].
Система «идея — эксперимент — практика» оправдала себя и при исследовании и внедрении ЭЭО в производство, поэтому позже, в 1963-1964 годах, Борис Романович вторично использовал эту систему, когда уже стал директором Института прикладной физики АН МССР При институте был создан опытный завод с конструкторским бюро — достаточно крупное хозрасчетное подразделение.
Кроме того, дополнением к этой цепочке стало периодическое специализированное издание — журнал «Электронная обработка материалов», который практически объединил все научные силы страны, работающие в области ЭЭО материалов и новых применений электричества.
В лаборатории ЦНИЛ-Электром получили развитие исследования воздействия низко-и высокочастотных колебаний непосредственно на процесс электроэрозионной обработки. Обобщение экспериментальных и теоретических исследований в этой области стало задачей,
юбилеи
ШШ^БРАБОШ
М. К. Мицкевич, доктор технических наук, профессор, лауреат Государственной премии
с которой успешно справился М. К. Мицкевич в своей кандидатской диссертации. Позднее научные основы технологии электроэрозионного формообразования деталей штампов были проанализированы им в докторской диссертации. Он входил в число сотрудников, выполнивших комплекс работ во ФТИ АН БССР, который получил высокую оценку на государственном уровне — коллектив был удостоен Государственной премии [16].
Борис Романович не только руководил научно-исследовательскими работами в Центральной лаборатории и занимался организацией внедрения ЭЭО в промышленности, но и вел педагогическую деятельность, работал в Президиуме АН СССР, сначала в качестве ученого секретаря Президиума АН СССР, а затем — исполняющего обязанности заместителя академика-секретаря отделения технических наук АН СССР [9].
С конца 1955-го по февраль 1958 года Б. Р. Ла-заренко был командирован в Китай в качестве советника при президенте АН КНР. Он участвовал в разработке перспективного плана развития науки и техники в КНР и, безусловно, оказал наибольшее влияние на становление и развитие ЭЭО в этой стране.
После его возвращения в СССР группа китайских специалистов из различных организаций была командирована в ЦНИЛ-Электром
на стажировку. Китайские инженеры были не первыми зарубежными специалистами, которые получали научную подготовку в ЦНИЛ-Электром. В конце 1940-х — 1950-х годах в лабораторию Бориса Романовича в основном приезжали специалисты из социалистических стран Восточной Европы. Его первым зарубежным учеником был талантливый инженер из Чехословакии Индржик Станек. На родине он возглавлял отдел в НИИ механизации и автоматизации в словацком городе Новое Место под Вахом [17]. Он досрочно завершил и защитил диссертационную работу и, прощаясь, сказал своему научному руководителю Б. Р. Лазаренко: «Ваш метод найдет широчайшее применение в Чехословакии. Смею Вас в этом заверить твердо». Его активная деятельность способствовала тому, что Чехословакия одной из первых среди стран Восточной Европы начала проводить научные исследования и конструкторские работы в области ЭЭО для станкостроения. Уже к середине 50-х годов НИИ механизации и автоматизации разработал более 10 типов электроискровых станков различного назначения.
К началу 1960-х годов сложилось и получило развитие международное сотрудничество в области электрических методов обработки материалов. Одним из наиболее значимых мероприятий в этой сфере стал Международный симпозиум по электрическим методам обработки (КЕМ). Свой немалый вклад в организацию и становление этого сотрудничества внесли Б. Р Лазаренко (СССР), доктор-инженер И. Станек (Чехословакия), профессор, доктор Е. Матиас (Швейцария), доцент М. М. Шушка (Чехословакия) и представители других стран. Первый международный симпозиум КЕМ-1 был организован научно-техническим обществом Чехословакии и состоялся в Праге в сентябре 1960 года. Этот день, 12 сентября 1960 года, когда начал свою работу первый симпозиум, можно считать днем рождения ЭЭО в мировом масштабе.
Немаловажной особенностью научного творчества Б. Р Лазаренко является периодическая, по мере накопления, систематизация экспериментальных данных в виде своего рода обобщений. Если в одной из первых работ было сделано несколько обобщений, то в одной из последних их количество достигло 37, они были связаны не только с ЭЭО, но и с важнейшими вопросами, имеющими отношение к прохождению электрического тока через электролит, воздействию электрического тока на живые организмы. Обобщения, изложенные в работах [18, 19], — итог большой теоретической и экспериментальной работы
МЕТ^ПЛООВРАВОТКА
юбилеи
Б. Р. и Н. И. Лазаренко в области созданного ими направления современной технологии машиностроения.
Различные аспекты физики и технологии электроэрозионной обработки материалов рассмотрены в монографиях и учебных пособиях, изданных учениками и последователями Б. Р. Лазаренко. Это известные книги Б. Р Золотых, Н. К. Фотеева, А. Д. Верхотурова, П. Н. Белкина, И. И. Софронова, М. К. Мицкевича, А. Е. Гитлевича. Значительную работу в целях популяризации этой области технологии проводит Б. И. Ставицкий. Современное состояние и перспективы развития метода ЭЭО рассмотрены в исследовании [19], изданном к 100-летию со дня рождения Б. Р Лазаренко.
Литература
1. А. с. 700100 СССР. Способ обработки металлов, сплавов и других токопроводящих материалов / Б. Р. Лазаренко, Н. И. Лазаренко. № 4; заявл. 03.04.1943; опубл. 04.02.1971. Бюл. № 7. С. 205-206.
2. Францевич И. Н., Гнесин Г. Г., Курдюмов А. В. Сверхтвердые материалы. Киев: Наук. думка, 1980. 296 с.
3. Саушкин Б. П. Электрический разряд в жидких и газовых средах — основа нового поколения методов и технологий машиностроительного производства // Электронная обработка материалов. 2004. № 1. С. 8-17.
4. Лазаренко Б. Р., Лазаренко Н. И. Электрическая эрозия металлов. Вып. 1. М.: Госэнергоиздат, 1944. 60 с.
5. Лазаренко Б. Р., Лазаренко Н. И. Физика искрового способа обработки металлов. М.: РИО ЦБТИ, 1946. 76 с.
6. Лазаренко Б. Р. Электрический способ обработки металлов, сплавов и других токопроводящих материалов // Электронная обработка материалов. 1967. № 5. С. 3-19.
7. ГОСТ 25331—82. Обработка электроэрозионная. Термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1983. 9 с.
8. Лазаренко Б. Р., Лазаренко Н. И. Электрическая эрозия металлов. Вып. 2. М.: Госэнергоиздат, 1946. 32 с.
9. Беленький Б. А. И повторить себя в учениках. Кишинев: Штиинца, 1988. 254 с.
10. Ставицкий Б. И. Почему СССР потерял лидерство в электроискровых технологиях // Оборудование и инструмент. 2007. № 4. С. 52-56.
11. Левинсон Е. М. Развитие технологии электроискровой обработки в массовом производстве // Тр. / ЦНИЛ-Электром АН СССР. Вып. 2. М.: Изд-во АН СССР. С. 233-247.
12. Ставицкий Б. И. Электроискровая обработка материалов. Способ Лазаренко на рубеже столетий // Электронная обработка материалов. 2000. № 5. С. 25-40.
13. Золотых Б. Н. Об открытии и развитии электроэрозионной обработки материалов // Электронная обработка материалов. 2003. № 3. С. 4-9.
14. Постаногов В. Х., Саушкин Б. П. Научная и инженерная деятельность Б. Н. Золотых в области электроэрозионной обработки материалов. М.: НИИТМ, 2003. 42 с.
15. Болога М. К. Исследования и инновации в Институте прикладной физики // Электронная обработка материалов. 2006. № 3. С. 4-91.
16. Мицкевич М. К. Исследование явления электрической эрозии в Белоруссии // Электронная обработка материалов. 2003. № 2. С. 86-94.
17. Сенецкий Л. Воспоминания словацких машиностроителей к 60-летию электроэрозионных технологий // Электронная обработка материалов. 2003. № 2. С. 86-94.
18. Лазаренко Б. Р., Лазаренко Н. И. Изыскание новых применений электричества // Электронная обработка материалов. 1977. № 5. С. 5-19.
19. Лазаренко Б. Р., Лазаренко Н. И. Прохождение электрического тока через электролиты // Электронная обработка материалов. 1978. № 1. С. 5-9.
20. Елисеев Ю. С., Саушкин Б. П. Электроэрозионная обработка изделий авиационно-космической техники. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Баумана, 2010. 450 с.
