الآلات EBM وتصنيع شعاع الإلكترون

In ELECTRON-BEAM MACHINING (EBM)   لدينا إلكترونات عالية السرعة مركزة في شعاع ضيق يتم توجيهه نحو قطعة العمل التي تعمل بالبخار ، مما ينتج الحرارة والبخار. وبالتالي فإن EBM هو نوع من  HIGH-ENERGY-BEAM MACHINING technique. يمكن استخدام معالجة الشعاع الإلكتروني (EBM) للقطع الدقيق أو الثقب لمجموعة متنوعة من المعادن. تشطيب السطح أفضل وعرض الشق أضيق مقارنة بعمليات القطع الحراري الأخرى. يتم إنشاء حزم الإلكترون في معدات تصنيع EBM في مدفع شعاع إلكتروني. تتشابه تطبيقات تصنيع الحزمة الإلكترونية مع تطبيقات معالجة شعاع الليزر ، باستثناء أن EBM يتطلب فراغًا جيدًا. وهكذا يتم تصنيف هاتين العمليتين على أنهما عمليات كهروضوئية حرارية. تقع قطعة العمل المراد تشكيلها باستخدام عملية EBM تحت شعاع الإلكترون ويتم الاحتفاظ بها في فراغ. يتم أيضًا تزويد مسدسات شعاع الإلكترون في آلات EBM بأنظمة الإضاءة والتلسكوبات لمحاذاة الحزمة مع قطعة العمل. يتم تثبيت قطعة العمل على طاولة CNC بحيث يمكن تشكيل الثقوب من أي شكل باستخدام التحكم CNC ووظيفة انحراف الحزمة للمسدس. لتحقيق التبخر السريع للمادة ، يجب أن تكون الكثافة المستوية للطاقة في الحزمة عالية قدر الإمكان. يمكن تحقيق قيم تصل إلى 10exp7 واط / مم 2 في مكان التأثير. تنقل الإلكترونات طاقتها الحركية إلى حرارة في منطقة صغيرة جدًا ، وتبخرت المادة المتأثرة بالحزمة في وقت قصير جدًا. يتم طرد المادة المنصهرة في الجزء العلوي من الجبهة من منطقة القطع بسبب ارتفاع ضغط البخار في الأجزاء السفلية. تم بناء معدات EBM بشكل مشابه لآلات لحام الحزمة الإلكترونية. تستخدم آلات الشعاع الإلكتروني عادةً الفولتية في نطاق 50 إلى 200 كيلو فولت لتسريع الإلكترونات إلى حوالي 50 إلى 80٪ من سرعة الضوء (200000 كم / ثانية). تستخدم العدسات المغناطيسية التي تعتمد وظيفتها على قوى لورنتز لتركيز شعاع الإلكترون على سطح قطعة العمل. بمساعدة الكمبيوتر ، يقوم نظام الانحراف الكهرومغناطيسي بوضع الحزمة حسب الحاجة بحيث يمكن حفر ثقوب من أي شكل. بمعنى آخر ، تشكل العدسات المغناطيسية في معدات تصنيع الشعاع الإلكتروني الشعاع وتقلل من التباعد. من ناحية أخرى ، تسمح الفتحات للإلكترونات المتقاربة فقط بالمرور والتقاط الإلكترونات المتباينة منخفضة الطاقة من الأطراف. وبالتالي تعمل الفتحة والعدسات المغناطيسية في آلات EBM على تحسين جودة شعاع الإلكترون. يتم استخدام البندقية في EBM في الوضع النبضي. يمكن حفر الثقوب في صفائح رقيقة باستخدام نبضة واحدة. ومع ذلك ، بالنسبة للصفائح السميكة ، ستكون هناك حاجة إلى نبضات متعددة. يتم استخدام فترات تبديل النبض من 50 ميكروثانية إلى 15 مللي ثانية بشكل عام. لتقليل تصادم الإلكترون مع جزيئات الهواء مما يؤدي إلى التشتت والحفاظ على التلوث إلى الحد الأدنى ، يتم استخدام الفراغ في EBM. الفراغ صعب الإنتاج ومكلف. يتطلب الحصول على فراغ جيد بشكل خاص داخل الأحجام والغرف الكبيرة طلبًا كبيرًا. لذلك فإن EBM هو الأنسب للأجزاء الصغيرة التي تتناسب مع غرف التفريغ المدمجة ذات الحجم المعقول. يتراوح مستوى الفراغ داخل مسدس EBM من 10EXP (-4) إلى 10EXP (-6) Torr. ينتج عن تفاعل حزمة الإلكترون مع قطعة العمل أشعة سينية تشكل خطرًا على الصحة ، وبالتالي يجب على الموظفين المدربين جيدًا تشغيل معدات EBM. بشكل عام ، يتم استخدام EBM-Machining لقطع ثقوب صغيرة يصل قطرها إلى 0.001 بوصة (0.025 ملم) وفتحات ضيقة مثل 0.001 بوصة في المواد التي يصل سمكها إلى 0.250 بوصة (6.25 ملم). الطول المميز هو القطر الذي تنشط فيه الحزمة. قد يكون لشعاع الإلكترون في EBM طول مميز من عشرات الميكرونات إلى ملم اعتمادًا على درجة تركيز الحزمة. بشكل عام ، يتم تصنيع شعاع الإلكترون المركّز عالي الطاقة للتأثير على قطعة العمل بحجم موضعي يتراوح من 10 إلى 100 ميكرون. يمكن أن توفر EBM ثقوبًا بأقطار تتراوح من 100 ميكرون إلى 2 مم بعمق يصل إلى 15 مم ، أي بنسبة عمق / قطر تبلغ حوالي 10. في حالة حزم الإلكترون غير المركزة ، تنخفض كثافة الطاقة إلى 1 واط / مم 2. ومع ذلك ، في حالة الحزم المركزة ، يمكن زيادة كثافة الطاقة إلى عشرات kW / mm2. على سبيل المقارنة ، يمكن تركيز أشعة الليزر على حجم موضعي يتراوح من 10 إلى 100 ميكرون بكثافة طاقة تصل إلى 1 ميغاواط / مم 2. يوفر التفريغ الكهربائي عادةً أعلى كثافة للطاقة مع أحجام بقعة أصغر. يرتبط تيار الشعاع ارتباطًا مباشرًا بعدد الإلكترونات المتوفرة في الحزمة. يمكن أن يصل تيار الشعاع في معالجة الشعاع الإلكتروني إلى 200 ميكرو أمبير إلى 1 أمبير. تؤدي زيادة تيار شعاع EBM و / أو مدة النبضة إلى زيادة الطاقة لكل نبضة بشكل مباشر. نستخدم نبضات عالية الطاقة تزيد عن 100 جول / نبضة لعمل ثقوب أكبر في الألواح السميكة. في ظل الظروف العادية ، توفر لنا آلية EBM ميزة المنتجات الخالية من النتوءات. معلمات العملية التي تؤثر بشكل مباشر على خصائص المعالجة في معالجة الشعاع الإلكتروني هي:

 

• تسريع الجهد

 

• شعاع التيار

 

• مدة النبض

 

• الطاقة لكل نبضة

 

• القوة لكل نبضة

 

• تيار العدسة

 

• حجم البقعة

 

• كثافة الطاقة

 

يمكن أيضًا الحصول على بعض الهياكل الفاخرة باستخدام معالجة الشعاع الإلكتروني. يمكن أن تكون الثقوب مستدقة على طول العمق أو على شكل برميل. من خلال تركيز الحزمة أسفل السطح ، يمكن الحصول على تناقص التدريجي العكسي. يمكن تشكيل مجموعة واسعة من المواد مثل الفولاذ والفولاذ المقاوم للصدأ والتيتانيوم والنيكل والسبائك الفائقة والألمنيوم والبلاستيك والسيراميك باستخدام معالجة الحزمة الإلكترونية. يمكن أن تكون هناك أضرار حرارية مرتبطة بـ EBM. ومع ذلك ، فإن المنطقة المتأثرة بالحرارة ضيقة بسبب فترات النبض القصيرة في EBM. تتراوح المناطق المتأثرة بالحرارة بشكل عام من 20 إلى 30 ميكرون. يتم تشكيل بعض المواد مثل سبائك الألومنيوم والتيتانيوم بسهولة أكبر مقارنة بالفولاذ. علاوة على ذلك ، لا تتضمن المعالجة بالآلات EBM قوى القطع على قطع العمل. يتيح ذلك إمكانية تصنيع المواد الهشة والهشة بواسطة EBM دون أي لقط أو ربط كبير كما هو الحال في تقنيات المعالجة الميكانيكية. يمكن أيضًا حفر الثقوب بزوايا ضحلة جدًا مثل 20 إلى 30 درجة.

 

 

 

مزايا تصنيع الشعاع الإلكتروني: يوفر EBM معدلات حفر عالية جدًا عند حفر ثقوب صغيرة ذات نسبة عرض إلى ارتفاع عالية. يمكن لـ EBM تصنيع أي مادة تقريبًا بغض النظر عن خصائصها الميكانيكية. لا توجد قوى قطع ميكانيكية متضمنة ، وبالتالي فإن تكاليف لقط العمل والتثبيت والتثبيت يمكن تجاهلها ، ويمكن معالجة المواد الهشة / الهشة دون مشاكل. المناطق المتأثرة بالحرارة في EBM صغيرة بسبب النبضات القصيرة. إن EBM قادرة على توفير أي شكل من الثقوب بدقة باستخدام ملفات كهرومغناطيسية لتحريف الحزم الإلكترونية ومنضدة CNC.

 

 

 

عيوب تصنيع الشعاع الإلكتروني: المعدات باهظة الثمن ، ويتطلب تشغيل وصيانة أنظمة التفريغ فنيين متخصصين. تتطلب EBM فترات توقف ضخ فراغ كبيرة لتحقيق ضغوط منخفضة مطلوبة. على الرغم من أن المنطقة المتأثرة بالحرارة صغيرة في EBM ، فإن تكوين طبقة إعادة الصياغة يحدث بشكل متكرر. تساعدنا سنوات خبرتنا ومعرفتنا العديدة في الاستفادة من هذه المعدات القيمة في بيئة التصنيع لدينا.