EBM Machining & Electron Beam Machining

In OBRADA ELEKTRONSKIH ZRAKA (EBM) mi imamo velike brzine elektrona koji se direktno koncentrišu u radni komad i koncentrišu toplotu. Tako je EBM neka vrsta HIGH-ENERGY-BEAM MACHINING technique. Elektronska obrada (EBM) može se koristiti za vrlo precizno sečenje ili bušenje raznih metala. Završna obrada površine je bolja i širina reza je uža u odnosu na druge procese termičkog rezanja. Elektronski snopovi u opremi EBM-Machining generiraju se u topu s elektronskim snopom. Primjene obrade elektronskim snopom su slične onima kod obrade laserskim zrakama, osim što EBM zahtijeva dobar vakuum. Stoga se ova dva procesa klasificiraju kao elektro-optičko-termički procesi. Radni komad koji se obrađuje EBM postupkom nalazi se ispod snopa elektrona i drži se pod vakuumom. Topovi sa elektronskim snopom u našim EBM mašinama su takođe opremljeni sistemima osvetljenja i teleskopima za poravnanje snopa sa radnim komadom. Radni komad je montiran na CNC stol tako da se rupe bilo kojeg oblika mogu obraditi pomoću CNC kontrole i funkcije skretanja snopa pištolja. Da bi se postiglo brzo isparavanje materijala, planarna gustoća snage u snopu mora biti što veća. Vrijednosti do 10exp7 W/mm2 mogu se postići na mjestu udara. Elektroni prenose svoju kinetičku energiju u toplotu na vrlo maloj površini, a materijal na koji je snop udario ispari za vrlo kratko vrijeme. Rastopljeni materijal na vrhu prednje strane se izbacuje iz zone rezanja pod visokim pritiskom pare u donjim dijelovima. EBM oprema je izgrađena slično mašinama za zavarivanje elektronskim snopom. Mašine sa elektronskim snopom obično koriste napone u rasponu od 50 do 200 kV da ubrzaju elektrone do oko 50 do 80% brzine svjetlosti (200 000 km/s). Magnetna sočiva čija je funkcija bazirana na Lorentzovim silama koriste se za fokusiranje snopa elektrona na površinu obratka. Uz pomoć kompjutera, elektromagnetni sistem za otklon pozicionira snop prema potrebi tako da se mogu izbušiti rupe bilo kojeg oblika. Drugim riječima, magnetna sočiva u opremi za obradu elektronskih zraka oblikuju snop i smanjuju divergenciju. S druge strane, otvori dozvoljavaju samo konvergentnim elektronima da prođu i zahvate divergentne elektrone niske energije sa rubova. Otvor blende i magnetna sočiva u EBM-mašinama na taj način poboljšavaju kvalitetu elektronskog snopa. Pištolj u EBM-u se koristi u pulsnom režimu. Rupe se mogu izbušiti u tankim limovima pomoću jednog impulsa. Međutim, za deblje ploče bilo bi potrebno više impulsa. Općenito se koristi trajanje impulsa za prebacivanje od čak 50 mikrosekundi do čak 15 milisekundi. Da bi se minimizirali sudari elektrona sa molekulima zraka koji rezultiraju raspršivanjem i da bi se kontaminacija svela na minimum, u EBM se koristi vakuum. Vakum je težak i skup za proizvodnju. Postizanje dobrog vakuuma u velikim zapreminama i komorama je posebno zahtjevno. Stoga je EBM najprikladniji za male dijelove koji se uklapaju u kompaktne vakuumske komore razumne veličine. Nivo vakuuma unutar EBM-ovog pištolja je reda veličine od 10EXP(-4) do 10EXP(-6) Torr. Interakcija elektronskog snopa sa radnim predmetom proizvodi rendgenske zrake koje predstavljaju opasnost po zdravlje, te stoga dobro obučeno osoblje treba da koristi EBM opremu. Uopšteno govoreći, EBM-Machining se koristi za rezanje rupa prečnika od 0,001 inča (0,025 milimetara) i utora do 0,001 inča u materijalima debljine do 0,250 inča (6,25 milimetara). Karakteristična dužina je prečnik preko kojeg je snop aktivan. Elektronski snop u EBM-u može imati karakterističnu dužinu od nekoliko desetina mikrona do mm u zavisnosti od stepena fokusiranja zraka. Općenito, visokoenergetski fokusirani snop elektrona je napravljen da udari u radni komad s veličinom tačke od 10 – 100 mikrona. EBM može obezbijediti rupe prečnika u rasponu od 100 mikrona do 2 mm sa dubinom do 15 mm, odnosno sa omjerom dubine/prečnika od oko 10. U slučaju defokusiranih elektronskih snopova, gustoće snage bi padale samo za 1 Watt/mm2. Međutim, u slučaju fokusiranih zraka gustoće snage se mogu povećati na desetine kW/mm2. Poređenja radi, laserski snopovi se mogu fokusirati preko tačke veličine 10 – 100 mikrona sa gustinom snage do 1 MW/mm2. Električno pražnjenje obično daje najveću gustoću snage s manjim veličinama mjesta. Struja snopa je direktno povezana sa brojem elektrona dostupnih u snopu. Struja zraka u mašinskoj obradi elektronskih zraka može biti od 200 mikroampera do 1 ampera. Povećanje struje snopa EBM-a i/ili trajanja impulsa direktno povećava energiju po impulsu. Koristimo visokoenergetske impulse veće od 100 J/puls za obradu većih rupa na debljim pločama. U normalnim uslovima, EBM obrada nudi nam prednost proizvoda bez ivica. Parametri procesa koji direktno utiču na karakteristike obrade u mašinskoj obradi sa elektronskim snopom su:

 

• Napon ubrzanja

 

• Struja snopa

 

• Trajanje pulsa

 

• Energija po impulsu

 

• Snaga po impulsu

 

• Struja sočiva

 

• Veličina tačke

 

• Gustina snage

 

Neke fensi strukture se takođe mogu dobiti korišćenjem Electron-Beam-Machining. Rupe mogu biti sužene po dubini ili u obliku bačve. Fokusiranjem zraka ispod površine, mogu se dobiti obrnuti konusi. Širok spektar materijala kao što su čelik, nerđajući čelik, superlegure titana i nikla, aluminijum, plastika, keramika može se obraditi e-beam mašinom. Može doći do termičkih oštećenja povezanih s EBM-om. Međutim, zona utjecaja topline je uska zbog kratkog trajanja impulsa u EBM. Toplotno pogođene zone su uglavnom oko 20 do 30 mikrona. Neki materijali kao što su aluminijum i legure titana lakše se obrađuju u poređenju sa čelikom. Nadalje, EBM obrada ne uključuje sile rezanja na radnim komadima. Ovo omogućava mašinsku obradu lomljivih i krhkih materijala pomoću EBM-a bez značajnog stezanja ili pričvršćivanja kao što je slučaj u tehnikama mehaničke obrade. Rupe se takođe mogu izbušiti pod vrlo plitkim uglovima kao što je 20 do 30 stepeni.

 

 

 

Prednosti obrade elektronskim snopom: EBM pruža veoma visoke stope bušenja kada se buše male rupe sa visokim odnosom širine i visine. EBM može obraditi gotovo svaki materijal bez obzira na njegova mehanička svojstva. Nisu uključene mehaničke sile rezanja, stoga su troškovi stezanja, držanja i pričvršćivanja zanemarivi, a lomljivi/krhki materijali se mogu obraditi bez problema. Zone zahvaćene toplinom u EBM-u su male zbog kratkih impulsa. EBM je u stanju da pruži bilo koji oblik rupa sa preciznošću korišćenjem elektromagnetnih namotaja za skretanje elektronskih zraka i CNC stola.

 

 

 

Nedostaci obrade elektronskim snopom: Oprema je skupa i za rad i održavanje vakuumskih sistema potrebni su specijalizovani tehničari. EBM zahtijeva značajne periode vakuum pumpe za postizanje potrebnih niskih pritisaka. Iako je zona zahvaćena toplinom mala u EBM-u, formiranje recast sloja se često dešava. Naše dugogodišnje iskustvo i znanje nam pomažu da iskoristimo ovu vrijednu opremu u našem proizvodnom okruženju.