top of page

In ELECTRON-BEAM MACHINING (EBM) máme vysokorychlostní elektrony, které se soustředí na materiál a soustředí se do úzkého paprsku. EBM je tedy druh HIGH-ENERGY-BEAM MACHINING technique. Elektron-Beam Machining (EBM) lze použít pro velmi přesné řezání nebo vyvrtávání různých kovů. Povrchová úprava je lepší a šířka zářezu je užší ve srovnání s jinými procesy tepelného řezání. Elektronové paprsky v EBM-obráběcím zařízení jsou generovány v elektronovém děle. Aplikace obrábění elektronovým paprskem jsou podobné jako obrábění laserovým paprskem, kromě toho, že EBM vyžaduje dobré vakuum. Tyto dva procesy jsou tedy klasifikovány jako elektro-opticko-tepelné procesy. Obrobek, který má být obráběn procesem EBM, je umístěn pod elektronovým paprskem a je udržován ve vakuu. Elektronová děla v našich strojích EBM jsou také vybavena osvětlovacími systémy a teleskopy pro vyrovnání paprsku s obrobkem. Obrobek je namontován na CNC stole, takže lze obrábět otvory libovolného tvaru pomocí CNC řízení a funkce vychylování paprsku pistole. Pro dosažení rychlého odpařování materiálu musí být plošná hustota výkonu v paprsku co nejvyšší. V místě dopadu lze dosáhnout hodnot až 10exp7 W/mm2. Elektrony předávají svou kinetickou energii na teplo na velmi malé ploše a materiál zasažený paprskem se odpaří ve velmi krátké době. Roztavený materiál v horní části přední části je vypuzován z oblasti řezání vysokým tlakem par ve spodních částech. Zařízení EBM je konstruováno podobně jako svářečky elektronovým paprskem. Stroje s elektronovým paprskem obvykle využívají napětí v rozsahu 50 až 200 kV k urychlení elektronů na asi 50 až 80 % rychlosti světla (200 000 km/s). K zaostření elektronového paprsku na povrch obrobku se používají magnetické čočky, jejichž funkce je založena na Lorentzových silách. S pomocí počítače elektromagnetický vychylovací systém umístí paprsek podle potřeby, takže lze vyvrtat otvory libovolného tvaru. Jinými slovy, magnetické čočky v zařízení pro obrábění elektronovým paprskem tvarují paprsek a snižují divergenci. Na druhé straně otvory umožňují průchod pouze konvergentním elektronům a zachycení divergentních nízkoenergetických elektronů z proužků. Clona a magnetické čočky v EBM-Machines tak zlepšují kvalitu elektronového paprsku. Pistole v EBM se používá v pulzním režimu. Otvory lze vrtat do tenkých plechů pomocí jediného impulsu. Pro tlustší desky by však bylo zapotřebí více pulzů. Obecně se používá doba trvání spínacích impulzů od 50 mikrosekund do 15 milisekund. Aby se minimalizovaly srážky elektronů s molekulami vzduchu vedoucí k rozptylu a aby se kontaminace udržela na minimu, používá se v EBM vakuum. Výroba vakua je náročná a nákladná. Zvláště dosažení dobrého vakua ve velkých objemech a komorách je velmi náročné. Proto je EBM nejvhodnější pro malé díly, které se vejdou do přiměřeně velkých kompaktních vakuových komor. Úroveň vakua v pistoli EBM je v řádu 10EXP(-4) až 10EXP(-6) Torr. Interakce elektronového paprsku s obrobkem vytváří rentgenové záření, které představuje zdravotní riziko, a proto by měl zařízení EBM obsluhovat dobře vyškolený personál. Obecně řečeno, EBM-Machining se používá k řezání otvorů o průměru 0,001 palce (0,025 milimetru) a štěrbin úzkých až 0,001 palce v materiálech o tloušťce až 0,250 palce (6,25 milimetru). Charakteristická délka je průměr, přes který je paprsek aktivní. Elektronový paprsek v EBM může mít charakteristickou délku desítek mikronů až mm v závislosti na stupni fokusace paprsku. Obecně je vysokoenergetický fokusovaný elektronový paprsek vyroben tak, aby dopadal na obrobek s velikostí bodu 10 – 100 mikronů. EBM může poskytnout otvory o průměrech v rozsahu 100 mikronů až 2 mm s hloubkou až 15 mm, tj. s poměrem hloubka/průměr kolem 10. V případě rozostřených elektronových paprsků by výkonové hustoty klesly až na 1 Watt/mm2. V případě fokusovaných paprsků však mohly být výkonové hustoty zvýšeny až na desítky kW/mm2. Pro srovnání, laserové paprsky lze zaostřit na bod o velikosti 10 – 100 mikronů s hustotou výkonu až 1 MW/mm2. Elektrický výboj obvykle poskytuje nejvyšší výkonové hustoty s menší velikostí bodů. Proud paprsku přímo souvisí s počtem elektronů dostupných v paprsku. Proud paprsku při obrábění elektronovým paprskem může být až 200 mikroampérů až 1 ampér. Zvýšení proudu paprsku EBM a/nebo trvání pulsu přímo zvyšuje energii na puls. K obrábění větších otvorů na silnějších deskách používáme vysokoenergetické pulsy přesahující 100 J/pulz. Za normálních podmínek nám EBM-obrábění nabízí výhodu produktů bez otřepů. Procesní parametry přímo ovlivňující charakteristiky obrábění v elektronovém paprsku jsou:

 

• Akcelerační napětí

 

• Proud paprsku

 

• Doba trvání pulsu

 

• Energie na puls

 

• Výkon na puls

 

• Proud čočky

 

• Velikost bodu

 

• Hustota výkonu

 

Některé efektní struktury lze také získat pomocí elektronového obrábění. Otvory mohou být zúžené podél hloubky nebo ve tvaru sudu. Zaostřením paprsku pod povrch lze získat zpětné zúžení. Široká škála materiálů, jako je ocel, nerezová ocel, titanové a niklové superslitiny, hliník, plasty, keramika, lze obrábět pomocí elektronového obrábění. Mohlo by dojít k tepelnému poškození spojenému s EBM. Tepelně ovlivněná zóna je však úzká kvůli krátkým pulsům v EBM. Tepelně ovlivněné zóny jsou obecně kolem 20 až 30 mikronů. Některé materiály, jako jsou hliník a slitiny titanu, se ve srovnání s ocelí snáze obrábějí. Navíc EBM-obrábění nezahrnuje řezné síly na obrobky. To umožňuje obrábění křehkých a křehkých materiálů pomocí EBM bez výrazného upínání nebo připevňování, jako je tomu u mechanických obráběcích technik. Otvory lze také vrtat ve velmi mělkých úhlech, jako je 20 až 30 stupňů.

 

 

 

Výhody obrábění elektronovým paprskem: EBM poskytuje velmi vysoké rychlosti vrtání při vrtání malých otvorů s vysokým poměrem stran. EBM dokáže obrábět téměř jakýkoli materiál bez ohledu na jeho mechanické vlastnosti. Nevyžadují se žádné mechanické řezné síly, takže náklady na upnutí, držení a upevnění jsou zanedbatelné a křehké/křehké materiály lze bez problémů zpracovávat. Tepelně ovlivněné zóny v EBM jsou malé kvůli krátkým pulzům. EBM je schopen zajistit jakýkoli tvar otvorů s přesností pomocí elektromagnetických cívek k vychylování elektronových paprsků a CNC stolu.

 

 

 

Nevýhody elektronového obrábění: Zařízení je drahé a provoz a údržba vakuových systémů vyžaduje specializované techniky. EBM vyžaduje značné doby odčerpávání vakua pro dosažení požadovaných nízkých tlaků. I když je tepelně ovlivněná zóna v EBM malá, dochází často k tvorbě přetavené vrstvy. Naše dlouholeté zkušenosti a know-how nám pomáhají využívat výhod tohoto cenného vybavení v našem výrobním prostředí.

bottom of page