Mecanizado EBM y mecanizado por haz de electrones

En MECANIZADO POR HAZ DE ELECTRONES (EBM) tenemos electrones de alta velocidad concentrados en un haz estrecho que se dirige hacia la pieza de trabajo, creando calor y vaporizando el material. Por lo tanto, EBM es una especie de MAQUINADO DE HAZ DE ALTA ENERGÍA technique. El mecanizado por haz de electrones (EBM) se puede utilizar para cortar o perforar con gran precisión una variedad de metales. El acabado de la superficie es mejor y el ancho de corte es más estrecho en comparación con otros procesos de corte térmico. Los haces de electrones en el equipo EBM-Machining se generan en un cañón de haz de electrones. Las aplicaciones del mecanizado por haz de electrones son similares a las del mecanizado por haz de láser, excepto que EBM requiere un buen vacío. Por lo tanto, estos dos procesos se clasifican como procesos electro-ópticos-térmicos. La pieza a mecanizar con el proceso EBM se ubica bajo el haz de electrones y se mantiene al vacío. Los cañones de haz de electrones de nuestras máquinas EBM también cuentan con sistemas de iluminación y telescopios para alinear el haz con la pieza de trabajo. La pieza de trabajo se monta en una mesa CNC para que se puedan mecanizar orificios de cualquier forma utilizando el control CNC y la funcionalidad de desviación del haz de la pistola. Para lograr la rápida evaporación del material, la densidad planar de la potencia en el haz debe ser lo más alta posible. Se pueden alcanzar valores de hasta 10exp7 W/mm2 en el punto de impacto. Los electrones transfieren su energía cinética en calor en un área muy pequeña, y el material impactado por el haz se evapora en muy poco tiempo. El material fundido en la parte superior del frente, es expulsado de la zona de corte por la alta presión de vapor en las partes inferiores. El equipo EBM se construye de manera similar a las máquinas de soldadura por haz de electrones. Las máquinas de haces de electrones suelen utilizar voltajes en el rango de 50 a 200 kV para acelerar los electrones entre un 50 y un 80 % de la velocidad de la luz (200 000 km/s). Las lentes magnéticas cuya función se basa en las fuerzas de Lorentz se utilizan para enfocar el haz de electrones en la superficie de la pieza de trabajo. Con la ayuda de una computadora, el sistema de deflexión electromagnética posiciona el haz según sea necesario para que se puedan perforar agujeros de cualquier forma. En otras palabras, las lentes magnéticas en los equipos de mecanizado por haz de electrones dan forma al haz y reducen la divergencia. Las aberturas, por otro lado, permiten que solo pasen los electrones convergentes y capturen los electrones divergentes de baja energía de las franjas. La apertura y las lentes magnéticas en las máquinas EBM mejoran así la calidad del haz de electrones. La pistola en EBM se usa en modo pulsado. Los agujeros se pueden perforar en láminas delgadas con un solo pulso. Sin embargo, para placas más gruesas, se necesitarían múltiples pulsos. Generalmente se utilizan duraciones de impulsos de conmutación de tan solo 50 microsegundos hasta 15 milisegundos. Para minimizar las colisiones de electrones con las moléculas de aire que resultan en dispersión y mantener la contaminación al mínimo, se utiliza vacío en EBM. El vacío es difícil y costoso de producir. Especialmente, obtener un buen vacío dentro de grandes volúmenes y cámaras es muy exigente. Por lo tanto, EBM es más adecuado para piezas pequeñas que caben en cámaras de vacío compactas de tamaño razonable. El nivel de vacío dentro de la pistola del EBM es del orden de 10 EXP (-4) a 10 EXP (-6) Torr. La interacción del haz de electrones con la pieza de trabajo produce rayos X que representan un peligro para la salud y, por lo tanto, personal bien capacitado debe operar el equipo EBM. En términos generales, el mecanizado EBM se utiliza para cortar orificios tan pequeños como 0,001 pulgadas (0,025 milímetros) de diámetro y ranuras tan estrechas como 0,001 pulgadas en materiales de hasta 0,250 pulgadas (6,25 milímetros) de espesor. La longitud característica es el diámetro sobre el cual el haz está activo. El haz de electrones en EBM puede tener una longitud característica de decenas de micras a mm dependiendo del grado de enfoque del haz. Generalmente, el haz de electrones enfocado de alta energía se hace para incidir en la pieza de trabajo con un tamaño de punto de 10 a 100 micrones. EBM puede proporcionar agujeros de diámetros en el rango de 100 micras a 2 mm con una profundidad de hasta 15 mm, es decir, con una relación profundidad/diámetro de alrededor de 10. En el caso de haces de electrones desenfocados, las densidades de potencia caerían hasta 1 vatio/mm2. Sin embargo, en el caso de haces enfocados, las densidades de potencia podrían incrementarse a decenas de kW/mm2. En comparación, los rayos láser se pueden enfocar en un tamaño de punto de 10 a 100 micrones con una densidad de potencia de hasta 1 MW/mm2. La descarga eléctrica generalmente proporciona las densidades de potencia más altas con tamaños de punto más pequeños. La corriente del haz está directamente relacionada con el número de electrones disponibles en el haz. La corriente del haz en el mecanizado por haz de electrones puede ser tan baja como 200 microamperios a 1 amperio. El aumento de la corriente del haz y/o la duración del pulso del EBM aumenta directamente la energía por pulso. Usamos pulsos de alta energía de más de 100 J/pulso para mecanizar orificios más grandes en placas más gruesas. En condiciones normales, el mecanizado EBM nos ofrece la ventaja de productos sin rebabas. Los parámetros del proceso que afectan directamente las características de mecanizado en Electron-Beam-Machining son:

 

• Tensión de aceleración

 

• Haz de corriente

 

• Duración del pulso

 

• Energía por pulso

 

• Potencia por pulso

 

• Corriente de la lente

 

• Tamaño del punto

 

• Densidad de poder

 

También se pueden obtener algunas estructuras sofisticadas utilizando Electron-Beam-Machining. Los agujeros se pueden estrechar a lo largo de la profundidad o en forma de barril. Al enfocar el haz debajo de la superficie, se pueden obtener ahusamientos inversos. Se puede mecanizar una amplia gama de materiales como acero, acero inoxidable, superaleaciones de titanio y níquel, aluminio, plásticos y cerámica mediante el mecanizado por haz de electrones. Podría haber daños térmicos asociados con EBM. Sin embargo, la zona afectada por el calor es estrecha debido a la corta duración de los pulsos en EBM. Las zonas afectadas por el calor son generalmente alrededor de 20 a 30 micras. Algunos materiales, como el aluminio y las aleaciones de titanio, se mecanizan más fácilmente en comparación con el acero. Además, el mecanizado EBM no implica fuerzas de corte en las piezas de trabajo. Esto permite el mecanizado de materiales frágiles y quebradizos mediante EBM sin ningún tipo de sujeción o unión significativa, como es el caso de las técnicas de mecanizado mecánico. Los agujeros también se pueden perforar en ángulos muy poco profundos, como de 20 a 30 grados.

 

 

 

Las ventajas del mecanizado por haz de electrones: EBM proporciona tasas de perforación muy altas cuando se perforan agujeros pequeños con una relación de aspecto alta. EBM puede mecanizar casi cualquier material independientemente de sus propiedades mecánicas. No hay fuerzas de corte mecánicas involucradas, por lo que los costos de sujeción, sujeción y fijación del trabajo son ignorables, y los materiales frágiles/quebradizos se pueden procesar sin problemas. Las zonas afectadas por el calor en EBM son pequeñas debido a los pulsos cortos. EBM puede proporcionar cualquier forma de agujeros con precisión mediante el uso de bobinas electromagnéticas para desviar los haces de electrones y la mesa CNC.

 

 

 

Las desventajas del mecanizado por haz de electrones: el equipo es costoso y la operación y el mantenimiento de los sistemas de vacío requieren técnicos especializados. EBM requiere períodos significativos de vaciado de vacío para lograr las bajas presiones requeridas. Aunque la zona afectada por el calor es pequeña en EBM, la formación de la capa refundida ocurre con frecuencia. Nuestros muchos años de experiencia y conocimientos nos ayudan a aprovechar este valioso equipo en nuestro entorno de fabricación.