EBM Machining & Electron Beam Machining

In ELECTRON-Beam MACHINING (EBM) ما قطعه ای با سرعت بالا داریم که جریان بخار را به سمت کار هدایت می کند و الکترون ها را به سمت گرما متمرکز می کند. بنابراین EBM نوعی تکنیک HIGH-ENERGY-BEAM MACHINING_cc781905-5cde-3194-bb3b-136bad5cf58d است. ماشین کاری پرتو الکترونی (EBM) می تواند برای برش بسیار دقیق یا سوراخ کردن انواع فلزات استفاده شود. پرداخت سطح در مقایسه با سایر فرآیندهای برش حرارتی بهتر و عرض دهانه باریک تر است. پرتوهای الکترونی در تجهیزات EBM-Machining در یک تفنگ پرتو الکترونی تولید می شوند. کاربردهای ماشینکاری پرتوی الکترونی مشابه ماشینکاری پرتو لیزری است، با این تفاوت که EBM به خلاء خوبی نیاز دارد. بنابراین این دو فرآیند به عنوان فرآیندهای الکترواپتیکی حرارتی طبقه بندی می شوند. قطعه کار که قرار است با فرآیند EBM ماشین کاری شود در زیر پرتو الکترونی قرار دارد و در خلاء نگه داشته می شود. تفنگ‌های پرتو الکترونی در ماشین‌های EBM ما نیز با سیستم‌های روشنایی و تلسکوپ‌ها برای همسویی پرتو با قطعه کار ارائه می‌شوند. قطعه کار بر روی میز CNC نصب می شود تا سوراخ هایی با هر شکلی با استفاده از کنترل CNC و عملکرد انحراف پرتو تفنگ ماشین کاری شوند. برای دستیابی به تبخیر سریع مواد، چگالی مسطح توان در تیر باید تا حد امکان بالا باشد. مقادیر تا 10exp7 W/mm2 را می توان در نقطه ضربه به دست آورد. الکترون‌ها انرژی جنبشی خود را در یک ناحیه بسیار کوچک به گرما منتقل می‌کنند و مواد تحت تأثیر پرتو در مدت زمان بسیار کوتاهی تبخیر می‌شوند. مواد مذاب در بالای قسمت جلویی توسط فشار بخار بالا در قسمت‌های پایینی از ناحیه برش خارج می‌شوند. تجهیزات EBM مشابه دستگاه های جوشکاری پرتو الکترونی ساخته می شوند. ماشین های پرتو الکترونی معمولاً از ولتاژهایی در محدوده 50 تا 200 کیلو ولت برای شتاب دادن به الکترون ها تا حدود 50 تا 80 درصد سرعت نور (200000 کیلومتر بر ثانیه) استفاده می کنند. لنزهای مغناطیسی که عملکرد آنها بر اساس نیروهای لورنتس است برای متمرکز کردن پرتو الکترونی به سطح قطعه کار استفاده می شود. با کمک یک کامپیوتر، سیستم انحراف الکترومغناطیسی پرتو را در صورت نیاز قرار می دهد تا سوراخ هایی با هر شکلی ایجاد شوند. به عبارت دیگر، لنزهای مغناطیسی در تجهیزات Electron-Beam-Machining به پرتو شکل می دهند و واگرایی را کاهش می دهند. از طرف دیگر دیافراگم ها فقط به الکترون های همگرا اجازه عبور می دهند و الکترون های کم انرژی واگرا را از حاشیه ها می گیرند. دیافراگم و لنزهای مغناطیسی در EBM-Machines بنابراین کیفیت پرتو الکترونی را بهبود می بخشد. تفنگ در EBM در حالت پالس استفاده می شود. سوراخ ها را می توان با استفاده از یک پالس در ورق های نازک سوراخ کرد. با این حال برای صفحات ضخیم تر، پالس های متعدد مورد نیاز است. معمولاً از زمان‌های تغییر پالس از 50 میکروثانیه تا 15 میلی‌ثانیه استفاده می‌شود. برای به حداقل رساندن برخورد الکترون با مولکول های هوا که منجر به پراکندگی می شود و آلودگی را به حداقل می رساند، در EBM از خلاء استفاده می شود. تولید وکیوم دشوار و پرهزینه است. به خصوص به دست آوردن خلاء خوب در حجم ها و محفظه های بزرگ بسیار سخت است. بنابراین EBM برای قطعات کوچکی که در محفظه‌های خلاء فشرده با اندازه معقول قرار می‌گیرند بهترین گزینه است. سطح خلاء در تفنگ EBM به ترتیب 10EXP(-4) تا 10EXP(-6) Torr است. برهمکنش پرتو الکترونی با قطعه کار، اشعه ایکس را تولید می کند که خطری برای سلامتی ایجاد می کند، بنابراین پرسنل آموزش دیده باید تجهیزات EBM را کار کنند. به طور کلی، EBM-Machining برای برش سوراخ هایی به قطر 0.001 اینچ (0.025 میلی متر) و شکاف هایی به باریکی 0.001 اینچ در مواد تا ضخامت 0.250 اینچ (6.25 میلی متر) استفاده می شود. طول مشخصه قطری است که تیر روی آن فعال است. پرتو الکترونی در EBM ممکن است طول مشخصه ای از ده ها میکرون تا میلی متر بسته به درجه تمرکز پرتو داشته باشد. به طور کلی، پرتو الکترونی متمرکز با انرژی بالا برای برخورد با قطعه کار با اندازه نقطه ای 10 تا 100 میکرون ساخته می شود. EBM می‌تواند حفره‌هایی با قطر در محدوده 100 میکرون تا 2 میلی‌متر با عمق حداکثر 15 میلی‌متر، یعنی با نسبت عمق به قطر حدود 10 ایجاد کند. در مورد پرتوهای الکترونی غیر متمرکز، چگالی توان تا 1 کاهش می‌یابد وات بر میلی متر مربع با این حال در مورد پرتوهای متمرکز، چگالی توان را می توان به ده ها کیلووات بر میلی متر مربع افزایش داد. به عنوان یک مقایسه، پرتوهای لیزر را می توان بر روی اندازه نقطه ای 10 تا 100 میکرون با چگالی توان 1 MW/mm2 متمرکز کرد. تخلیه الکتریکی معمولاً بالاترین چگالی توان را با اندازه های نقطه کوچکتر فراهم می کند. جریان پرتو مستقیماً با تعداد الکترون های موجود در پرتو ارتباط دارد. جریان پرتو در Electron-Beam-Machining می تواند از 200 میکرو آمپر تا 1 آمپر کم باشد. افزایش جریان پرتو و/یا مدت پالس EBM مستقیماً انرژی هر پالس را افزایش می دهد. ما از پالس های پرانرژی بیش از 100 ژول در پالس برای ماشینکاری سوراخ های بزرگتر روی صفحات ضخیم تر استفاده می کنیم. در شرایط عادی، ماشینکاری EBM مزیت محصولات بدون سوراخ را به ما ارائه می دهد. پارامترهای فرآیندی که مستقیماً بر ویژگی‌های ماشین‌کاری در ماشین‌کاری الکترونی پرتو تأثیر می‌گذارند عبارتند از:

 

• ولتاژ شتاب

 

• جریان پرتو

 

• مدت زمان نبض

 

• انرژی در هر پالس

 

• توان هر پالس

 

• جریان لنز

 

• اندازه نقطه

 

• تراکم قدرت

 

برخی از سازه های فانتزی را نیز می توان با استفاده از Electron-Beam-Machining به دست آورد. سوراخ ها را می توان در امتداد عمق یا بشکه شکل مخروطی کرد. با فوکوس کردن پرتو در زیر سطح، می توان مخروطی های معکوس را به دست آورد. طیف وسیعی از مواد مانند فولاد، فولاد ضد زنگ، تیتانیوم و سوپر آلیاژهای نیکل، آلومینیوم، پلاستیک، سرامیک را می توان با استفاده از ماشین کاری پرتو الکترونیکی ماشین کاری کرد. ممکن است آسیب های حرارتی مرتبط با EBM وجود داشته باشد. با این حال، منطقه متاثر از گرما به دلیل مدت زمان کوتاه پالس در EBM باریک است. مناطق متاثر از گرما معمولاً حدود 20 تا 30 میکرون هستند. برخی از مواد مانند آلومینیوم و آلیاژهای تیتانیوم در مقایسه با فولاد آسان تر ماشین کاری می شوند. علاوه بر این، ماشینکاری EBM شامل نیروهای برشی بر روی قطعات کار نمی شود. این کار ماشینکاری مواد شکننده و شکننده را توسط EBM بدون هیچ گونه گیره یا اتصال قابل توجهی، همانطور که در تکنیک های ماشینکاری مکانیکی انجام می شود، امکان پذیر می کند. سوراخ ها را می توان در زوایای بسیار کم عمق مانند 20 تا 30 درجه نیز سوراخ کرد.

 

 

 

مزایای ماشینکاری با پرتوهای الکترونی: EBM سرعت حفاری بسیار بالایی را هنگام حفر سوراخ‌های کوچک با نسبت تصویر بالا فراهم می‌کند. EBM می تواند تقریباً هر ماده ای را بدون توجه به خواص مکانیکی آن ماشین کاری کند. هیچ نیروی برشی مکانیکی درگیر نیست، بنابراین هزینه های گیره، نگه داشتن و نصب نادیده گرفته می شود و مواد شکننده/شکننده می توانند بدون مشکل پردازش شوند. مناطق تحت تاثیر گرما در EBM به دلیل پالس های کوتاه کوچک هستند. EBM قادر است با استفاده از سیم پیچ های الکترومغناطیسی برای انحراف پرتوهای الکترونی و میز CNC، هر شکلی از سوراخ ها را با دقت فراهم کند.

 

 

 

معایب ماشینکاری با پرتوهای الکترونی: تجهیزات گران هستند و راه اندازی و نگهداری سیستم های خلاء به تکنسین های متخصص نیاز دارد. EBM برای دستیابی به فشارهای پایین مورد نیاز، به دوره های پمپ خلاء قابل توجهی نیاز دارد. حتی اگر منطقه متاثر از حرارت در EBM کوچک است، تشکیل لایه مجدداً اغلب اتفاق می افتد. تجربه و دانش چندین ساله ما به ما کمک می کند تا از این تجهیزات ارزشمند در محیط تولید خود استفاده کنیم.