EBM-koneistus ja elektronisuihkukoneistus

In ELECTRON-BEAM TYÖSTÖ (EBM) meillä on korkeanopeuksinen materiaali höyrystettäväksi ja kapeaksi työstettäväksi kappaleeksi tiivistyvät elektronit, jotka keskittyvät suoraan kappaleeseen Siten EBM on eräänlainen HIGH-ENERGY-BEAM MACHINING tekniikka. Elektronisuihkukoneistusta (EBM) voidaan käyttää erilaisten metallien erittäin tarkkaan leikkaamiseen tai poraukseen. Pintakäsittely on parempi ja uurreleveys kapeampi verrattuna muihin lämpöleikkausprosesseihin. EBM-koneistuslaitteiden elektronisäteet tuotetaan elektronisuihkupistoolissa. Elektronisuihkukoneistuksen sovellukset ovat samanlaisia kuin lasersädekoneistuksen sovellukset, paitsi että EBM vaatii hyvän alipaineen. Näin ollen nämä kaksi prosessia luokitellaan sähkö-optis-termisiksi prosesseiksi. EBM-prosessilla työstettävä työkappale sijaitsee elektronisuihkun alla ja pidetään tyhjiössä. EBM-koneidemme elektronisuihkupistooleissa on myös valaistusjärjestelmät ja teleskoopit säteen kohdistamiseksi työkappaleeseen. Työkappale on asennettu CNC-pöydälle, jotta minkä muotoisia reikiä voidaan työstää käyttämällä pistoolin CNC-ohjaus- ja säteenpoikkeutustoimintoa. Materiaalin nopean haihtumisen saavuttamiseksi säteen tehon tasomaisen tiheyden tulee olla mahdollisimman korkea. Törmäyskohdassa voidaan saavuttaa arvoja jopa 10exp7 W/mm2. Elektronit siirtävät kineettistä energiaansa lämmöksi hyvin pienellä alueella, ja säteen osuma materiaali haihtuu hyvin lyhyessä ajassa. Etuosan yläosassa oleva sula materiaali poistuu leikkausalueelta alaosien korkean höyrynpaineen vaikutuksesta. EBM-laitteet on rakennettu samalla tavalla kuin elektronisuihkuhitsauskoneet. Elektronisuihkukoneet käyttävät yleensä 50-200 kV:n jännitteitä elektronien kiihdyttämiseen noin 50-80 %:iin valonnopeudesta (200 000 km/s). Magneettisia linssejä, joiden toiminta perustuu Lorentzin voimiin, käytetään elektronisäteen fokusoimiseen työkappaleen pintaan. Tietokoneen avulla sähkömagneettinen poikkeutusjärjestelmä kohdistaa palkin tarpeen mukaan, jotta minkä muotoisia reikiä voidaan porata. Toisin sanoen Electron-Beam-Machining -laitteiston magneettiset linssit muokkaavat sädettä ja vähentävät eroa. Aukot toisaalta sallivat vain konvergenttien elektronien kulkemisen ja vangitsevat hajoavia matalaenergiaelektroneja reunoista. EBM-Machinesin aukko ja magneettiset linssit parantavat siten elektronisuihkun laatua. EBM:n asetta käytetään pulssitilassa. Reiät voidaan porata ohuiksi levyiksi yhdellä pulssilla. Paksumpia levyjä varten tarvittaisiin kuitenkin useita pulsseja. Yleensä käytetään 50 mikrosekunnin kytkentäpulssien kestoa jopa 15 millisekuntiin. EBM:ssä käytetään tyhjiötä, jotta voidaan minimoida elektronien törmäykset ilmamolekyylien kanssa, jotka johtavat sirontaan ja pitämään kontaminaatio minimissä. Tyhjiö on vaikeaa ja kallista valmistaa. Erityisesti hyvän alipaineen saavuttaminen suurissa tilavuuksissa ja kammioissa on erittäin vaativaa. Siksi EBM sopii parhaiten pienille osille, jotka mahtuvat kohtuullisen kokoisiin kompakteihin tyhjiökammioihin. Tyhjiön taso EBM:n aseen sisällä on luokkaa 10EXP(-4) - 10EXP(-6) Torr. Elektronisuihkun vuorovaikutus työkappaleen kanssa tuottaa röntgensäteitä, jotka ovat terveydelle vaarallisia, ja siksi hyvin koulutetun henkilöstön tulee käyttää EBM-laitteita. Yleisesti ottaen EBM-työstöä käytetään halkaisijaltaan jopa 0,001 tuuman (0,025 mm) reikien ja 0,001 tuuman urien leikkaamiseen materiaaleissa, joiden paksuus on enintään 6,25 mm. Ominainen pituus on halkaisija, jonka yli säde on aktiivinen. EBM:n elektronisäteen ominaispituus voi olla kymmeniä mikroneja mm riippuen säteen fokusointiasteesta. Yleensä korkeaenerginen fokusoitu elektronisuihku saatetaan iskemään työkappaleeseen pistekoon ollessa 10-100 mikronia. EBM voi tarjota reikiä, joiden halkaisija on välillä 100 mikronia - 2 mm ja syvyys jopa 15 mm, eli syvyys/halkaisija-suhde on noin 10. Jos elektronisuihkut eivät ole fokusoituja, tehotiheydet putoavat jopa 1 wattia/mm2. Kuitenkin fokusoitujen säteiden tapauksessa tehotiheydet voitaisiin nostaa kymmeniin kW/mm2. Vertailun vuoksi lasersäteet voidaan kohdistaa 10–100 mikronin pistekokoon jopa 1 MW/mm2 tehotiheydellä. Sähköpurkaus tuottaa tyypillisesti suurimmat tehotiheydet pienemmillä pistekokoilla. Säteen virta on suoraan verrannollinen säteessä käytettävissä olevien elektronien lukumäärään. Sädevirta elektronisuihkukoneistuksessa voi olla niinkin alhainen kuin 200 mikroampeeria 1 ampeeriin. EBM:n säteen virran ja/tai pulssin keston lisääminen lisää suoraan pulssikohtaista energiaa. Käytämme suurienergisiä pulsseja yli 100 J/pulssi suurempien reikien koneistamiseen paksumpiin levyihin. Normaaleissa olosuhteissa EBM-työstö tarjoaa meille jäysteettömien tuotteiden edun. Prosessiparametrit, jotka vaikuttavat suoraan koneistusominaisuuksiin elektronisuihkukoneistuksessa:

 

• Kiihdytysjännite

 

• Sädevirta

 

• Pulssin kesto

 

• Energia per pulssi

 

• Teho per pulssi

 

• Linssin virta

 

• Pistekoko

 

• Tehon tiheys

 

Joitakin hienoja rakenteita voidaan saada myös käyttämällä Electron-Beam-Machiningia. Reiät voivat olla suippenevia syvyyttä pitkin tai tynnyrin muotoisia. Tarkentamalla säde pinnan alle voidaan saada käänteisiä suippenemia. Sähköpalkkikoneistuksen avulla voidaan työstää monenlaisia materiaaleja, kuten terästä, ruostumatonta terästä, titaanin ja nikkelin superseoksia, alumiinia, muovia ja keramiikkaa. EBM:iin saattaa liittyä lämpövaurioita. Lämmön vaikutusalue on kuitenkin kapea EBM:n lyhyiden pulssien kestojen vuoksi. Lämmön vaikutusalueet ovat yleensä noin 20-30 mikronia. Jotkut materiaalit, kuten alumiini ja titaaniseokset, ovat helpommin työstettyjä kuin teräs. Lisäksi EBM-työstö ei aiheuta leikkausvoimia työkappaleisiin. Tämä mahdollistaa herkkien ja hauraiden materiaalien koneistuksen EBM:llä ilman merkittävää puristamista tai kiinnitystä, kuten mekaanisissa työstötekniikoissa. Reikiä voidaan porata myös erittäin matalissa kulmissa, kuten 20-30 astetta.

 

 

 

Elektronisuihkukoneistuksen edut: EBM tarjoaa erittäin korkeat porausnopeudet, kun porataan pieniä reikiä korkealla kuvasuhteella. EBM voi työstää melkein mitä tahansa materiaalia sen mekaanisista ominaisuuksista riippumatta. Mekaanisia leikkausvoimia ei esiinny, joten työn kiristys-, pito- ja kiinnityskustannukset jäävät huomiotta, ja herkät/hauraat materiaalit voidaan käsitellä ilman ongelmia. Lämmön vaikutusalueet EBM:ssä ovat pieniä lyhyiden pulssien vuoksi. EBM pystyy tarjoamaan minkä tahansa muotoisia reikiä tarkasti käyttämällä sähkömagneettisia keloja elektronisuihkun ja CNC-pöydän ohjaamiseen.

 

 

 

Elektronisuihkukoneistuksen haitat: Laitteet ovat kalliita ja tyhjiöjärjestelmien käyttö ja ylläpito vaatii erikoistuneita teknikoita. EBM vaatii merkittäviä tyhjiöpumppausjaksoja vaadittujen alhaisten paineiden saavuttamiseksi. Vaikka lämmön vaikutusalue on pieni EBM:ssä, uudelleenvalukerroksen muodostumista tapahtuu usein. Monen vuoden kokemuksemme ja tietotaitomme auttavat meitä hyödyntämään näitä arvokkaita laitteita valmistusympäristössämme.