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In ELECTRON-BEAM MACHINING (EBM) ワークピースに向けられた細いビームに高速電子を集中させ、熱を発生させて材料を蒸発させます。したがって、EBM は HIGH-ENERGY-BEAM MACHINING technique の一種です。電子ビーム加工 (EBM) は、さまざまな金属の非常に正確な切断または中ぐり加工に使用できます。他の熱切断加工に比べ、表面の仕上がりが良く、カーフ幅が狭い。 EBM 加工装置の電子ビームは、電子ビーム銃で生成されます。電子ビーム加工のアプリケーションは、EBM が良好な真空を必要とすることを除いて、レーザー ビーム加工のアプリケーションと似ています。したがって、これらの 2 つのプロセスは、電気光学熱プロセスとして分類されます。 EBM プロセスで加工されるワークピースは、電子ビームの下に置かれ、真空状態に保たれます。当社の EBM マシンの電子ビーム銃には、ビームをワークピースに位置合わせするための照明システムと望遠鏡も装備されています。ワークピースは CNC テーブルに取り付けられているため、CNC 制御とガンのビーム偏向機能を使用して、任意の形状の穴を加工できます。材料の高速蒸発を実現するには、ビームのパワーの平面密度をできるだけ高くする必要があります。衝撃点で最大 10exp7 W/mm2 の値を達成できます。電子はその運動エネルギーを非常に小さな領域で熱に変換し、ビームが衝突した材料は非常に短時間で蒸発します。フロント上部の溶融材料は、下部の高い蒸気圧によって切断ゾーンから排出されます。 EBM 装置は、電子ビーム溶接機と同様に構築されています。電子ビーム装置は通常、50 から 200 kV の範囲の電圧を利用して、電子を光速 (200,000 km/s) の約 50 から 80% まで加速します。ローレンツ力に基づく機能を持つ磁気レンズを使用して、電子ビームをワークピースの表面に集束させます。コンピューターの助けを借りて、電磁偏向システムは必要に応じてビームを配置し、あらゆる形状の穴を開けることができます。言い換えれば、電子ビーム加工装置の磁気レンズはビームを整形し、発散を減らします。一方、アパーチャは、収束電子のみを通過させ、フリンジから発散する低エネルギー電子を捕捉します。このように、EBM-Machines の絞りと磁気レンズは、電子ビームの品質を向上させます。 EBM のガンはパルス モードで使用されます。シングルパルスで薄板に穴あけができます。ただし、より厚いプレートの場合、複数のパルスが必要になります。一般に、50 マイクロ秒程度の短さから 15 ミリ秒程度の長さのスイッチング パルス持続時間が使用されます。散乱の原因となる空気分子との電子の衝突を最小限に抑え、汚染を最小限に抑えるために、EBM では真空が使用されます。真空は製造が難しく、費用がかかります。特に、大きな容積とチャンバー内で良好な真空を得ることが非常に要求されます。したがって、EBM は適度なサイズのコンパクトな真空チャンバーに収まる小さな部品に最適です。 EBM のガン内の真空レベルは、10EXP(-4) から 10EXP(-6) Torr のオーダーです。電子ビームと加工物との相互作用により、健康を害する X 線が発生するため、十分な訓練を受けた担当者が EBM 装置を操作する必要があります。一般的に言えば、EBM 加工は、直径 0.001 インチ (0.025 ミリ) の小さな穴と、厚さ 0.250 インチ (6.25 ミリ) までの材料に 0.001 インチの狭いスロットを切断するために使用されます。特性長さは、ビームが有効な直径です。 EBM の電子ビームは、ビームの集束度に応じて、数十ミクロンから mm の特徴的な長さを持つ場合があります。通常、高エネルギーの集束電子ビームは、10 ～ 100 ミクロンのスポット サイズでワークに衝突させられます。 EBM は、直径が 100 ミクロンから 2 mm の範囲の穴を深さ 15 mm まで、つまり深さ/直径の比が約 10 の範囲で提供できます。集束されていない電子ビームの場合、出力密度は 1 まで低下します。ワット/mm2。ただし、集束ビームの場合、出力密度は数十 kW/mm2 に増加する可能性があります。比較として、レーザー ビームは 1 MW/mm2 の高い出力密度で 10 ～ 100 ミクロンのスポット サイズに焦点を合わせることができます。放電は通常、小さなスポット サイズで最高の電力密度を提供します。ビーム電流は、ビームで利用できる電子の数に直接関係します。電子ビーム加工におけるビーム電流は、200 マイクロアンペアから 1 アンペアまで低くすることができます。 EBM のビーム電流および/またはパルス持続時間を増加させると、パルスあたりのエネルギーが直接増加します。 100 J/パルスを超える高エネルギーパルスを使用して、より厚いプレートに大きな穴を加工します。通常の条件下では、EBM 加工はバリのない製品という利点を提供します。電子ビーム加工の加工特性に直接影響するプロセス パラメータは次のとおりです。

 

• 加速電圧

 

• ビーム電流

 

• パルス持続時間

 

• パルスあたりのエネルギー

 

• パルスあたりの電力

 

• レンズ電流

 

•スポットサイズ

 

• 電力密度

 

電子ビーム加工を使用して、いくつかのファンシーな構造を取得することもできます。穴は、深さに沿ってテーパーを付けたり、樽型にすることができます。表面下でビームを集束させることにより、逆テーパーを得ることができます。鋼、ステンレス鋼、チタン、ニッケル超合金、アルミニウム、プラスチック、セラミックなどの幅広い材料を、電子ビーム加工を使用して加工できます。 EBM に関連する熱による損傷が発生する可能性があります。ただし、EBM ではパルス幅が短いため、熱の影響を受けるゾーンは狭くなります。熱影響部は、一般に約 20 ～ 30 ミクロンです。アルミニウムやチタン合金などの一部の材料は、鋼に比べて機械加工が容易です。さらに、EBM 加工ではワークピースに切削力がかかりません。これにより、機械加工技術の場合のように大きなクランプや取り付けを行うことなく、EBM による壊れやすい脆い材料の加工が可能になります。 20～30度程度の非常に浅い角度でも穴を開けることができます。

 

 

 

電子ビーム加工の利点: EBM は、高アスペクト比の小さな穴をあけるときに、非常に高い穴あけ速度を提供します。 EBM は、機械的特性に関係なく、ほぼすべての材料を加工できます。機械的な切削力が関与しないため、ワークのクランプ、保持、固定のコストは無視でき、壊れやすい/脆い材料を問題なく処理できます。パルスが短いため、EBM の熱影響部は小さくなります。 EBMは、電磁コイルによる電子ビームの偏向とCNCテーブルにより、任意の形状の穴を正確に加工することができます。

 

 

 

電子ビーム加工の欠点: 装置は高価であり、真空システムの操作と維持には専門の技術者が必要です。 EBM では、必要な低圧を達成するためにかなりの真空排気期間が必要です。 EBM では熱影響部は小さいが、リキャスト層の形成が頻繁に起こる。当社の長年の経験とノウハウは、製造環境でこの貴重な機器を活用するのに役立ちます。

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