EBM 가공 및 전자빔 가공

In ELECTRON-BEAM MACHINING (EBM) we는 고속 전자를 생성하고 좁은 빔으로 집중되는 열을 생성하고 좁은 빔으로 향하는 작업 조각 따라서 EBM은 일종의 HIGH-ENERGY-BEAM MACHINING technique입니다. 전자빔 가공(EBM)은 다양한 금속의 매우 정확한 절단 또는 보링에 사용할 수 있습니다. 다른 열 절단 공정에 비해 표면 조도가 우수하고 절단 폭이 좁습니다. EBM-Machining 장비의 전자빔은 전자빔 총에서 생성됩니다. Electron-Beam Machining의 적용은 EBM이 좋은 진공을 필요로 한다는 점을 제외하고 Laser-Beam Machining의 적용과 유사합니다. 따라서 이 두 공정은 전기-광학-열 공정으로 분류됩니다. EBM 공정으로 가공할 공작물은 전자빔 아래에 위치하며 진공 상태로 유지됩니다. EBM 기계의 전자빔 건에는 빔을 공작물과 정렬하기 위한 조명 시스템 및 망원경도 함께 제공됩니다. 공작물은 CNC 테이블에 장착되므로 건의 CNC 제어 및 빔 편향 기능을 사용하여 모든 모양의 구멍을 가공할 수 있습니다. 재료의 빠른 증발을 달성하려면 빔에서 전력의 평면 밀도가 최대한 높아야 합니다. 충격 지점에서 최대 10exp7 W/mm2 값을 얻을 수 있습니다. 전자는 매우 작은 영역에서 운동 에너지를 열로 전달하고 빔에 영향을 받는 물질은 매우 짧은 시간에 증발됩니다. 전면 상단의 용융된 재료는 하단 부분의 높은 증기압에 의해 절단 영역에서 배출됩니다. EBM 장비는 전자빔 용접기와 유사하게 제작됩니다. 전자빔 기계는 일반적으로 50~200kV 범위의 전압을 사용하여 전자를 빛의 속도(200,000km/s)의 약 50~80%로 가속합니다. 기능이 로렌츠 힘을 기반으로 하는 자기 렌즈는 전자빔을 공작물의 표면에 집중시키는 데 사용됩니다. 컴퓨터의 도움으로 전자기 편향 시스템은 필요에 따라 빔의 위치를 지정하므로 어떤 모양의 구멍도 뚫을 수 있습니다. 즉, 전자빔 가공 장비의 자기 렌즈는 빔을 형성하고 발산을 줄입니다. 반면에 조리개는 수렴 전자만 통과하고 변두리에서 발산하는 저에너지 전자를 포착하도록 합니다. 따라서 EBM-Machines의 조리개와 자기 렌즈는 전자빔의 품질을 향상시킵니다. EBM의 총은 펄스 모드에서 사용됩니다. 단일 펄스를 사용하여 얇은 판에 구멍을 뚫을 수 있습니다. 그러나 더 두꺼운 판의 경우 여러 펄스가 필요합니다. 일반적으로 50마이크로초에서 길게는 15밀리초의 스위칭 펄스 지속 시간이 사용됩니다. 산란을 초래하는 공기 분자와의 전자 충돌을 최소화하고 오염을 최소화하기 위해 EBM에서 진공이 사용됩니다. 진공은 생산하기 어렵고 비용이 많이 듭니다. 특히 대용량 및 챔버 내에서 우수한 진공을 얻는 것은 매우 까다롭습니다. 따라서 EBM은 적당한 크기의 소형 진공 챔버에 맞는 작은 부품에 가장 적합합니다. EBM의 총 내 진공 수준은 10EXP(-4) ~ 10EXP(-6) Torr입니다. 작업물과 전자빔의 상호 작용은 건강에 위험을 초래하는 X선을 생성하므로 잘 훈련된 직원이 EBM 장비를 작동해야 합니다. 일반적으로 EBM-Machining은 직경이 0.001인치(0.025mm)만큼 작은 구멍과 최대 0.250인치(6.25mm) 두께의 재료에서 0.001인치만큼 좁은 슬롯을 절단하는 데 사용됩니다. 특성 길이는 빔이 활성화되는 지름입니다. EBM에서 전자빔은 빔의 집속 정도에 따라 수십 마이크론에서 mm의 특성 길이를 가질 수 있다. 일반적으로 고에너지 집속 전자빔은 10~100마이크론의 스폿 크기로 공작물에 충돌하도록 만들어집니다. EBM은 최대 15mm 깊이, 즉 약 10의 깊이/직경 비율로 100미크론에서 2mm 범위의 직경 구멍을 제공할 수 있습니다. 디포커싱된 전자빔의 경우 전력 밀도는 1만큼 낮아집니다. 와트/mm2. 그러나 집속된 빔의 경우 출력 밀도는 수십 kW/mm2까지 증가할 수 있습니다. 이에 비해 레이저 빔은 1MW/mm2의 높은 출력 밀도로 10 – 100미크론의 스폿 크기에 초점을 맞출 수 있습니다. 방전은 일반적으로 더 작은 스폿 크기로 가장 높은 전력 밀도를 제공합니다. 빔 전류는 빔에서 사용할 수 있는 전자의 수와 직접적인 관련이 있습니다. Electron-Beam-Machining의 빔 전류는 200마이크로암페어에서 1암페어만큼 낮을 수 있습니다. EBM의 빔 전류 및/또는 펄스 지속 시간을 늘리면 펄스당 에너지가 직접적으로 증가합니다. 더 두꺼운 판에 더 큰 구멍을 가공하기 위해 100J/펄스를 초과하는 고에너지 펄스를 사용합니다. 정상적인 조건에서 EBM 가공은 버가 없는 제품의 이점을 제공합니다. Electron-Beam-Machining의 가공 특성에 직접적인 영향을 미치는 공정 매개변수는 다음과 같습니다.

 

• 가속 전압

 

• 빔 전류

 

• 펄스 지속 시간

 

• 펄스당 에너지

 

• 펄스당 전력

 

• 렌즈 전류

 

• 스팟 크기

 

• 출력 밀도

 

Electron-Beam-Machining을 사용하여 일부 멋진 구조를 얻을 수도 있습니다. 구멍은 깊이를 따라 가늘어지거나 배럴 모양일 수 있습니다. 표면 아래에 빔을 초점을 맞추면 역 테이퍼를 얻을 수 있습니다. 강철, 스테인리스강, 티타늄 및 니켈 초합금, 알루미늄, 플라스틱, 세라믹과 같은 광범위한 재료는 전자빔 가공을 사용하여 가공할 수 있습니다. EBM과 관련된 열 손상이 있을 수 있습니다. 그러나 EBM의 짧은 펄스 지속 시간으로 인해 열 영향 영역이 좁습니다. 열 영향 영역은 일반적으로 약 20~30미크론입니다. 알루미늄 및 티타늄 합금과 같은 일부 재료는 강철에 비해 더 쉽게 가공됩니다. 또한 EBM 가공은 공작물에 절삭력을 수반하지 않습니다. 이를 통해 기계 가공 기술의 경우와 같이 큰 클램핑 또는 부착 없이 EBM으로 깨지기 쉽고 부서지기 쉬운 재료를 가공할 수 있습니다. 구멍은 20~30도와 같이 매우 얕은 각도로 드릴링할 수도 있습니다.

 

 

 

전자빔 가공의 장점: EBM은 종횡비가 높은 작은 구멍을 드릴링할 때 매우 높은 드릴링 속도를 제공합니다. EBM은 기계적 특성에 관계없이 거의 모든 재료를 가공할 수 있습니다. 기계적 절단력이 필요하지 않으므로 작업 클램핑, 유지 및 고정 비용을 무시할 수 있으며 깨지기 쉬운 재료를 문제 없이 처리할 수 있습니다. EBM의 열 영향 영역은 펄스가 짧기 때문에 작습니다. EBM은 전자빔과 CNC 테이블을 편향시키는 전자기 코일을 사용하여 모든 형태의 구멍을 정확하게 제공할 수 있습니다.

 

 

 

전자빔 가공의 단점: 장비가 비싸고 진공 시스템을 작동 및 유지하려면 전문 기술자가 필요합니다. EBM은 필요한 낮은 압력을 얻기 위해 상당한 진공 펌프 다운 기간이 필요합니다. EBM은 열영향부가 작음에도 불구하고 recast 층 형성이 자주 발생한다. 다년간의 경험과 노하우는 제조 환경에서 이 귀중한 장비를 활용하는 데 도움이 됩니다.