top of page

W OBRÓBKA ELEKTRONOWA (EBM)  mamy elektrony o dużej prędkości skoncentrowane w wąskiej wiązce, która jest skierowana w stronę przedmiotu obrabianego, wytwarzając ciepło i odparowując materiał. Zatem EBM jest rodzajem HIGH-ENERGY-BEAM MACHINING technique. Obróbka wiązką elektronów (EBM) może być stosowana do bardzo dokładnego cięcia lub wytaczania różnych metali. Wykończenie powierzchni jest lepsze, a szczelina jest węższa w porównaniu do innych procesów cięcia termicznego. Wiązki elektronów w urządzeniach EBM-Machining są generowane w dziale elektronowym. Zastosowania obróbki wiązką elektronów są podobne do zastosowań obróbki wiązką laserową, z wyjątkiem tego, że EBM wymaga dobrej próżni. Tak więc te dwa procesy są klasyfikowane jako procesy elektrooptyczno-termiczne. Przedmiot obrabiany w procesie EBM znajduje się pod wiązką elektronów i jest utrzymywany w próżni. Wyrzutnie elektronowe w naszych maszynach EBM są również wyposażone w systemy oświetlenia i teleskopy do ustawiania wiązki z przedmiotem obrabianym. Obrabiany przedmiot jest montowany na stole CNC, dzięki czemu można obrabiać otwory o dowolnym kształcie za pomocą sterowania CNC i funkcji odchylania wiązki pistoletu. Aby osiągnąć szybkie odparowanie materiału, płaska gęstość mocy w wiązce musi być jak najwyższa. W miejscu uderzenia można osiągnąć wartości do 10exp7 W/mm2. Elektrony zamieniają swoją energię kinetyczną w ciepło na bardzo małej powierzchni, a materiał, na który pada wiązka, jest odparowywany w bardzo krótkim czasie. Stopiony materiał w górnej części przodu jest wyrzucany ze strefy cięcia przez wysokie ciśnienie pary w dolnych częściach. Urządzenia EBM zbudowane są podobnie jak spawarki elektronowe. Maszyny wykorzystujące wiązkę elektronów zwykle wykorzystują napięcia w zakresie od 50 do 200 kV do przyspieszania elektronów do około 50 do 80% prędkości światła (200 000 km/s). Soczewki magnetyczne, których działanie opiera się na siłach Lorentza, służą do skupiania wiązki elektronów na powierzchni przedmiotu obrabianego. Za pomocą komputera system odchylania elektromagnetycznego pozycjonuje wiązkę zgodnie z potrzebami, dzięki czemu można wiercić otwory o dowolnym kształcie. Innymi słowy, soczewki magnetyczne w sprzęcie do obróbki wiązką elektronów kształtują wiązkę i zmniejszają rozbieżność. Z drugiej strony apertury przepuszczają tylko zbieżne elektrony i wychwytują rozbieżne elektrony o niskiej energii z prążków. Apertura i soczewki magnetyczne w maszynach EBM poprawiają w ten sposób jakość wiązki elektronów. Pistolet w EBM jest używany w trybie impulsowym. Otwory można wiercić w cienkich blachach jednym impulsem. Jednak w przypadku grubszych płyt potrzebne byłyby wielokrotne impulsy. Zwykle stosuje się przełączanie impulsów o czasie trwania od 50 mikrosekund do 15 milisekund. Aby zminimalizować zderzenia elektronów z cząsteczkami powietrza, powodując rozpraszanie i utrzymując zanieczyszczenie na minimalnym poziomie, w EBM stosuje się próżnię. Próżnia jest trudna i droga w produkcji. Szczególnie wymagające jest uzyskanie dobrej próżni w dużych objętościach i komorach. Dlatego EBM najlepiej nadaje się do małych części, które mieszczą się w kompaktowych komorach próżniowych o rozsądnych rozmiarach. Poziom podciśnienia w pistolecie EBM jest rzędu 10EXP(-4) do 10EXP(-6) Torr. Oddziaływanie wiązki elektronów z obrabianym przedmiotem wytwarza promieniowanie rentgenowskie, które stanowi zagrożenie dla zdrowia, dlatego dobrze przeszkolony personel powinien obsługiwać sprzęt EBM. Ogólnie rzecz biorąc, EBM-Machining jest używany do wycinania otworów o średnicy zaledwie 0,001 cala (0,025 milimetra) i szczelin tak wąskich, jak 0,001 cala w materiałach o grubości do 0,250 cala (6,25 milimetra). Długość charakterystyczna to średnica, na której belka jest aktywna. Wiązka elektronów w EBM może mieć charakterystyczną długość od kilkudziesięciu mikronów do mm w zależności od stopnia skupienia wiązki. Generalnie, wiązka elektronów o wysokiej energii uderza w obrabiany przedmiot plamką o wielkości 10 – 100 mikronów. EBM może wykonywać otwory o średnicach w zakresie od 100 mikronów do 2 mm o głębokości do 15 mm, czyli o stosunku głębokość/średnica około 10. W przypadku rozogniskowanych wiązek elektronów gęstość mocy spadłaby do 1 Wat/mm2. Jednak w przypadku wiązek skupionych gęstości mocy można zwiększyć do kilkudziesięciu kW/mm2. Dla porównania, wiązki laserowe mogą być skupione na plamce o wielkości 10 – 100 mikronów przy gęstości mocy nawet 1 MW/mm2. Wyładowanie elektryczne zazwyczaj zapewnia najwyższą gęstość mocy przy mniejszych rozmiarach plamek. Prąd wiązki jest bezpośrednio związany z liczbą elektronów dostępnych w wiązce. Prąd wiązki w obróbce elektronowej może wynosić od 200 mikroamperów do 1 ampera. Zwiększenie prądu wiązki EBM i/lub czasu trwania impulsu bezpośrednio zwiększa energię na impuls. Do obróbki większych otworów na grubszych płytach stosujemy impulsy o wysokiej energii przekraczające 100 J/impuls. W normalnych warunkach obróbka EBM daje nam przewagę w postaci produktów bez zadziorów. Parametry procesu bezpośrednio wpływające na charakterystykę obróbki w Electron-Beam-Machining to:

 

• Napięcie przyspieszenia

 

• Prąd wiązki

 

• Czas trwania impulsu

 

• Energia na impuls

 

• Moc na impuls

 

• Prąd obiektywu

 

• Rozmiar plamki

 

• Gęstość mocy

 

Niektóre fantazyjne struktury można również uzyskać za pomocą obróbki wiązką elektronów. Otwory mogą być zwężane wzdłuż głębokości lub w kształcie beczki. Skupiając wiązkę pod powierzchnią, można uzyskać odwrotne stożki. Szeroka gama materiałów, takich jak stal, stal nierdzewna, superstopy tytanu i niklu, aluminium, tworzywa sztuczne, ceramika może być obrabiana wiązką elektronową. Mogą wystąpić uszkodzenia termiczne związane z EBM. Jednak strefa wpływu ciepła jest wąska ze względu na krótkie czasy trwania impulsów w EBM. Strefy wpływu ciepła mają na ogół około 20 do 30 mikronów. Niektóre materiały, takie jak stopy aluminium i tytanu, są łatwiej obrabiane w porównaniu ze stalą. Ponadto obróbka EBM nie wiąże się z siłami skrawania na obrabianych elementach. Umożliwia to obróbkę kruchych i kruchych materiałów za pomocą EBM bez znaczącego mocowania lub mocowania, jak ma to miejsce w przypadku technik obróbki mechanicznej. Otwory można również wiercić pod bardzo płytkimi kątami, np. od 20 do 30 stopni.

 

 

 

Zalety obróbki wiązką elektronów: EBM zapewnia bardzo wysokie prędkości wiercenia, gdy wiercone są małe otwory o wysokim współczynniku kształtu. EBM może obrabiać prawie każdy materiał, niezależnie od jego właściwości mechanicznych. Nie są zaangażowane żadne mechaniczne siły skrawania, dzięki czemu koszty mocowania, trzymania i mocowania są pomijalne, a kruche/kruche materiały można bez problemu obrabiać. Strefy wpływu ciepła w EBM są małe z powodu krótkich impulsów. EBM jest w stanie precyzyjnie wykonać otwory o dowolnym kształcie, wykorzystując cewki elektromagnetyczne do odchylania wiązek elektronów oraz stół CNC.

 

 

 

Wady obróbki wiązką elektronów: Sprzęt jest drogi, a obsługa i utrzymanie systemów próżniowych wymaga wyspecjalizowanych techników. EBM wymaga znacznych okresów odpompowania próżni w celu uzyskania wymaganych niskich ciśnień. Mimo że w EBM strefa wpływu ciepła jest niewielka, często dochodzi do tworzenia warstwy przetopionej. Nasze wieloletnie doświadczenie i know-how pomaga nam wykorzystać ten cenny sprzęt w naszym środowisku produkcyjnym.

bottom of page