Usinagem EBM e Usinagem de Feixe de Elétrons

Em ELECTRON-BEAM MACHINING (EBM) temos elétrons de alta velocidade concentrados em um feixe estreito que são direcionados para a peça de trabalho, criando calor e vaporizando o material. Assim EBM é um tipo de HIGH-ENERGY-BEAM MACHINING technique. A usinagem por feixe de elétrons (EBM) pode ser usada para corte ou mandrilamento muito preciso de uma variedade de metais. O acabamento da superfície é melhor e a largura do corte é mais estreita em comparação com outros processos de corte térmico. Os feixes de elétrons em equipamentos de usinagem EBM são gerados em um canhão de feixe de elétrons. As aplicações da usinagem por feixe de elétrons são semelhantes às da usinagem por feixe de laser, exceto que o EBM requer um bom vácuo. Assim, esses dois processos são classificados como processos eletro-óptico-térmicos. A peça a ser usinada com o processo EBM está localizada sob o feixe de elétrons e é mantida sob vácuo. As pistolas de feixe de elétrons em nossas máquinas EBM também são fornecidas com sistemas de iluminação e telescópios para alinhamento do feixe com a peça de trabalho. A peça de trabalho é montada em uma mesa CNC para que furos de qualquer formato possam ser usinados usando o controle CNC e a funcionalidade de deflexão do feixe da pistola. Para conseguir a evaporação rápida do material, a densidade planar da potência no feixe deve ser a mais alta possível. Valores de até 10exp7 W/mm2 podem ser alcançados no ponto de impacto. Os elétrons transferem sua energia cinética em calor em uma área muito pequena, e o material impactado pelo feixe é evaporado em um tempo muito curto. O material fundido na parte superior da frente é expelido da zona de corte pela alta pressão de vapor nas partes inferiores. O equipamento EBM é construído de forma semelhante às máquinas de solda por feixe de elétrons. Máquinas de feixe de elétrons geralmente utilizam voltagens na faixa de 50 a 200 kV para acelerar elétrons a cerca de 50 a 80% da velocidade da luz (200.000 km/s). Lentes magnéticas cuja função é baseada nas forças de Lorentz são usadas para focar o feixe de elétrons na superfície da peça de trabalho. Com a ajuda de um computador, o sistema de deflexão eletromagnética posiciona o feixe conforme necessário para que os furos de qualquer formato possam ser perfurados. Em outras palavras, as lentes magnéticas do equipamento Electron-Beam-Machining moldam o feixe e reduzem a divergência. As aberturas, por outro lado, permitem que apenas os elétrons convergentes passem e capturem os elétrons divergentes de baixa energia das franjas. A abertura e as lentes magnéticas nas máquinas EBM melhoram assim a qualidade do feixe de elétrons. A pistola no EBM é usada no modo pulsado. Os furos podem ser perfurados em folhas finas usando um único pulso. No entanto, para placas mais espessas, vários pulsos seriam necessários. Geralmente são usadas durações de pulso de comutação tão baixas quanto 50 microssegundos até 15 milissegundos. Para minimizar as colisões de elétrons com moléculas de ar, resultando em dispersão e manter a contaminação ao mínimo, o vácuo é usado no EBM. O vácuo é difícil e caro de produzir. Especialmente obter um bom vácuo em grandes volumes e câmaras é muito exigente. Portanto, o EBM é mais adequado para peças pequenas que se encaixam em câmaras de vácuo compactas de tamanho razoável. O nível de vácuo dentro da arma do EBM é da ordem de 10EXP(-4) a 10EXP(-6) Torr. A interação do feixe de elétrons com a peça de trabalho produz raios X que representam perigo para a saúde e, portanto, pessoal bem treinado deve operar o equipamento EBM. De um modo geral, o EBM-Machining é usado para cortar furos tão pequenos quanto 0,001 polegada (0,025 milímetros) de diâmetro e ranhuras tão estreitas quanto 0,001 polegada em materiais de até 0,250 polegada (6,25 milímetros) de espessura. O comprimento característico é o diâmetro sobre o qual o feixe está ativo. O feixe de elétrons no EBM pode ter um comprimento característico de dezenas de mícrons a mm, dependendo do grau de focalização do feixe. Geralmente, o feixe de elétrons focado em alta energia é feito para colidir com a peça de trabalho com um tamanho de ponto de 10 a 100 mícrons. O EBM pode fornecer furos de diâmetros na faixa de 100 mícrons a 2 mm com profundidade de até 15 mm, ou seja, com uma relação profundidade/diâmetro em torno de 10. No caso de feixes de elétrons desfocados, as densidades de potência cairiam até 1 Watt/mm2. No entanto, no caso de feixes focados, as densidades de potência podem ser aumentadas para dezenas de kW/mm2. Como comparação, os feixes de laser podem ser focados em um tamanho de ponto de 10 – 100 mícrons com uma densidade de potência tão alta quanto 1 MW/mm2. A descarga elétrica normalmente fornece as densidades de potência mais altas com tamanhos de pontos menores. A corrente do feixe está diretamente relacionada ao número de elétrons disponíveis no feixe. A corrente do feixe na usinagem de feixe de elétrons pode ser tão baixa quanto 200 microamperes a 1 ampere. Aumentar a corrente do feixe e/ou a duração do pulso do EBM aumenta diretamente a energia por pulso. Usamos pulsos de alta energia acima de 100 J/pulso para usinar furos maiores em chapas mais grossas. Em condições normais, a usinagem EBM nos oferece a vantagem de produtos sem rebarbas. Os parâmetros de processo que afetam diretamente as características de usinagem na usinagem de feixe de elétrons são:

 

• Tensão de aceleração

 

• Corrente do feixe

 

• Duração do pulso

 

• Energia por pulso

 

• Potência por pulso

 

• Corrente da lente

 

• Tamanho do ponto

 

• Densidade de potência

 

Algumas estruturas extravagantes também podem ser obtidas usando o Electron-Beam-Machining. Os furos podem ser afunilados ao longo da profundidade ou em forma de barril. Focalizando o feixe abaixo da superfície, pode-se obter afunilamento reverso. Uma ampla gama de materiais como aço, aço inoxidável, titânio e superligas de níquel, alumínio, plásticos e cerâmicas podem ser usinados usando a usinagem de vigas eletrônicas. Pode haver danos térmicos associados ao EBM. No entanto, a zona afetada pelo calor é estreita devido a curtas durações de pulso na EBM. As zonas afetadas pelo calor são geralmente em torno de 20 a 30 mícrons. Alguns materiais, como ligas de alumínio e titânio, são mais facilmente usinados em comparação com o aço. Além disso, a usinagem EBM não envolve forças de corte nas peças de trabalho. Isso permite a usinagem de materiais frágeis e quebradiços por EBM sem nenhuma fixação ou fixação significativa, como é o caso das técnicas de usinagem mecânica. Os furos também podem ser perfurados em ângulos muito rasos, como 20 a 30 graus.

 

 

 

As vantagens da usinagem de feixe de elétrons: EBM fornece taxas de perfuração muito altas quando pequenos furos com alta proporção são perfurados. A EBM pode usinar praticamente qualquer material, independentemente de suas propriedades mecânicas. Nenhuma força de corte mecânica está envolvida, portanto, os custos de fixação, fixação e fixação do trabalho são ignoráveis, e materiais frágeis/frágeis podem ser processados sem problemas. As zonas afetadas pelo calor na EBM são pequenas devido aos pulsos curtos. O EBM é capaz de fornecer qualquer formato de furo com precisão usando bobinas eletromagnéticas para desviar os feixes de elétrons e a mesa CNC.

 

 

 

As desvantagens da usinagem por feixe de elétrons: O equipamento é caro e a operação e manutenção de sistemas de vácuo requer técnicos especializados. O EBM requer períodos significativos de inatividade da bomba de vácuo para atingir as baixas pressões necessárias. Embora a zona afetada pelo calor seja pequena na EBM, a formação da camada de refusão ocorre com frequência. Nossos muitos anos de experiência e know-how nos ajudam a aproveitar este valioso equipamento em nosso ambiente de fabricação.