EBM obrábanie a obrábanie elektrónovým lúčom

In ELECTRON-BEAM MACHINING (EBM) máme vysokorýchlostné elektróny, ktoré sa sústreďujú na materiál a sú nasmerované do úzkeho lúča. EBM je teda druh techniky HIGH-ENERGY-BEAM MACHINING technique. Obrábanie elektrónovým lúčom (EBM) možno použiť na veľmi presné rezanie alebo vyvrtávanie rôznych kovov. Povrchová úprava je lepšia a šírka zárezu je užšia v porovnaní s inými procesmi tepelného rezania. Elektrónové lúče v EBM-obrábacom zariadení sú generované v elektrónovom lúčovom dele. Aplikácie obrábania elektrónovým lúčom sú podobné ako obrábanie laserovým lúčom, okrem toho, že EBM vyžaduje dobré vákuum. Preto sú tieto dva procesy klasifikované ako elektro-opticko-tepelné procesy. Obrobok, ktorý sa má obrábať procesom EBM, je umiestnený pod elektrónovým lúčom a je udržiavaný vo vákuu. Delá s elektrónovým lúčom v našich strojoch EBM sú tiež vybavené osvetľovacími systémami a teleskopmi na zarovnanie lúča s obrobkom. Obrobok je namontovaný na CNC stole, takže pomocou CNC riadenia a funkcie vychyľovania lúča pištole je možné obrábať otvory akéhokoľvek tvaru. Na dosiahnutie rýchleho odparovania materiálu musí byť plošná hustota výkonu v lúči čo najväčšia. V mieste dopadu možno dosiahnuť hodnoty až 10exp7 W/mm2. Elektróny prenášajú svoju kinetickú energiu na teplo na veľmi malej ploche a materiál zasiahnutý lúčom sa vo veľmi krátkom čase odparí. Roztavený materiál v hornej časti prednej časti je vypudzovaný zo zóny rezu vysokým tlakom pár v spodných častiach. Zariadenie EBM je postavené podobne ako zváračky elektrónovým lúčom. Stroje s elektrónovým lúčom zvyčajne využívajú napätie v rozsahu 50 až 200 kV na urýchlenie elektrónov na približne 50 až 80 % rýchlosti svetla (200 000 km/s). Na zaostrenie elektrónového lúča na povrch obrobku sa používajú magnetické šošovky, ktorých funkcia je založená na Lorentzových silách. Pomocou počítača elektromagnetický vychyľovací systém umiestni lúč podľa potreby tak, aby bolo možné vyvŕtať otvory akéhokoľvek tvaru. Inými slovami, magnetické šošovky v zariadení na obrábanie elektrónovým lúčom tvarujú lúč a znižujú divergenciu. Na druhej strane štrbiny umožňujú prechádzať iba konvergentným elektrónom a zachytávať divergentné elektróny s nízkou energiou z okrajov. Clona a magnetické šošovky v EBM-Machines tak zlepšujú kvalitu elektrónového lúča. Pištoľ v EBM sa používa v pulznom režime. Otvory je možné vŕtať do tenkých plechov pomocou jediného impulzu. Avšak pre hrubšie dosky by bolo potrebných viac impulzov. Vo všeobecnosti sa používajú spínacie impulzy od 50 mikrosekúnd až po 15 milisekúnd. Aby sa minimalizovali kolízie elektrónov s molekulami vzduchu, ktoré vedú k rozptylu a aby sa kontaminácia udržala na minime, v EBM sa používa vákuum. Výroba vákua je náročná a nákladná. Najmä získanie dobrého vákua vo veľkých objemoch a komorách je veľmi náročné. Preto je EBM najvhodnejší pre malé diely, ktoré sa zmestia do primerane veľkých kompaktných vákuových komôr. Úroveň vákua v pištoli EBM je rádovo 10EXP(-4) až 10EXP(-6) Torr. Interakcia elektrónového lúča s obrobkom vytvára röntgenové lúče, ktoré predstavujú zdravotné riziko, a preto by zariadenie EBM mal obsluhovať dobre vyškolený personál. Všeobecne povedané, EBM-Machining sa používa na rezanie otvorov s priemerom 0,001 palca (0,025 milimetra) a štrbín užších ako 0,001 palca v materiáloch s hrúbkou do 0,250 palca (6,25 milimetra). Charakteristická dĺžka je priemer, cez ktorý je lúč aktívny. Elektrónový lúč v EBM môže mať charakteristickú dĺžku desiatok mikrónov až mm v závislosti od stupňa zaostrenia lúča. Vo všeobecnosti je vysokoenergetický fokusovaný elektrónový lúč vyrobený tak, aby dopadol na obrobok s veľkosťou bodu 10 – 100 mikrónov. EBM môže poskytnúť otvory s priemerom v rozsahu od 100 mikrónov do 2 mm s hĺbkou do 15 mm, tj s pomerom hĺbka/priemer okolo 10. V prípade rozostrených elektrónových lúčov by hustoty výkonu klesli až na 1 Watt/mm2. V prípade fokusovaných lúčov však mohli byť výkonové hustoty zvýšené až na desiatky kW/mm2. Pre porovnanie, laserové lúče môžu byť zaostrené na bod s veľkosťou 10 – 100 mikrónov s hustotou výkonu až 1 MW/mm2. Elektrický výboj zvyčajne poskytuje najvyššie výkonové hustoty s menšími veľkosťami bodov. Prúd lúča priamo súvisí s počtom elektrónov dostupných v lúči. Prúd lúča pri obrábaní elektrónovým lúčom môže byť len 200 mikroampérov až 1 ampér. Zvýšenie prúdu lúča EBM a/alebo trvania impulzu priamo zvyšuje energiu na impulz. Na obrábanie väčších otvorov na hrubších plechoch používame vysokoenergetické impulzy presahujúce 100 J/impulz. Za normálnych podmienok nám EBM-obrábanie ponúka výhodu produktov bez otrepov. Procesné parametre priamo ovplyvňujúce charakteristiky obrábania pri obrábaní elektrónovým lúčom sú:

 

• Akceleračné napätie

 

• Prúd lúča

 

• Trvanie impulzu

 

• Energia na pulz

 

• Výkon na jeden impulz

 

• Prúd šošovky

 

• Veľkosť bodu

 

• Hustota výkonu

 

Niektoré efektné štruktúry možno získať aj pomocou obrábania elektrónovým lúčom. Otvory môžu byť zúžené pozdĺž hĺbky alebo v tvare suda. Sústredením lúča pod povrch je možné dosiahnuť spätné zúženie. Široká škála materiálov, ako je oceľ, nehrdzavejúca oceľ, superzliatiny titánu a niklu, hliník, plasty, keramika, je možné obrábať pomocou obrábania e-lúčom. S EBM môžu byť spojené tepelné poškodenia. Zóna ovplyvnená teplom je však úzka v dôsledku krátkeho trvania impulzu pri EBM. Teplom ovplyvnené zóny sú vo všeobecnosti okolo 20 až 30 mikrónov. Niektoré materiály, ako sú hliník a zliatiny titánu, sa v porovnaní s oceľou ľahšie opracujú. Okrem toho EBM-obrábanie nezahŕňa rezné sily na obrobky. To umožňuje obrábanie krehkých a krehkých materiálov pomocou EBM bez akéhokoľvek výrazného upínania alebo upevňovania, ako je to v prípade mechanických obrábacích techník. Otvory je možné vŕtať aj vo veľmi malých uhloch, napríklad 20 až 30 stupňov.

 

 

 

Výhody obrábania elektrónovým lúčom: EBM poskytuje veľmi vysoké rýchlosti vŕtania pri vŕtaní malých otvorov s vysokým pomerom strán. EBM dokáže obrábať takmer akýkoľvek materiál bez ohľadu na jeho mechanické vlastnosti. Nevyžadujú sa žiadne mechanické rezné sily, takže náklady na upnutie, držanie a upevnenie sú zanedbateľné a krehké/krehké materiály je možné bez problémov spracovať. Teplom ovplyvnené zóny v EBM sú malé kvôli krátkym impulzom. EBM je schopný poskytnúť akýkoľvek tvar otvorov s presnosťou pomocou elektromagnetických cievok na vychyľovanie elektrónových lúčov a CNC stola.

 

 

 

Nevýhody obrábania elektrónovým lúčom: Zariadenie je drahé a prevádzka a údržba vákuových systémov si vyžaduje špecializovaných technikov. EBM vyžaduje značné doby odčerpania vákua na dosiahnutie požadovaných nízkych tlakov. Aj keď je tepelne ovplyvnená zóna v EBM malá, často dochádza k tvorbe pretavenej vrstvy. Naše dlhoročné skúsenosti a know-how nám pomáhajú využívať výhody tohto cenného vybavenia v našom výrobnom prostredí.