Обробка EBM та електронно-променева обробка

У ELECTRON-BEAM MACHINING (EBM)  ми маємо високошвидкісні електрони, зосереджені у вузький промінь, який спрямовується до заготовки, створюючи тепло та випаровуючи матеріал. Таким чином, EBM є свого роду HIGH-ENERGY-BEAM MACHINING technique. Електронно-променева обробка (EBM) може бути використана для дуже точного різання або розточування різноманітних металів. Поверхнева обробка краща, а ширина пропилу вужча порівняно з іншими процесами термічного різання. Електронні промені в обладнанні EBM-Machining генеруються в електронно-променевій гармати. Застосування електронно-променевої обробки подібне до застосування лазерної обробки, за винятком того, що EBM вимагає хорошого вакууму. Таким чином, ці два процеси класифікуються як електрооптико-теплові процеси. Деталь, яку потрібно обробити за допомогою процесу EBM, знаходиться під електронним променем і зберігається у вакуумі. Електронно-променеві гармати в наших верстатах EBM також оснащені системами освітлення та телескопами для вирівнювання променя із заготовкою. Заготівлю встановлюють на столі з ЧПК, щоб можна було обробляти отвори будь-якої форми за допомогою керування ЧПК і функції відхилення променя пістолета. Щоб досягти швидкого випаровування матеріалу, площинна щільність потужності в пучку повинна бути якомога вищою. У місці удару можна досягти значень до 10exp7 Вт/мм2. Електрони передають свою кінетичну енергію в тепло на дуже малій площі, і матеріал, на який впливає промінь, випаровується за дуже короткий час. Розплавлений матеріал у верхній частині передньої частини витісняється із зони різання високим тиском пари в нижніх частинах. Обладнання EBM побудовано аналогічно апаратам електронно-променевого зварювання. Електронно-променеві машини зазвичай використовують напругу в діапазоні від 50 до 200 кВ для прискорення електронів приблизно до 50-80% швидкості світла (200 000 км/с). Магнітні лінзи, функція яких заснована на силах Лоренца, використовуються для фокусування електронного променя на поверхню заготовки. За допомогою комп’ютера система електромагнітного відхилення позиціонує промінь так, як потрібно, щоб можна було просвердлити отвори будь-якої форми. Іншими словами, магнітні лінзи в обладнанні електронно-променевої обробки формують промінь і зменшують розбіжність. Апертури, з іншого боку, дозволяють проходити лише конвергентним електронам і захоплювати розбіжні електрони низької енергії від смуг. Таким чином, діафрагма та магнітні лінзи в машинах EBM покращують якість електронного променя. Гармата в EBM використовується в імпульсному режимі. Отвори можна просвердлити в тонких листах за допомогою одного імпульсу. Однак для більш товстих пластин знадобиться кілька імпульсів. Зазвичай використовується тривалість імпульсу перемикання від 50 мікросекунд до 15 мілісекунд. Щоб звести до мінімуму зіткнення електронів з молекулами повітря, що призводить до розсіювання, і звести до мінімуму забруднення, в EBM використовується вакуум. Виробництво вакууму складне і дороге. Особливо важливо отримати хороший вакуум у великих об’ємах і камерах. Тому EBM найкраще підходить для невеликих деталей, які поміщаються в компактні вакуумні камери розумного розміру. Рівень вакууму всередині гармати EBM становить приблизно від 10EXP(-4) до 10EXP(-6) Торр. Взаємодія електронного променя з деталлю створює рентгенівське випромінювання, яке становить небезпеку для здоров’я, тому працювати з обладнанням EBM повинен добре навчений персонал. Загалом, обробка EBM використовується для вирізання отворів діаметром 0,001 дюйма (0,025 міліметра) і прорізів діаметром 0,001 дюйма в матеріалах товщиною до 0,250 дюйма (6,25 міліметра). Характерна довжина - це діаметр, на якому промінь активний. Електронний промінь в EBM може мати характерну довжину від десятків мікрон до мм залежно від ступеня фокусування променя. Як правило, сфокусований електронний промінь високої енергії вражає деталь розміром плями 10-100 мікрон. EBM може створювати отвори діаметром у діапазоні від 100 мікрон до 2 мм із глибиною до 15 мм, тобто із співвідношенням глибина/діаметр приблизно 10. У разі розфокусованих електронних пучків щільність потужності впаде до 1 Ватт/мм2. Однак у випадку сфокусованих пучків щільність потужності може бути збільшена до десятків кВт/мм2. Для порівняння, лазерні промені можна сфокусувати на пляму розміром 10–100 мікрон із щільністю потужності до 1 МВт/мм2. Електричний розряд зазвичай забезпечує найвищу щільність потужності з меншими розмірами плям. Струм пучка безпосередньо залежить від кількості електронів, доступних у пучку. Струм пучка при електронно-променевій обробці може становити від 200 мікроампер до 1 ампера. Збільшення струму променя EBM та/або тривалості імпульсу безпосередньо збільшує енергію на імпульс. Ми використовуємо високоенергетичні імпульси понад 100 Дж/імпульс для обробки більших отворів на товстіших пластинах. За звичайних умов обробка EBM пропонує нам перевагу продуктів без задирок. Параметри процесу, які безпосередньо впливають на характеристики обробки в електронно-променевій обробці:

 

• Напруга прискорення

 

• Струм пучка

 

• Тривалість імпульсу

 

• Енергія на імпульс

 

• Потужність на імпульс

 

• Струм лінзи

 

• Розмір плями

 

• Щільність потужності

 

Деякі химерні структури також можна отримати за допомогою електронно-променевої обробки. Отвори можуть бути звуженими по глибині або бочкоподібними. Сфокусувавши промінь під поверхнею, можна отримати зворотні звуження. Широкий діапазон матеріалів, таких як сталь, нержавіюча сталь, титанові та нікелеві суперсплави, алюміній, пластмаси, кераміка, можна обробляти за допомогою електронного променя. Можливі термічні пошкодження, пов’язані з EBM. Проте зона термічного впливу є вузькою через малу тривалість імпульсу в ЕПМ. Зони термічного впливу, як правило, становлять близько 20-30 мікрон. Деякі матеріали, такі як алюмінієві та титанові сплави, легше обробляються порівняно зі сталлю. Крім того, обробка EBM не передбачає впливу сил різання на заготовки. Це дозволяє обробляти тендітні та крихкі матеріали за допомогою EBM без будь-якого значного затискання чи кріплення, як у випадку з методами механічної обробки. Отвори також можна просвердлити під дуже невеликими кутами, наприклад, від 20 до 30 градусів.

 

 

 

Переваги електронно-променевої обробки: EBM забезпечує дуже високу швидкість свердління, коли свердляться маленькі отвори з високим співвідношенням сторін. EBM може обробляти практично будь-який матеріал незалежно від його механічних властивостей. Ніяких механічних сил різання не задіяно, тому витрати на затискання, утримування та фіксацію можна знехтувати, а крихкі/крихкі матеріали можна обробляти без проблем. Зони теплового впливу в EBM малі через короткі імпульси. EBM здатний забезпечити будь-яку форму отворів з точністю за допомогою електромагнітних котушок для відхилення електронних променів і столу ЧПУ.

 

 

 

Недоліки електронно-променевої обробки: Обладнання дороге, а експлуатація та обслуговування вакуумних систем потребує спеціалізованих техніків. EBM вимагає значних періодів відкачування вакууму для досягнення необхідного низького тиску. Незважаючи на те, що зона термічного впливу невелика в EBM, утворення шару переробки відбувається часто. Наш багаторічний досвід і ноу-хау допомагають нам використовувати переваги цього цінного обладнання у нашому виробничому середовищі.