Gia công EBM & Gia công tia điện tử

In ELECTRON-BEAM MACHINING (EBM)  chúng tôi có các điện tử vận tốc cao tập trung thành một chùm hẹp hướng về phía sản phẩm, tạo ra nhiệt và làm bốc hơi vật liệu. Do đó EBM là một loại HIGH-ENERGY-BEAM MACHINING technique. Máy gia công tia điện tử (EBM) có thể được sử dụng để cắt hoặc doa rất chính xác nhiều loại kim loại. Bề mặt hoàn thiện tốt hơn và chiều rộng kerf hẹp hơn so với các quy trình cắt nhiệt khác. Các chùm tia điện tử trong thiết bị EBM-Machining được tạo ra trong một súng bắn tia điện tử. Các ứng dụng của Gia công tia điện tử tương tự như ứng dụng của Gia công tia laze, ngoại trừ EBM yêu cầu chân không tốt. Do đó hai quá trình này được xếp vào loại quá trình điện-quang-nhiệt. Phôi được gia công bằng quy trình EBM nằm dưới chùm tia điện tử và được giữ trong chân không. Súng bắn tia điện tử trong máy EBM của chúng tôi cũng được cung cấp hệ thống chiếu sáng và kính thiên văn để căn chỉnh chùm tia với phôi. Phôi được gắn trên bàn CNC để có thể gia công các lỗ có hình dạng bất kỳ bằng cách sử dụng chức năng điều khiển CNC và làm lệch tia của súng. Để đạt được sự bay hơi nhanh của vật liệu, mật độ phẳng của công suất trong chùm tia phải càng cao càng tốt. Giá trị lên đến 10exp7 W / mm2 có thể đạt được tại điểm tác động. Các electron chuyển động năng của chúng thành nhiệt trong một khu vực rất nhỏ, và vật chất bị tác động bởi chùm tia sẽ bị bốc hơi trong một thời gian rất ngắn. Vật liệu nóng chảy ở phía trên của mặt trước, được đẩy ra khỏi vùng cắt bởi áp suất hơi cao ở các phần bên dưới. Thiết bị EBM được chế tạo tương tự như máy hàn chùm tia điện tử. Máy tia điện tử thường sử dụng điện áp trong khoảng 50 đến 200 kV để tăng tốc các điện tử lên khoảng 50 đến 80% tốc độ ánh sáng (200.000 km / s). Thấu kính từ tính có chức năng dựa trên lực Lorentz được sử dụng để hội tụ chùm điện tử tới bề mặt của phôi. Với sự trợ giúp của máy tính, hệ thống làm lệch hướng điện từ định vị chùm tia khi cần thiết để có thể khoan các lỗ có hình dạng bất kỳ. Nói cách khác, các thấu kính từ tính trong thiết bị Gia công tia điện tử định hình chùm tia và giảm sự phân kỳ. Mặt khác, các khẩu độ chỉ cho phép các điện tử hội tụ đi qua và bắt các điện tử năng lượng thấp phân kỳ từ các vân. Do đó, khẩu độ và thấu kính từ tính trong EBM-Machines cải thiện chất lượng của chùm tia điện tử. Súng trong EBM được sử dụng ở chế độ phát xung. Các lỗ có thể được khoan thành các tấm mỏng bằng cách sử dụng một xung đơn. Tuy nhiên, đối với các tấm dày hơn, sẽ cần nhiều xung. Chuyển đổi thời lượng xung thấp nhất từ 50 micro giây sang lâu nhất là 15 mili giây thường được sử dụng. Để giảm thiểu va chạm của electron với các phân tử không khí dẫn đến tán xạ và giữ cho sự nhiễm bẩn ở mức tối thiểu, chân không được sử dụng trong EBM. Chân không rất khó sản xuất và đắt tiền. Đặc biệt là việc thu được chân không tốt trong các thể tích lớn và các buồng là rất khắt khe. Do đó EBM phù hợp nhất cho các bộ phận nhỏ vừa với các buồng chân không nhỏ gọn có kích thước hợp lý. Mức độ chân không trong súng của EBM theo thứ tự từ 10EXP (-4) đến 10EXP (-6) Torr. Sự tương tác của chùm tia điện tử với bộ phận làm việc tạo ra tia X gây nguy hiểm cho sức khỏe, và do đó nhân viên được đào tạo tốt nên vận hành thiết bị EBM. Nói chung, EBM-Machining được sử dụng để cắt các lỗ có đường kính nhỏ đến 0,001 inch (0,025 mm) và các khe hẹp đến 0,001 inch trên vật liệu dày đến 0,250 inch (6,25 mm). Chiều dài đặc trưng là đường kính mà chùm đang hoạt động. Chùm điện tử trong EBM có thể có chiều dài đặc trưng từ hàng chục micrômét đến mm tùy thuộc vào mức độ hội tụ của chùm tia. Nói chung, chùm điện tử hội tụ năng lượng cao được tạo ra để đi vào phôi có kích thước điểm 10 - 100 micron. EBM có thể cung cấp các lỗ có đường kính trong phạm vi từ 100 micron đến 2 mm với độ sâu lên đến 15 mm, tức là, với tỷ lệ chiều sâu / đường kính khoảng 10. Trong trường hợp chùm tia điện tử bị mất nét, mật độ công suất sẽ giảm xuống thấp nhất là 1 Watt / mm2. Tuy nhiên, trong trường hợp chùm tập trung, mật độ công suất có thể tăng lên hàng chục kW / mm2. Để so sánh, chùm tia laser có thể được hội tụ trên một điểm kích thước 10-100 micron với mật độ công suất cao tới 1 MW / mm2. Phóng điện thường cung cấp mật độ công suất cao nhất với kích thước điểm nhỏ hơn. Dòng tia liên quan trực tiếp đến số lượng electron có trong chùm tia. Dòng tia trong Electron-Beam-Machining có thể thấp tới 200 microampe đến 1 ampe. Việc tăng dòng tia và / hoặc thời lượng xung của EBM trực tiếp làm tăng năng lượng trên mỗi xung. Chúng tôi sử dụng các xung năng lượng cao vượt quá 100 J / xung để gia công các lỗ lớn hơn trên các tấm dày hơn. Trong điều kiện bình thường, gia công EBM cung cấp cho chúng tôi lợi thế của các sản phẩm không có gờ. Các thông số quá trình ảnh hưởng trực tiếp đến các đặc tính gia công trong Electron-Beam-Machining là:

 

• Điện áp tăng tốc

 

• Dòng tia

 

• Thời lượng xung

 

• Năng lượng mỗi xung

 

• Công suất mỗi xung

 

• Ống kính hiện tại

 

• Kích thước điểm

 

• Mật độ điện

 

Một số cấu trúc lạ mắt cũng có thể đạt được bằng cách sử dụng Electron-Beam-Machining. Các lỗ có thể được thon dần theo chiều sâu hoặc hình thùng. Bằng cách tập trung chùm tia xuống dưới bề mặt, có thể thu được các tia côn ngược. Một loạt các vật liệu như thép, thép không gỉ, siêu hợp kim titan và niken, nhôm, nhựa, gốm sứ có thể được gia công bằng phương pháp gia công bằng tia điện tử. Có thể có thiệt hại nhiệt liên quan đến EBM. Tuy nhiên, vùng ảnh hưởng nhiệt hẹp do khoảng thời gian xung ngắn trong EBM. Các vùng bị ảnh hưởng bởi nhiệt thường khoảng 20 đến 30 micron. Một số vật liệu như hợp kim nhôm và titan dễ gia công hơn so với thép. Hơn nữa, gia công EBM không liên quan đến lực cắt trên các chi tiết gia công. Điều này cho phép gia công các vật liệu dễ vỡ và giòn bằng EBM mà không cần bất kỳ kẹp hoặc gắn đáng kể nào như trong kỹ thuật gia công cơ khí. Các lỗ cũng có thể được khoan ở các góc rất nông như 20 đến 30 độ.

 

 

 

Ưu điểm của Electron-Beam-Machining: EBM cung cấp tỷ lệ khoan rất cao khi khoan các lỗ nhỏ với tỷ lệ khung hình cao. EBM có thể gia công hầu hết mọi vật liệu bất kể tính chất cơ học của nó. Không có lực cắt cơ học tham gia, do đó chi phí kẹp, giữ và cố định công việc là không thể bỏ qua và các vật liệu dễ vỡ / giòn có thể được xử lý mà không gặp vấn đề gì. Các vùng bị ảnh hưởng nhiệt trong EBM nhỏ vì các xung ngắn. EBM có thể cung cấp bất kỳ hình dạng lỗ nào với độ chính xác bằng cách sử dụng các cuộn dây điện từ để làm chệch hướng chùm điện tử và bàn máy CNC.

 

 

 

Nhược điểm của Electron-Beam-Machining: Thiết bị đắt tiền và vận hành và bảo trì hệ thống chân không đòi hỏi kỹ thuật viên chuyên môn. EBM yêu cầu thời gian bơm chân không đáng kể để đạt được áp suất thấp cần thiết. Mặc dù vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ trong EBM, sự hình thành lớp đúc lại thường xuyên xảy ra. Nhiều năm kinh nghiệm và bí quyết của chúng tôi giúp chúng tôi tận dụng thiết bị có giá trị này trong môi trường sản xuất của mình.