3. Электронно-лучевая обработка

Электронно-лучевая обработка использует кинетическую энергию электронов, летящих с большой скоростью, для направленного удаления материала нагревом, плавлением п испарением.

Технологические характеристики электронно-лучевой обработки (производительность, обрабатываемость, скорость съема, точ­ность обработки и т. д.) во многом определяются возможностями оборудования, энергетическими параметрами электронного пучка, свойствам обрабатываемого материала.

Производительность электронно-лучевой обработки зависит от мощ­ности луча, размеров участка, на котором он фокусируется, скважности импульсной подачи луча и длительности каждого импульса. Кроме того, она зависит от теплофизических констант и толщины обрабатываемого материала. Зависимость производительности от свойств металлов и спла­вов характеризуется их относительной обрабатываемостью. Скорость съема материала электронным лучом может достигать 20— 30 мм³/мин, но при высококачественной обработке она не превышает 1 мм³/мин. Для интенсификации обработки рекомендуется перед обработкой элек­тронным лучом в некоторых случаях применять предварительный нагрев.

Точность электронно-лучевой обработки также определяется энерге­тическими параметрами л уча, стабильностью этих параметров при управ­лении процессом, системой фокусировки излучения, точностью управ­ления частотой следования и длительностью импульсов, точностью выполнения механической части оборудования. На существующем обору­довании точность управления параметрами электронного луча может быть очень высокой (не ниже 0,1 % номинала). При оптимальном выборе ре­жимов точность электронно-лучевой обработки может достигать 10 – 20 мкм.

Ширина щели или диаметр отверстия зависит от толщины обрабаты­ваемого материала

Преимущества электронно-лучевой обработки перед другими методами: электронный луч легко фокусировать, модулировать по мощности; он безинерционен, его можно мгновенно и сравнительно легко перемещать в любую точку обрабатываемой поверхности.

К недостаткам, электронно-лучевой обработки следует отнести необхо­димость проводить обработку в вакууме, сложность и высокую стои­мость выпускаемого оборудования.

Оборудование для электронно-лучевой обработки обычно включает в себя элек­тронную пушку; вакуумную камеру с вакуумной системой; источник питания с аппаратурой управления процессом. Генерирование, формирование в пу­чок и ускорение электронов до высоких скоростей происходит в электронной пушке. Основные ее элементы — катод­ный узел и узел фокусирования луча. Катодный узел состоит из катода (рис. 4.1), фокусирующего электрода 14 и ускоряющего анода 2. Пучок электро­нов 3, эмитируемых поверхностью на­гретого катода, ускоряется разностью потенциалов между анодом и катодом. Изменяя напряжение смещения между катодом и фокусирующим электродом, можно стягивать луч на выходе вплоть до полного запирания. Для сужения электронного пучка до необходимых раз­меров используются электростатические и электромагнитные линзы 4. Диафрагма 5 отсекает краевые электроны, пропуская центральную часть луча.

Обрабатываемая деталь 11 укрепляется на рабочем столе 10. Для на­блюдения за процессом в установке предусмотрена специальная оптическая система с объективом 8, окуляром 13, подсветкой 6 и полупрозрачным зер­калом 7. В электронной пушке использованы системы 9 отклонения луча, служащие для управления его перемещениями. Отклоняющие системы выполнены по типу отклоняющих систем электронно-лучевых трубок и сос­тоят из четырех катушек, соединенных попарно последовательно и располо­женных друг к другу под углом 180°. Отклонение луча осуществляется в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Изменяя ток в катушках, соответствующих двум взаимно перпендикулярным осям, можно иметь любое положение луча на плоскости или плавно его перемещать. Для по­лучения заданного перемещения луча применяют механическое и опти­ческое копирование или задают закон изменения тока в отклоняющих ка­тушках с помощью программирующих устройств.

Электронный луч формируется в условиях вакуума. Высокий вакуум

(10^-6—10^-8 МПа) необходим потому, что при столкновении электронов с атомами газа велики потери энергии электронов и возможно возбуждение разряда в электронной пушке, что приведет к потере управляемости по­током электронов. Поэтому в современных установках обработка, как правило, ведется в вакуумной камере 12. Эта камера во многих случаях ограничивает габаритные размеры обрабатываемых деталей. Увеличе­ние размеров камеры ведет к значительному удорожанию и громоздкости оборудования. При необходимости обработки больших деталей исполь­зуют установки с системой шлюзов перед вакуумной камерой. В таких установках вакуум в зоне обработки достигается последовательной откач­кой воздуха в транспортном устройстве и перепад давления на соседних позициях транспортировки деталей невелик.