Практическая работа № 4
Электроннолучевая обработка основана на использовании энергии сфокусированного электронного луча. Механизм процесса состоит в локальном испарении вещества из зоны контакта электронного луча с поверхностью заготовки в результате преобразования кинетической энергии электронов в епловую.
Электроннолучевая обработка основана на превращении в тепловую энергию кинетической энергии электронов при их торможении в поверхностных слоях твердого тела. В результате бомбардировки электронами происходит расплавление материала в зоне действия электронного пучка.
Электроннолучевая обработка - размерная обработка труднообрабатываемых металлов и сплавов, при которой используют свойство электронного луча передавать кинетическую энергию и превращать ее в тепловую. При повышении температуры металла электроны на внешней электронной орбите возбуждаются и некоторые из них могут получать скорости, достаточные для преодоления потенциального барьера.
Принципиальная схема установки для электроннолучевой обработки. Электроннолучевая обработка основана на использовании энергии сфокусированного пучка (луча) ускоренных электронов.
Электроннолучевая обработка выполняется фокусированным пучком электронов, испаряющих металл.
Электроннолучевая обработка - размерная обработка труднообрабатываемых металлов и сплавов, при которой используют свойство электронного луча передавать кинетическую энергию и превращать ее в тепловую. При повышении температуры металла электроны на внешней электронной орбите возбуждаются и некоторые из них могут получать скорости, достаточные для преодоления потенциального барьера.
Схема установки для электроннолучевой обработки.| Схема обработки электронным лучом. Сущность процесса электроннолучевой обработки состоит в том, что на помещенную в вакуумную камеру 3 (вакуум от 10 - 5 до 10 - 9 мм рт. ст.) заготовку 4 (рис. VII.11) направляется тонкий сфокусированный пучок электронов, движущийся с большой скоростью и несущий большую кинетическую энергию, что вызывает нагрев и испарение материала обрабатываемой детали.
Преимущества обработки световым лучом перед электроннолучевой обработкой: не требуется вакуумных камер, обработка ведется в воздушной среде; не нужна защита обслуживающего персонала от рентгеновского излучения, необходимы лишь защитные очки; меньшие габаритные размеры оборудования.
Преимущества обработки световым лучом перед электроннолучевой обработкой: возможность обработки крупногабаритных деталей, из требуется вакуумных камер, обработка ведется в воздушной среде; не нужна защита обслуживающего персонала от рентгеновского излучения, необходимы лишь защитные очки; меньшие габариты оборудования.
Принципиальная схема установки для электроннолучевой обработки. На рис. VII-8 показана принципиальная схема установки для электроннолучевой обработки.
Обработка особо твердых материалов с помощью лазера имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с электроннолучевой обработкой. Она обеспечивает быстроту выполнения операций, низкую их стоимость, эти операции также иенее сложны по исполнению. В отличие от обработки электронным пучком лазерная обработка проводится вне вакуумной камеры.
Схема электронно - оптической системы.
Одним из наиболее типовых новых процессов, рожденных потребностями обработки новых деталей в радиоэлектронике и других отраслях, является электроннолучевая обработка. Электроннолучевой способ обработки металлов основан на использовании кинетической энергии электронов, излучаемых катодом при высоком вакууме. Электроны ускоряются в электрическом поле, фокусируются и направляются на обрабатываемый материал. Принципиальная схема ЭОС, применяемой для размерной обработки электронным лучом, представлена на рис. IV-18. Катод /, фокусирующий электрод 2 и анод 3 составляют электронную пушку, в которой происходит начальное формирование и ускорение электронного потока. Эмиссия электронов происходит с катода, изготовленного из вольфрамовой или тантало-аой проволоки диаметром 0 15 - 0 2 мм.
Ниже приводятся основные положения теории эмиссии чистых металлов, а также реальных катодов, встречающихся на практике при дуговой сварке и электроннолучевой обработке.
В результате обобщения кафедрой экономики Академии общественных наук при ЦК КПСС данных шести машиностроительных министерств, установлено, что затраты на экспериментальные установки электроэрозионной, электрохимической, ультразвуковой, световой и электроннолучевой обработки окупаются примерно в пять раз быстрее, чем совокупные затраты на новую технику. Некоторые установки снижают себестоимость обработки в 20 раз.
Электроннолучевая обработка материалов основывается на явлении превращения в тепловую энергию кинетической энергии электронов при их торможении в поверхностных слоях твердого тела.
Результаты стыковой сварки С02 - лазером при Р 250 Вт. Сварку можно производит на установке для газолазерной резки при меньших мощностях и использовании слабого поддува инертного газа в зону сварки. При мощности СО2 - лазера около 200 Вт удается сваривать сталь толщиной до 0 8 мм со скоростью 0 12 м / мин; качество шва получается не хуже, чем при электроннолучевой обработке. Электроннолучевая сварка имеет несколько большие скорости сваривания, но зато проводится в вакуумной камере, что создает большие неудобства и требует значительных общих временных затрат.
Большая концентрация энергии пучка электронов в малом объеме практически мгновенное ее выделение обеспечивают высокую селективность обработки, при которой инерционный теплоотвод за счет теплопроводности составляет лишь ничтожную часть энергии, расходуемой на нагрев обрабатываемой зоны. Например, при температуре в зоне облучения 6 000 С температура в точках, находящихся на расстоянии 1 мк от зоны, не превышает 300 С. Поэтому электроннолучевая обработка во многих случаях сводится к селективному испарению материала объекта в зоне облучения.
Для этого используют специальные покрытия, создающие улучшающее магнитные свойства напряженное состояние в поверхностных слоях материала. Применяют лазерную и электроннолучевую обработку.
Электронный луч имеет широкую универсальность. Так, его применяют для термических и нетермических процессов обработки. Термическими процессами электроннолучевой обработки являются сварка, испарение, плавка, сверление и фрезерование материалов, а также сплавление различных химических элементов с полупроводниками и герметизация корпусов полупроводниковых приборов. В этом случае электронный луч имеет высокую плотность энергии.
Процесс происходит в вакууме. Благодаря этому не происходят нежелательные химические реакции, например окисление. Практическое применение; электроннолучевой обработки в производстве электроизмерительных приборов в основном связано с изготовлением элементов микроэлектроники: размерная обработка, микросварка, нанесение тонких пленок.
Поскольку любое вещество, помещенное в фокусе линзы лазера, практически мгновенно испаряется, то с помощью оптических квантовых генераторов можно обрабатывать самые твердые материалы. Завод Станкоконструкция, например, наладил серийное производство лазерных станков. Сфера применения их аналогична электроннолучевой обработке, но последняя уступает лазерной, так как для работы требует высокого вакуума, а луч лазера прекрасно справляется с той же задачей в воздушной среде; кроме того, электроннолучевое оборудование довольно громоздко, дорого и нуждается в обеспечении необходимой защиты обслуживающего персонала от рентгеновского излучения.