18.3. Электронно-лучевая обработка

Электронно-лучевая обработка основана на превращении кинетической энергии пучка электронов в тепловую. Тепловая энергия выделяется при столкновении быстродвижущихся электронов с обрабатываемым материалом. Плотность тепловой энергии при этом составляет до 106…107 Вт/см?, а диаметры электронных пучков 0,5…500 мкм. Высокая плотность энергии сфокусированного электронного луча позволяет осуществлять размерную обработку детали вследствие расплавления и испарения материала с узколокального участка.

В оборудование для электронно-лучевой обработки входят обычно электронная пушка, вакуумная камера с вакуумной системой и источник питания с аппаратурой управления процессом. В электронной пушке производится генерирование электронов, формирование их в пучки и разгон до высоких скоростей.

При размерной обработке заготовок установка работает в импульсном режиме, что обеспечивает локальный нагрев заготовки. В зоне обработки температура достигает 6000?С, а на расстоянии 1 мкм от кромки луча она не превышает 300?С. Продолжительность импульсов и интервалы между ними подбирают такими, чтобы за один цикл успел нагреться и испариться металл только под лучом, а теплота не успела распространиться по объему заготовки. Длительность импульсов 10-4…10-6с, а частота – 50…6000 Гц.

Технологические характеристики электронно-лучевой обработки определяются во многом возможностями оборудования, энергетическими параметрами электронного пучка и свойствами обрабатываемого материала.

Скорость съема материала электронным лучом на черновых режимах достигает 20…30 мм?/мин, а на чистовых – 1…2 мм?/мин; точность обработки находится в пределах 5…20 мкм. Этим методом можно получить отверстия диаметром 1…10 мкм, прорезать пазы, резать металл, изготавливать тонкие сетки из фольги, обрабатывать подшипниковые камни часов, сопла для прядения, осуществлять сварку, наплавку, термическую обработку металлов и сплавов и др.

К основным преимуществам электронно-лучевой обработке следует отнести: возможность широкого регулирования режимов и тонкого управления тепловыми процессами; пригодность для обработки металлических и неметаллических материалов; высокий коэффициент полезного действия (до 98%); возможность автоматизации процесса. Кроме того, возможность сканирования электронного луча позволяет использовать этот вид обработки для изготовления фасонных щелей и пазов в труднообрабатываемых материалах (рубин, керамика, кварц, тантал, цирконий, вольфрам и др).

Наиболее перспективно применение электронно-лучевой обработки в области технологии радио- и микроэлектроники.

Основными недостатками электронно-лучевой технологии являются: необходимость защиты от рентгеновского излучения, относительно высокая стоимость и сложность оборудования и необходимость глубокого вакуума.

Акулич Н.В. Процессы производства черных и цветных металлов и их сплавов, Гомель 2008