3.2. Променеві методи обробки

До променевих методів формоутворення поверхонь заготовок деталей машин відносяться електронно-променева, лазерна і плазмова обробки.

3.2.1 Електронно-променева обробка

М етод базується на перетворенні кінетичної енергії пучка електронів у теплову. Висока щільність енергії сфокусованого електронного променя дозволяє обробляти заготовки за рахунок нагрівання, розплавлювання і випаровування матеріалу з вузьколокальної ділянки.

Рисунок 3.16 - Схема електронно-променевої установки

Схема установки для електронно-променевої обробки (електронна гармата) показана на рисунку 3.16. У вакуумній камері 1 установки вольфрамовий катод 11, що живиться від джерела розжарення 14, забезпечує емісію вільних електронів. Електрони формуються в пучок спеціальним електродом і під дією електричного поля, створюваного високою різницею потенціалів між катодом 11 і анодом 10, прискорюються у вертикальному напрямку. Потім промінь електронів проходить через систему юстирування 9, діафрагму 8, коректор зображення 7 і систему магнітних лінз 6, що остаточно формують потік електронів у промінь малого діаметра і фокусують його на поверхні заготовки 4. Промінь по поверхні заготовки переміщається системою відхилення 5.

Роботу установки в імпульсному режимі забезпечує імпульсний генератор 12 у поєднанні з імпульсним трансформатором 13. Обробляють у вакуумі порядку 10-6 мм рт. ст. Оброблювану заготовку 4 закріплюють у затискному пристрої 3 координатного столу 2, що забезпечує переміщення заготовки в горизонтальній площині в поздовжньому і поперечному напрямках.

Для розмірної обробки заготовок установка працює в імпульсному режимі, що забезпечує їх локальне нагрівання. У зоні обробки температура досягає 6000 °С, а на відстані 1 мкм від кромки променя вона не перевищує 300 °С. Тривалість імпульсу й інтервали між ними підбирають виходячи з того, щоб за один цикл встиг нагрітися і випаруватися метал тільки під променем, а теплота не встигла б поширитися на всю заготовку. Тому установки працюють у режимі, при якому тривалість імпульсу складає 10^-4—10^-6 с, а частота імпульсів 50—5000 Гц. Діаметр сфокусованого електронного променя складає кілька мікрометрів.

Електронно-променевий метод найбільш перспективний при обробці отворів діаметром від 1 мм до 10 мкм, прорізання пазів, розрізуванні заготовок, виготовленні тонких плівок і сіток з фольги і т.д. Обробляють важкооброблювані метали і сплави (тантал, вольфрам, цирконій, корозійностійкі сталі), а також неметалічні матеріали (рубіни, кераміку, кварц, напівпровідникові й інші матеріали).

Переваги електронно-променевої обробки обумовлюють доцільність її застосування: можливість створення локальної концентрації високої енергії, широке регулювання і керування тепловими процесами, обробка будь-яких матеріалів, підвищена чистота середовища, що дозволяє обробляти легкоокислювані активні матеріали, відсутність інструменту, обробка важкодоступних місць заготовок. Недоліком методу є відносна складність та громіздкість устаткування.

Крім зазначених способів обробки, електронний промінь дозволяє наносити покриття на поверхні заготовок у виді плівок товщиною від декількох мікрометрів до десятих долей міліметра. Електронний промінь застосовують також для розпилення різних матеріалів.