32). Физико-химические методы размерной обработки. Ультразвуковая обработка. Электронно-лучевая и лазерная обработка.

Ультразвуковая обработка

Ультразвуковые методы обработки основаны на использовании энергии ультразвуковых колебаний. Источником ультразвука обычно являются магнитострикционные преобразователи, возбуждаемые от ультразвукового генератора. Известны четыре области применения энергии ультразвуковых колебаний при механической обработке: а) обработка мелких деталей свобод­ным абразивом; б) размерная ультразвуковая обработка хрупких материалов; в) очистка кругов в процессе шлифования; г) приме­нение ультразвука для облегчения обычных процессов резания вязких материалов (рис. XI.10).

Электронно-лучевая и лазерная обработка

Электронно-лучевая обработка основана на использовании кинетической энергии сфокусированного пучка электронов. Меха­низм процесса состоит в локальном испарении или сублимации вещества из зоны касания электронного луча в результате пре­образования кинетической энергии электронов в тепловую. При электронно-лучевой обработке вольфрама, молибдена и ниобия к. п. д. превращения кинетической энергии в тепло около 75%.

При нагревании металла электроны могут получить скорости в направлении, перпендикулярном к поверхности тела, достаточные для преодоления потенциального барьера (термоэлектронная эмиссия). Очень высокие скорости можно сообщить электронам лишь в среде, имеющей достаточный вакуум, и при использовании высоких ускоряющих напряжений. Современные средства элек-тротехники и электронной оптики позволяют регулировать вели­чину кинетической энергии электронов, а также фокусировать эту энергию на весьма малых пло­щадях. Плотность энергии может достигать высоких значений (10⁸—10⁹ Вт/см²). При этом скорость электронов в пучке достигает8—17 • 10⁴м/с. При ударе о поверхность заготовки огромная кинетическая энергия электронов превращается в тепловую и материал плавится и испаряется. Установка для электронно-лучевой обработки (рис. XI.И) состоит из электронной пушки, в которой формируется мощный электронный луч, вакуумной или рабочей камеры (вместе с устрой­ствами для точной установки и перемещения заготовки), вакуум­ных насосов, создающих вакуум порядка 10^-5 см рт. ст., контрольной системы, управляющей электронным лучом и его траекторией, высоковольтного источника энергии, приборов для контроля и наблюдения за ходом процесса.

Рис. Х1.11. Блок-схема электронно­лучевой обработки:

1 — генератор импульсов; 2 — импульс­ный трансформатор; 3 — источник напря­жения возбуждения и накала; 4 — катод; 5 — источник высокого напряжения; 6— электромагнитная юстировка; 7 — диафрагма; 8 — корректор изображения; 9 — магнитная линза; 10 — источник пи­тания линзы; 11 — контрольный контур; 12 — катодный осциллоскоп; 13 — обра­батываемая деталь; 14 — рабочий стол

Электронно-лучевым методом можно обрабатывать как элект­ропроводящие, так и неэлектропроводящие материалы с любыми механическими свойствами. Однако предпочтительнее обработкадеталей из электропроводящих материалов или деталей с токопроводящими покрытиями. В этом случае статический заряд отво­дится путем заземления обрабатываемой детали. Наличие статиче­ского заряда оказывает дефокусирующее действие на поток элек­тронов. Электронно-лучевая обработка успешно применена для вырезания микродиодов, изготовления тонких пленок и сеток из медной фольги, фильер (рис. XI.13), а также для изготовления алмазных волок. Обычно диаметр получаемого отверстия (или ширина канавки) на 10% больше диаметра электронного пучка. Обработанные отверстия имеют небольшую конусность. Необхо­димая плотность энергии зависит от свойств обрабатываемых материалов и требуемой площади обработки.Преимущества электронно-лучевой обработки: отсутствие хими­ческого взаимодействия между пучком электронов и обрабатывае­мым материалом, возможность обработки очень малых отверстий и узких прорезей (до 0,01 мм), легкость автоматизации обработки небольших контуров (размером 6x6 мм) путем программиро­вания, возможность обработки труднодоступных мест. Недостатки электронно-лучевой обработки: необходимость со­здания вакуума (на это требуется 15—20 мин), сложность, гро­моздкость и высокая стоимость оборудования, склонность к дуго-образованию при возникновении встречного потока ионов при испарении обрабатываемого материала, необходимость защиты обслуживающего персонала от жесткого рентгеновского излучения.