Электронно-лучевая обработка

Электронно-лучевая обработка

Задумаемся над проблемой: каким образом крохотный участок поверхности — квадратик со стороной 10 мм — из весьма твердого материала разрезать на 1500 частей? С такой задачей повседневно встречаются те, кто занят изготовлением полупроводниковых приборов — микродиодов. Эта задача может быть решена с помощью электронного луча, ускоренного до больших энергий и сфокуси­рованного.

Обработка материалов — сварка, резка и т. п.— пучком электронов — это совсем новая область техники. Она родилась во второй поло­вине 50-х годов нашего века. Возникновение новых методов обработки, разумеется, не слу­чайно. В современной технике приходится иметь дело с очень твердыми труднообрабаты­ваемыми материалами. В часах, например, применяются корундовые камни толщиной в десятые доли миллиметра. И в этих кро­шечных кристаллах надо просверливать от­верстия совсем микроскопические — диамет­ром в несколько десятков микрон. Искусствен­ные волокна изготовляют с помощью фильер, которые имеют отверстия сложного профи­ля и при этом столь малые, что волокна, про­тягиваемые через них, получаются значительно более тонкими, чем человеческий волос. Элект­ронной промышленности нужны керамические пластинки толщиной 0,25 мм. На них должны быть сделаны прорези шириной 0,13 мм при расстоянии между их осями 0,25 мм. Старой технологии обработки такие задачи часто бы­вают не по плечу.

Поэтому ученые и инженеры обратились к электронам и заставили их выполнять техно­логические операции резания, сверления, фре­зерования, сварки, выплавки и очистки метал­лов. Оказалось, что электронный луч обладает весьма заманчивыми для технологии свойст­вами. Попадая на обрабатываемый материал, он в месте воздействия способен нагреть его до 6000° (температура поверхности Солнца). В то же время современная техника позволяет до­вольно легко, просто и в широких пределах регулировать энергию электронов, а следова­тельно, и температуру нагрева металла. По­этому поток электронов может быть использован для процессов, которые требуют различных мощностей и протекают при самых разных температурах, например для плавки и очистки, для сварки, резки металлов и т. п.

Чрезвычайно ценно также, что действие электронного луча не сопровождается ударны­ми нагрузками на изделие. Особенно это важно при обработке хрупких материалов. Скорость обработки на электроннолучевых установках существенно выше, чем на обычных станках. Улучшается и качество обработки. Наконец, к. п. д. режущего инструмента — электронного луча — составляет около 90%.

Установки для обработки электронным лу­чом — это сложные устройства, основанные на до­стижениях современной электроники, электро­техники и автоматики. Основная их часть — электронная пушка, генерирую­щая пучок электронов. Электроны, вылетаю­щие с подогретого катода, остро фокусируются и ускоряются специальными электростатическими и магнитными устройствами. Точная фокуси­ровка позволяет достигать огромной концентрированности энергии электронов, так что на 1 мм² приходится мощность порядка 1,5•10⁷ вт. Обра­ботка ведется в высоком вакууме, поэтому установка снабжена вакуумной каме­рой и вакуумной системой.

Обрабатываемое изделие устанавливают на столе, который может двигаться по горизон­тали и вертикали. Луч, благодаря специаль­ному отклоняющему устройству, также может перемещаться на небольшие расстояния (по­рядка 3—5 мм). Когда отклоняющее устройство отключено и стол неподвижен, электронный луч может просверлить в изделии отверстия диаметром 5—10 мк. Если включить отклоняющее устрой­ство (оставив стол неподвижным), то луч, пере­мещаясь, будет действовать как фреза и сможет фрезеровать небольшие пазы различной конфи­гурации. Когда же нужно отфрезеровать более длинные пазы, то перемещают стол, оставляя луч неподвижным.

Интересна обработка материалов электрон­ным лучом с помощью так называемых масок. В установке на подвижном столике располагают маску. Тень от нее в уменьшенном масштабе проектируется формирующей линзой на деталь, и электронный луч обрабатывает поверхность, ограниченную контурами маски.

Контроль за ходом электронной обработки обычно ведется с помощью электронного микроскопа. Он позволяет точно уста­новить луч до начала обработки, например рез­ки по заданному контуру, и наблюдать за про­цессом. Электроннолучевые установки часто оснащаются программирующим уст­ройством, которое автоматически задает темп и последовательность операций.

• НОВЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛА 

• Ультразвук работает 
• Электроэрозионный метод 
• Электронно-лучевая обработка 
• Обработка токами высокой частоты