Проектирование автоматизированнь1х станков и комплексов (831033), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Система содержит две пары отклоняющих катушек, обеспечивающихперемещение луча по двум взаимно перпендикулярным направлениям.В рабочем пространстве электронной пушки необходим высокий вакуум,чтобы молекулы остаточных газов не препятствовали свободному прохожде3нию электронов, поэтому давление в камере не превышает 10-•••10-4 Па.Электронная пушка выполнена в виде функционального блока, который илинеподвижно прикреплен к рабочей камере5,или перемещается внутри нее спомощью специальных механизмов.Обрабатываемую заготовку6 помещают в рабочуюкамеру5силлюминатором. Для откачки пространства пушки используют систему насосов7.Процесс выхода термоэлектронов с поверхности катода при его нагревеназывается термоэлектронной эмиссией. Для получения оптимальных плотностей тока на катоде (О,1 ...
1,5)· 10-4 А/м необходимо иметь температуру2400 .. .2700 К. Сила тока эмиссии обычно находится в пределах 10-6 ... 10- 5 А.2Тип системы определяется значением ускоряющего напряжения и зависитот назначения процесса. Так, низковольтные системы (И =15 ... 30кВ) наиболее просты по конструкции и применяют их в основном для операций, связанных с плавлением и сваркой различных материалов; системы с промежуточным ускоряющим напряжением (И =глубинепроплавления= 100... 200 кВ)присварке;50 ...
80 кВ) используют при большойвысоковольтные системы (И =априменяют при прецизионной размерной обработке и микросварке.Мощность электронно-лучевых установок составляет0,5 ... 100 кВт.Одной из главных характеристик электронно-лучевого процесса являетсяудельная мощность луча в зоне его воздействия на заготовку:Ро =P/S,где Р -мощность потока электронного пучка;S-площадь сечения луча наповерхности заготовки.Максимальное значение Р0 = 10132Вт/м обеспечивает размерную обработку за счет локального испарения материала заготовки в месте воздействиялуча. Плавку и сварку проводят при меньших значениях Р0 , составляющихсоответственно 1О7 ... 108 Вт/м2 и 109 ...
1О 12 Вт/м2 • Значения ускоряющегонапряжения И и диаметра пучка d в зоне обработки для различных процессовприведены ниже:И, кВТерJМИЧеская обработка .......................... .ЭлектрохиJМИЧеская обработка .............. .Плавка...................................................... .Испарение................................................ .Сварка ...................................................... .Размерная обработка .............................. .20 ...
15020 .. . 500015 .. .4010 .. .4015 ... 18020 .. .250d, мм0,001 .. . 110 .. . 30010 .. . 503 .. . 300,1... 50,01 .. . 102687. Оборудование, применяемое при специШLьных методах обработкиВ основе размерной электронно-лучевой обработки лежит съем металла,осуществляемый в результате его испарения и взрывного вскипания.Главные достоинства электронно-лучевой обработки следующие: возможность путем фокусировки луча плавно регулировать удельную энергию взоне нагрева, большая мощность (от десятков ватт до мегаватт) в зоне обработки, сравнительно простая схема управления положением луча, возможность получения малоразмерной зоны воздействия луча на материал.Основные недостатки-необходимость обеспечения высокого вакуума исложность изготовления и эксплуатации оборудования.Основные методы электронно-лучевой обработки следующие.Локальный переплав дает возможность получать чрезвычайно высокиескорости кристаллизации металла в зоне плавления и обеспечивает мелкодисперсную структуру с повышенной пластичностью и твердостью.
Болеепластичная основа структуры повышает износостойкость поверхности.Электрон.но-лучевая плавка в вакууме обеспечивает интенсивное удаление растворенных в металле газов, что значительно улучшает их механические свойства. Некоторые из вредных примесей (нитриды, карбиды, оксиды)при нагревании в вакууме разлагаются. При этом происходит рафинированиепереплавляемого металла. Практически все тугоплавкие и химически активные металлы переплавляются в электронно-лучевых печах.Электрон.но-лучевая сварка является одним из самых распространенныхприменений электронного луча. Благодаря глубокому проплавлению обеспечивается узкий и глубокий шов, часто называемый кинжальным.
Кинжальноепроплавление позволяет за один проход сваривать без разделки кромок заготовки толщиной до100мм, а наличие вакуума обеспечивает более высокиепоказатели свойств сварного шва. Это позволяет сваривать конструкции извольфрама, молибдена, титана, циркония, тантала.Малые размеры фокусного пятна определили применение электронноголуча в микросварке для соединения элементов микросхем.Размерная обработка электронным лучом обеспечивает получение глухих и сквозных отверстий, а также заданный контур детали.
Она основана наиспользовании луча большой удельной мощности, обеспечивающего полноеудаление металла в виде паров и расплава из зоны обработки. Для исключения оплавления краев контура используют либо импульсный режим, либоорганизуют режим со строго заданной скоростью перемещения луча по поверхности заготовки.Режимы обработки связаны с теплофизическими характеристиками материала (температурой плавления, теплоемкостью, удельной теплотой испарения) и не зависят от его механических свойств.
В связи с этим электронныйлуч применяют для размерной обработки твердых материалов-алмазов,кварца, керамики, кристаллов кремния и германия.Образование полостей обычно ведут в многоимпульсном режиме с временем импульса tm.ш = 10- 7 ••• 1о-з с и скважностью q = 100 ... 200.
Как правило,глубина прошивания или прорезания составляет не более15 ... 20 мм.7.3.269Оборудование для электронно-лучевой обработкиСфокусированный электронный луч может иметь диаметр менеечто обеспечивает ширину реза5 ... 1О1мкм,мкм. Это определило применение его вмикроэлектронике для изготовления микросхем, масок и трафаретов.Разновидностью электронно-лучевой обработки является перфорацияразличных материалов.
Этим способом изготовляют металлические и керамические элементы фильтров, пористый материал для охлаждения камер сгорания. Производительность перфорации достигает 10 отверстий в секунду,5погрешность размеров не превышает5 мкм,а шероховатостьRz = 2,5мкм.Каждое отдельное отверстие изготовляют перемещением луча, а переходот отверстия к отверстию осуществляют движением стола. В микроэлектронике распространена электронно-лучевая резка полупроводниковых материалов и ферритов на малоразмерные элементы и прошивание в них отверстий.Электрон,1-ю-лучевая установка содержит механический комплекс, предназначенный для операций перемещения (позиционирования) и энергетический комплекс, содержащий аппаратуру для формирования потока электронов и управления им. В состав комплекса входит вакуумная камера, системаперемещения заготовки, система наблюдения за ходом протекания процесса,система защиты оператора от рентгеновского излучения и ряд вспомогательных устройств и механизмов.При обработке длинномерных изделий применяют установки проходноготипа, содержащие вакуумные шлюзы для входа и выхода заготовки.
Для обработки поверхности, не помещающейся в рабочей камере, используют камеру, выполненную в виде двойных сильфонных стенок, из пространства междукоторыми постоянно откачивается воздух.Вакуумная система содержит форвакуумный насос для откачки вакуумной камеры до давления 1О ... 1 Па, пароструйный бустерный насос - для от12качки ДО давления 10- ... 10- Па и диффузионный насос - для откачки ДОдавления 10-2 .•• 1о-8 Па.Системы позиционирования обеспечиваютщений с погрешностью позиционирования5-6 видов различных переме1 ..
.5 мкм. Для визуализации процесса используются смотровые окна, оптические и телевизионные системы.Энергетический комплекс содержит электронную пушку с блоком питания и управления лучом. Система для разгона электронов, состоящая из катода и анода, называется прожектором . Наибольшее распространение получилтрехэлектродный прожектор, который имеет управляющий электрод, позволяющий подобно сетке в электронной лампе управлять силой тока пучка. Приработе в импульсном режиме на этот электрод подается запирающее напряжение, вследствие чего его называют модулятором.Блок питания служит для подачи высокого напряжения на электроды иуправления электронным пучком. Важным требованием к блоку питания являетсявысокая стабильностьнапряжения питания набаться более чемется на0,5 %.ускоряющегонапряжения:приизменении5 ...
1О % ускоряющее напряжение не должно колена 0,5 ... 1 %, при этом сила тока электронного луча изменя2707. Оборудование, применяемое при специШLьных методах обработкиПоддержание заданного ускоряющего напряжения осуществляют сведением к минимуму разницы напряжений на электродах с заданным значениемпутем регулирования сопротивления магнитного усилителя источника питания. В блоке стабилизации силы тока используется схема сравнения сигналови производится управление запирающим потенциалом на управляющем электроде пушки. Для плавного погашения электронного луча предусмотрен блокплавного вывода тока луча, который автоматически по заданному законуснижает его.
Блок питания отклоняющих и фокусирующих систем по заданной программе изменяет силу тока в катушках этих систем, обеспечивая перемещение светового пятна по требуемой траектории.7.4. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИОбычный полихроматический свет, излучаемый нагретыми телами, состоит из волн различной длины. Поэтому размер сфокусированного световогопятна достигаетсотен итысяч микрометров,чтовесьма ограничиваетплотность излучения и его применение в технологических задачах.Монохроматическое излучение имеет постоянную частоту и длину волны.Поэтому теоретически достижимый диаметр луча составляет0,4 .. . 1мкм.Монохроматичность обеспечивается воздействием внешнего электромагнитного поля путем генерации вынужденного (индуцированного) излучения.При этом необходимо обеспечить резонанс-совпадение частоты испускаемого света с одним из энергетических уровней спектра атома-и активноесостояние вещества, или состояние с инверсной (обращенной) населенностью, при котором населенность (число атомов, находящихся на одном изэнергетических уровней) верхних энергетических уровней больше, чем нижних.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
