Реферат электронно лучевая обработка

Обновлено: 02.07.2024

Магнитоимпульсная обработка металлов (МИО) - это способ пластической деформации металлов и их сплавов, осуществляемый при прямом преобразовании электрической энергии в механическую непосредственно в самом обрабатываемом изделии. Деформация токопроводящих материалов происходит в результате взаимодействия импульсного магнитного поля, создаваемого внешним источником, с током, индуктируемым этим полем в обрабатываемой детали.

Для возбуждения импульсного магнитного поля используется токопроводящий элемент, который называется индуктором и может иметь разнообразную форму.

Рис.1. Магнитоимпульсная формообразование.

Проходящий по витку ток создает вокруг него магнитное поле. Если в это магнитное поле ввести проводящий контур (2), то в нем возникнут вихревые токи, величина которых пропорциональна скорости изменения магнитного потока. Взаимодействие вихревого тока в контуре с внешним магнитным полем витка приводит к появлению механических давлений за счет пондермоторных сил.

Для создания местной деформации между витком (1) и заготовкой (2) вводится металлический концентратор (3).

Давление, которое оказывает электромагнитное поле на заготовку, определяется соотношением:

где В - магнитная индукция поля в воздушном зазоре; ? - абсолютная магнитная проницаемость среды.

Давление на заготовку достигает значений 4•109 Н/м2 (при В=1 МГс).

Формирование изделий электромагнитным полем осуществляется на установках, имеющих принципиальную схему

Рис.2. Принципиальная схема установки: 1 - высоковольтный трансформатор; 2 - выпрямитель; 3 - зарядное сопротивление; 4 - конденсатор; 5 - разрядник; 6 - индуктор.

Одним из основных узлов установки является индуктор, от надежности которого зависит эффективность процесса. Так как при деформациях индуктор испытывает силовое воздействие, то его изготавливают из материала, с высоким пределом текучести и высокой температурой плавления, например меди, бериллиевой бронзы, стали, вольфрама. Динамическая прочность индуктора может быть повышена за счет увеличения массивности и улучшения межвитковой изоляции.

Режимы электромагнитной обработки выбирают исходя из коэффициента формуемости различных материалов, который определяется по формуле:

где ? - удельное электрическое сопротивление металла; ? - плотность металла.

К примеру для меди k=500000 Гс/м, для нержавеющих сталей k=3•107 ГС/м.

При обработке деталей изготовленных из металлов с большим сопротивлением, на них накладывают медную фольгу или наносят гальваническим способом медь.

Достоинства электромагнитной импульсной формовки:

1. Большие скорости обработки, позволяющие формовать детали из маловязких и твердых металлов, которые не поддаются пластической деформации при обычных скоростях;

2. Отсутствие механического соприкосновения между деталью и индуктором, что дает возможность штамповать металлы с нанесенными защитными покрытиями;

3. Относительная несложность;

4. Технологическая гибкость;

5. Лучшие условия труда по сравнению с условиями труда при других методах обработки деталей давлением и т.д.

1. Сравнительно низкий КПД из-за потерь на нагрев и рассеяние;

2. Сложность обработки деталей с отверстиями или пазами, мешающими прохождению тока;

3. Невысокая долговечность индукторов при работе в электрических полях высокой напряженности;

4. Сложность обработки заготовок больших толщин.

Метод магнитоимпульсной обработки используется для операций развальцовки тонкостенных металлических заготовок любых форм; опрессовки хрупких материалов; чеканки; соединения металлических деталей с неметаллическими; штамповки из металлического листа и т.д.

Электрогидравлическая обработка

Электрогидравлическая обработка материалов - это формообразование фасонных изделий из тонколистового материала с использованием направленных ударных волн высокой интенсивности, возникающих в жидкости при импульсном электрическом разряде.

Обработка заготовок происходит за счет возникновения высокого давления в зоне обработки в результате высоковольтного электрического разряда между погруженными в непроводящую жидкость электродами. За счет энергии импульсной ударной волны, распространяющейся вокруг канала разряда в рабочей среде, возникает давление до 300 Мн/м2. Основными факторами формообразования методом электрогидравлического разряда являются:

- сверхвысокие ударные гидравлические давления;

- мощные кавитационные процессы;

Электрогидравлическая обработка осуществляется по следующей схеме:

Рис.3. Принципиальная схема для электрогидравлической обработки, где РП - разрядный промежуток.

Для возбуждения разряда требуемой траектории используется различное расположение электродов, а также различные формы проволочек, закорачивающих межэлектродный промежуток.

Рис.4. Схема электрогидравлической штамповки детали.

Плазменная обработка

В технологии приборостроения, радиоаппаратостроения и металлообработки плазма применяется в виде узконаправленной горячей струи, способной расплавить и испарить практически все материалы: как материалы так и не материалы.

По конструкции плазматроны разделяются на сепараторы прямого и косвенного действия.

Рис.5. Устройство плазматрона: 1 - сопло; 2 - вольфрамовый электрод; 3 - ввод плазменного газа; 4 - изделие; 5 - канал для подачи присадочного порошка.

Для получения плазмы используются электролитический дуговой разряд, через который с помощью сопла продувается плазмообразующий газ (аргон, азот, воздух или их смесь). Питание плазматрона осуществляется от мощного электрического источника с напряжением 200-500 В и током 300-400 А. Необходима стабилизация дуги, чтобы горячая струя не замкнулась на сопло и не расплавила его, а также с целью некоторой фокусировки. Она осуществляется аксиальным потоком газа, либо суженными стенками охлаждаемого сопла.

Плазменная обработка используется в процессах, требующих высокотемпературного концентрированного нагрева: резка, прошивка отверстий, микро - и макросварка, нанесение покрытий, восстановление изношенных деталей, плавка.

Наплавка износостойких покрытий осуществляется с целью повышения эксплуатационных свойств детали.

Применяют порошкообразные материалы со специальными свойствами - высокой твердостью, повышенной износостойкостью, коррозионно - и термостойкостью (оксиды или карбиды бора, вольфрама). Детали получаются с дешевой сердцевиной из конструктивных материалов, а на ответственных участках создаются необходимые свойства. Значительно снижаются расходы дорогостоящих легирующих материалов. Толщина слоев может достигать нескольких мм. Технология: наносимый материал используется в виде пасты; происходит расплавление и сварка слоя наплавляемого материла с основным материалом. В этом случае применяются плазменные горелки косвенного действия.

Напыление. Напыляемый материл нагревается в плазматроне. Температура подложки в зависимости от цели напыления может быть различной. Формируются слои небольшой толщины - от нескольких мкм до одного мм. Для увеличения адгезии напыленного слоя стремятся повысить степень химического воздействия покрытия с подложкой за счет ее разогрева или введения промежуточных химически активных слоев.

Плазменная резка. Достоинства: обрабатываются любые металлы толщиной до 100-150 мм, меньшая ширина реза чем при газовой резке, лучшая поверхность, меньшая зона термических изменений. Скорость: 0,5-1,5 см/с в зависимости от толщины.

Для плазменной резки используются плазматроны прямого действия. Плазмообразующий газ - аргон, азот, водород или воздух. При микроплазменной резке ток 50-100 А, толщина резки до 8 мм, ширина реза до 1-го мм.

Лазерная обработка материалов

Общая характеристика процессов взаимодействия лазерного излучения с веществом

Лазерная обработка проводится с помощью остросфокусированного светового луча, излучаемого оптическим квантовым генератором (ОКГ). Излучение ОКГ является узконаправленным и монохроматичным. Угловая расходимость луча для рубина составляет 30?, для стекла с примесью ниодима - 10?.

Рис.6. Схема технологической лазерной установки.

Минимальный размер пятна d0, до которого может быть сфокусирован луч ОКГ, достигает значений 1 мкм.

Процесс взаимодействия лазерного излучения с обрабатываемым материалом можно разделить на следующие стадии:

- поглощение света с последующей передачей энергии тепловым колебаниям решетки твердого тела;

- нагрев материала без разрушения, включая и плавление;

- разрушение материала путем испарения и выброса его расплавленной части;

- остывание после окончания воздействия.

Процессы обработки материалов излучением ОКГ удобно рассматривать пользуясь графиком зависимости удельного выноса вещества ? от плотности поглощенного светового потока q.

Под удельным выносом веществу ? понимается масса удельного вещества, приходящаяся на единицу падающей энергии.

Рис.7. Зависимость выноса вещества от падающей энергии.

При малых плотностях светового потока материал лишь нагревается излучением. Приближение значения q к q0 приводит к образованию расплавленной зоны в месте локализации излучения на поверхности. Поэтому в области значений q=q0 целесообразно производить сварку материалов. По мере дальнейшего роста плотности светового потока начинается процесс разрушения материала сначала за счет испарения (при q0 109 Вт/см2 "испарительный" механизм разрушения сменяется "взрывным" и удельный вынос вещества уменьшается примерно в 5 раз.

Рассмотренная выше зависимость позволяет обосновать энергетические режимы лазерной обработки. В области потоков до q0 производится термическая обработка поверхности изделий, сопровождаемая локальным нагревом и плавлением. В области потоков от q1 до q3, сопровождаемых разрушением и выбросом расплавленной части материала, производится резка и сверление отверстий.

Для повышения точности и качества формируемых отверстий используется многоимпульсная обработка материала.

Она заключается в том, что отверстия получаются в результате воздействия серии коротких импульсов (0,1-0,2 мс), период следования которых значительно больше времени остывания материала. Положительный эффект при многоимпульсной обработке достигается за счет:

- повышении динамической прочности материала при укорочении времени термоудара;

- более равномерным по отношению к непрерывной обработке распределением остаточных напряжений по толщине материала.

При многоимпульсной обработке глубина отверстий достигает 1-5 мм и может быть в 25 раз больше диаметра.

Электронно-лучевая обработка

Электронно-лучевая обработка основана на использовании энергии потока направленных электронов для формирования поверхностей деталей путем нагрева, плавления и испарения материала в зоне обработки. Для обработки материалов электронным лучом используются специальные установки, в которых формируются мощные направленные пучки электронов. Принципиальная схема такой установки приведена на рис.8.3. Основными ее элементами являются катодный узел и системы фокусировки и перемещения луча (детали). Электронная пушка состоит из подогревного катода 1, фокусирующего электрода 14 и ускоряющего анода 2. Пучок электронов 3, испускаемых поверхностью нагретого катода 1, собирается в узкий луч фокусирующим электродом 14 и ускоряется разностью потенциалов между анодом 2 и катодом 1. Для сужения электронного пучка до необходимых размеров используются электростатические и электромагнитные линзы 4 и диафрагма 5. Пройдя через них, луч попадает на обрабатываемую деталь 10, укрепленную на рабочем столе 11. Обработка выполняется в камере 12, в которой создается глубокий вакуум (133•10-6 Па). Наблюдение за процессом обработки проводится с помощью оптической системы 8, окуляра 13, полупрозрачного зеркала 7 и подсветки 6.

В настоящее время существуют две основные системы управления лучом. В первой системе луч движется по поверхности обрабатываемой детали, и линия обработки совпадает с траекторией движения луча. Движение луча задается либо ЭВМ, которая управляет отклоняющей системой 9, либо светокопировальным устройством, которое состоит из фотошаблона, осветительной системы и фотоэлектронного усилителя (ФЭУ). Свет, проходя через фотошаблон, попадает на ФЭУ, усиливается в нем и в качестве управляющего сигнала поступает на отклоняющую систему. В некоторых случаях по заданной программе может двигаться рабочий стол. Во второй системе луч последовательно проходит всю поверхность детали по строчкам, а специальное устройство отпирает электронную пушку лишь в местах обработки.

Рис.8. Принципиальная схема установки формирования направленных пучков электронов.

При воздействии электронного луча на материал электроны проникают на некоторую глубину ?. Ее величина зависит от ускоряющего напряжения U и плотности материала ?:

При проникновении электронов в материал их энергия передается электронам и ядрам атомов. Большая часть кинетической энергии электронов переходит в тепловую энергию, оставшаяся часть превращается в электромагнитное излучение фотонов, рентгеновское, излучение и эмиссию вторичных электронов.

Технологические характеристики электронно-лучевой обработки (производительность, точность, шероховатость поверхности и т.п.) во многом определяются возможностями оборудования (табл.1), энергетическими параметрами электронного пучка, свойствами обрабатываемого материала.

Особый вид имеет унос материала, при чрезвычайно высокой удельной поглощаемой мощности. Нагрев материала происходит настолько быстро, что расплавившийся материал испаряется еще раньше того, как он может быть выброшен из зоны обработки. Такая ситуация имеет место, когда материал в расплавленном виде находится всего лишь в течение нескольких долей микросекунды. Эта форма уноса материала получила название квазисублимации. Так как материал испаряется практически полностью, а доля скрытой теплоты испарения в балансе энергии велика, такой род обработки требует очень высокого удельного расхода энергии.

При практически мгновенном локальном нагреве тепловое расширение, если материал весьма хрупок, может привести к образованию механических ударных волн. Последние вызывают в обрабатываемой области и вокруг нее механические напряжения. Если они превосходят прочностные характеристики материала, то в нем появляются трещины.

Таблица 1 – Тепловые эффекты

Тепловой эффект	Технологический эффект	Материалы
Фазовые превращения в твердом состоянии	Закалка	Стали, поддающиеся закалке
Сублимация	Унос материала (выполнение отверстий, пазов; гравирование; резка)	Алмаз, графит, кварцевое стекло
Разложение твердого материала летучие компоненты	То же	Целлюлоза (бумага), различные синтетические материалы, керамика
Разложение с образованием по крайней мере одной твердой компоненты	То же	Арсенид галлия, фосфид галлия
Плавление	Микросварка;

нанесение рисок оплавлением

Кремний, германий, керамика, ферриты

Чтобы указанные выше эффекты обработки было можно использовать в технологических целях, необходимы технические средства, обеспечивающие, проведение того или иного вида обработки при соблюдении заданных допусков и постоянстве воспроизводимости результатов.

Как упоминалось, результаты обработки существенным образом зависят от мощности, поглощаемой определенным элементом объема или подведенной к этому объему путем теплопроводности. Вследствие порогового характера таких явлений, как плавление, сублимация и им подобные, геометрия результатов обработки в основном определяется такой граничной поверхностью, в точках которой достигнутые температура или плотность энергии в точности равны необходимым для данного эффекта, так как для разных материалов тот или иной эффект требует различных удельных объемных расходов энергии, параметры электронных пушек необходимо выбирать так, чтобы они удовлетворили требованиям вполне конкретной задачи обработки. Это относится прежде всего к выбору тока пучка, ускоряющего напряжения, распределения удельной поверхностной мощности в.рабочей зоне, а в ряде случаев — к выбору апертуры пучка, оценки необходимости ее настройки, воспроизводимости настройки и управления ею во времени.

Чтобы избежать вредного влияния теплопроводности на результат обработки и на ее энергетический КПД, энергия, вводимая в обрабатываемый элемент, должна быть введена в него за время действия пучка tw.

Следовательно, пригодность того или иного материала для размерной электронно-лучевой обработки и требования к электронной пушке определяются в конечном счете теплофизическими свойствами материала: температурой его плавления, удельной теплоемкостью, теплопроводностью и плотностью. Механические свойства материала (твердость, вязкость и т. д.) в противоположность этому не оказывают на сам эффект обработки никакого влияния.

Из ограничений на продолжительность непрерывного воздействия пучка на заданную зону обработки вытекает возможность применения следующих технических вариантов обработки:

моноимпульсная обработка;
многоимпульсная обработка;
обработка с быстрым отклонением пучка.

В моноимпульсном варианте задача обработки решается в течение времени действия однократного импульса пучка. Длительность импульса t_t ограничена значениями xts или xtdf; импульс должен при этом передать материалу всю необходимую энергию. Для различных материалов получаем: 0,1 mkc ≤ ti ≤ 1 мс. В случае обработки с уносом материала вариант позволяет достичь глубины обработки, намного превышающей глубину проникновения электронов, так как при непрерывном выбросе материала пучок все глубже проникает в заготовку. Глубина канала зависит от рода материала и мощности, которую способна развить пушка, и может достичь нескольких миллиметров.

Если результат, достижимый при действий единственного импульса, не удовлетворяет каким-либо условиям задачи, например, в части глубины канала, то можно применить многоимпульсную обработку. При этом длительность пауз между импульсами t_p должна быть намного большей, чем xt,s или xt,d_F, т. е. иметь порядок 100 ti. Во время пауз зона обработки остывает приблизительно до температуры окружающей среды. Влияние факторов здесь проявляется в том, что по мере углубления канала его дна достигает все меньшая часть энергии импульса и в конце концов эта часть становится недостаточной для обеспечения эффекта обработки. Поэтому с увеличением числа импульсов глубина канала растет не линейно, а примерно логарифмически, стремясь при очень большом числе импульсов к некоторому пределу. На практике получали распространение каналы глубиной до 15 мм. Вследствие условия tp/ti~100 производительность многоимпульсной обработки соответственно меньше, чем моноимпульсной. Импульсные методы применяют по преимуществу для точечной обработки с уносом материала.

Ограничить длительность воздействия пучка на данную точку поверхности путем быстрого отклонения пучка можно только при выполнении линейных элементов структуры обработки. Скорость отклонения v_A необходимо выбирать так, чтобы время tw действия пучка на данную точку удовлетворяло условию.

Скорость отклонения в конечном счете также определяется температуропроводностью материала и диаметром пятна или глубиной проникновения электронов.

Помимо управления во времени подводом энергии к объекту необходимо управлять пучком и деталью
в пространстве, перемещая деталь относительно неподвижного пучка или пучок относительно неподвижной
детали. Эта необходимость возникает, прежде всего, тогда, когда в направлении, перпендикулярном оси
пучка, подлежащая обработке структура по своим размерам превышает диаметр фокусного пятна пучка.

Подбором функций отклонений можно получать почти 'любые очертания структур обработки. Большое число параметров, которыми можно задаваться (длительность импульсов, ток импульса, удельная поверхностная мощность, положение фокуса и т. д.), предоставляет широкую свободу варьирования факторов, влияющих на результаты- обработки, например на диаметр и профиль канала.

На основе изложенных выше материалов о поглощении мощности можно определять значения главных параметров обработки, удовлетворяющих условиям той или иной задачи. Однако так как часть взаимодействий при обработке не поддается контролю, для окончательной оптимизации техники и режимов обработки в большинстве случаев необходимы, кроме того, или детальные эксперименты, или накопление большого опыта работы.

1.4 Установки для размерной термической обработки

Для размерной термической обработки компактных тел применяют только такие устройства, которые создают осесимметричное распределение удельной поверхностной мощности по поперечному сечению пучка. Пушки содержат трехэлектродные генераторы пучков с высокой плотностью эмиссии. Катоды с малой поверхностью эмиссии выполняются из вольфрама или гексаборида лантана. Электронно-оптическая система состоит из одной или двух линз, ряда диафрагм для отсечения периферийных зон пучка, стигматора и отклоняющего узла, который расположен после линз. Развиваемые мощности составляют максимум 1 кВт в среднем и до 15 кВт в импульсе. Во времени пучком управляют с помощью управляющего электрода, а в устройствах малой мощности — и с помощью электростатических запирающих пластин.

Для решения простейших задач обработки с невысокими требованиями к параметрам пучка (в особенности к его удельной поверхностной мощности в пятне) используют пушку с плоским пучком и механическим делителем пучка, что позволяет одновременно обрабатывать несколько участков заготовки.

К пушкам и системам их питания предъявляются очень жесткие требования в части точности и воспроизводимости настройки режима и обеспечения минимальных погрешностей отклонения пучка

Для управления пучком во времени и пространстве применяют специализированные электронные функциональные генераторы и точечные световые зонды; для той же цели во все возрастающей мере используют устройства цифрового программного управления с цифро-аналоговыми преобразователями, формирующими сигналы управления отклоняющей системой.

В установках большой мощности относительное перемещение пучка и заготовки реализуют, согласовывая отклонения пучка и перемещения заготовки друг с другом, так что обработку можно вести и при перемещающейся заготовке. Такое совмещение позволяет производительно использовать время перемещения заготовки и снять ограничения, накладываемые на скорость перемещения инерционностью механизма.

1.5 Нетермическая обработка

1.5.1 Задачи обработки

При бомбардировке органических или неорганических веществ электронным пучком химические или физические взаимодействия пучка с веществом могут вызвать в последнем изменения состава или структуры. Связанные с этими изменениями эффекты можно использовать для того, чтобы получать явные или скрытые структуры на поверхности заготовки.

Если электронные пучки воздействуют на хорошо электроизолированные материалы, то в зоне обработки остается локализованный перенесенный заряд. Это позволяет получать зарядовые локальные структуры, которые в ряде случаев с помощью соответствующей последующей обработки можно превратить в явные.

Этот способ, применяемый главным образом в микроэлектронике и в технике записи и накопления информации, представляет особый интерес для реализации субмикроскопических структур, получить которые традиционными способами, например фотолитографией, невозможно.

1.5.2 Нетермические воздействия электронного пучка

По используемым воздействиям электронного пучка на вещество нетермические эффекты обработки можно разделить на следующие три группы:

перенос энергии (химические электронно-лучевые эффекты);
передача импульса (эффекты столкновений);

3)перенос заряда (эффекты, порожденные электростатическими полями или, силами).

Для нетермической обработки типично то, что целевой технологический эффект зачастую достигается только в сочетании электронно-лучевого процесса с процессами последующей обработки, т. е. проявления.

1.5.3 Химические электронно-лучевые эффекты

Ионизация и возбуждение, связанные с поглощением энергии пучка, могут вызвать электронно-лучевые химические реакции в органических соединениях. В результате этих реакций в веществе происходят стехиометрические или структурные изменения, которые приводят к соответствующим изменениям его химических и физических свойств. Характер этих изменений существенным образам зависит от молекулярного строения соединения и от переданной ему энергии. В тех случаях, которые представляют интерес для микрообработки, т. е. в случаях твердых веществ или адсорбированных слоев, молекулярная подвижность настолько мала, что химические изменения оказываются локализованными в той области, в которой происходит преобразование энергии. Поэтому и здесь результат обработки в основном определяется пространственным распределением плотности поглощаемой энергии, и такие параметры электронного пучка, как распределение удельной поверхностной мощности, энергия электронов, а также продолжительность воздействия пучка, влияют на результат обработки именно в той мере, в какой они определяют плотность поглощаемой энергии.

Электронно-лучевая обработка материалов, Лазерная обработка материалов, Лазерная резка, Ионно-лучевая обработка материалов, Ионно-лучевые методы осаждения покрытий и ионная литография.

Артамонов Б.А. и др. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов (в 2-х т.) Том 1

формат djvu
размер 7.31 МБ
добавлен 09 октября 2009 г.

Учеб. пособие (в 2-х томах). Обработка материалов с применением инструмента/ Под ред. В. П. Смоленцева. – М.: Высш. шк. , 1983. –247 с. В томе I рассмотрены методы электроэрозионной, размерной электрохимической и ультразвуковой обработки материалов. По каждому методу даны теоретические основы, описание технологических схем, оборудования, а также планы построения типовых технологических процессов. Для студентов технологических специальностей машин.

Артамонов Б.А. и др. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов (в 2-х т.) Том 2

формат djvu
размер 5.98 МБ
добавлен 09 октября 2009 г.

Учеб. пособие (в 2-х томах). Обработка материалов с применением инструмента/ Под ред. В. П. Смоленцева. – М.: Высш. шк. , 1983. –208 с. В томе II описаны электронно-лучевой, плазменный, электровзрывной и комбинированные методы обработки, а также магнитоимпульсное формообразование. Для этих методов, получивших распространение в последние десятилетия, даны физические основы, технологические возможности, описаны основные виды оборудования. Для студе.

Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки

формат djvu
размер 15.27 МБ
добавлен 31 марта 2010 г.

М.: изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. - 664 с. Рассмотрены теоретические основы лазерной обработки и обобщены аналитические и численные методы анализа физических процессов при воздействии лазерного излучения на различные материалы. Представлены технологии лазерной термической и химико-термической обработки, легирования, оплавления, наплавки, сварки, резки и других высокоэффективных процессов лазерной обработки. Изложены особенности лазерных т.

Коваленко В.С. Электрофизические и электрохимические методы обработки материалов

формат djvu
размер 2.8 МБ
добавлен 29 июня 2009 г.

Учебное пособие. Киев, издательское обьединение "Вища школа", 1975, 236 с. Редакция литературы по машиностроению и приборостроению Зав. редакцией О. А. Добровольский. В книге в обобщенном и систематизированном виде приведены основние сведения о современных электрофизических и электрохимических методы обработки материалов. Показаны области применения новых методов обработки материалов, описаны режимы и оборудование для их реализации, типовые те.

Лекции - Основы электрофизических и электрохимических методов обработки

формат doc
размер 12.61 МБ
добавлен 25 апреля 2011 г.

118 стр. Электрохимическая размерная обработка Электроэрозионная обработка Лазеры и их применение Физика и применение плазменной обработки материалов Электронно-лучевая обработка материалов Электрохимическое полирование Комбинированные методы обработки

Лекции - Электрофизические и электрохимические способы обработки материалов

формат doc
размер 4.66 МБ
добавлен 03 февраля 2009 г.

Введение. Историческая справка. Классификация физикохимических методов обработки металлов. Электроэрозионная обработка металлов. Размерная электрохимическая обработка. Ультразвуковая обработка материалов. Электроннолучевая обработка материалов. Светолучевая обработка материалов. Плазменнаяобработка. Электровзрывна обработка формообразование. Магнитно-абразивная обработка. Комбинированные методы обработки материалов.

Немилов Е.Ф. Электроэрозионная обработка материалов

формат djvu
размер 2.72 МБ
добавлен 22 мая 2009 г.

Учебник для ПТУ. - Л.: Машиностроение, 1983. - 160 с. ил. Методы и способы получения деталей электроэрозионной обработкой. Принцип работы станков. Типовые операции электроэрозионной обработки. Технологический процесс электроэрозионной обработки типовых деталей.

Реферат - Ультразвуковая обработка

формат doc
размер 223.18 КБ
добавлен 20 декабря 2008 г.

Общие сведения; Операции и технологические характеристики ультразвуковой размерной обработки материалов; Технология ультразвуковой обработки твёрдых и хрупких материалов; Точность ультразвуковой обработки; Точность изготовления сквозных отверстий; Точность изготовления глухих отверстий; Ультразвуковая механическая обработка резанием; Общая характеристика механической колебательной системы; Технология ультразвуковой сварки; Особенности технологии.

Реферат-Светолучевая обработка металлов

формат doc
размер 120.38 КБ
добавлен 11 января 2010 г.

Некоторые вопросы теории лазерной обработки. Обработка материалов лазерным лучом: Лазерная сварка. Термообработка. Лазерная резка. Получение отверстий. Примеры оборудования для лазерной обработки материалов: Автоматизированный технологический комплекс М-36М для лазерной резки листового материала, Автоматизированный лазерный технологический комплекс М-25С ВГТУ,151001 Технология машиностроения, I курс, Введение в специальность, 16 листов

Черезова Л.А. Ионно-лучевые методы в оптической технологии

формат pdf
размер 6.1 МБ
добавлен 11 августа 2011 г.

СПб: СПб ГУ ИТМО, 2007. - 151 с. Учебное пособие по курсу ''Ионно-лучевые методы в оптической технологии'' содержит теоретический и экспериментальный материал по взаимодействию ионных пучков с поверхностью оптических материалов. В пособии рассмотрены основные технологические процессы с использованием ионной обработки, даны практические рекомендации по получению высокоточных оптических элементов различного назначения. Пособие позволит углубить зна.

Развитие народного хозяйства нашей страны требует широкого внедрения в промышленность новых эффективных технологических процессов, основанных на достижениях современной науки и техники.
Одним из направлений, существенно расширяющих технологические возможности процесса обработки материалов, является использование концентрированных потоков энергии (струи плазмы, лазерного, электронного, ионного лучей и др.).

Содержание

ВВЕДЕНИЕ____________________________________________
Развитие электронно-лучевой технологии___________________
Технология электронно-лучевой обработки материалов_______
Испарение материалов___________________________________
Электронно-лучевая плавка металлов_______________________
Электронно-лучевая сварка_______________________________
Особенности образования отверстий при электронно-лучевой обработке______________________________________________
Заключение____________________________________________
Список литературы______________________________________

Прикрепленные файлы: 1 файл

4.docx

Развитие электронно-лучевой технологии___________________

Технология электронно-лучевой обработки материалов_______

Испарение материалов____________________ _______________

Электронно-лучевая плавка металлов______________________ _

Электронно-лучевая сварка________________________ _______

Особенности образования отверстий при электронно-лучевой обработке_____________________ _________________________

Список литературы____________________ __________________

Одним из направлений, существенно расширяющих технологические возможности процесса обработки материалов, является использование концентрированных потоков энергии (струи плазмы, лазерного, электронного, ионного лучей и др.).

Электронно-лучевая обработка является одним из разделов этого, успешно развивающегося, перспективного направления.

Широкие возможности автоматизации электронно-лучевой обработки материалов, ведение процесса в вакууме, что обеспечивает высокую чистоту обрабатываемого материала, концентрация энергии в электронном луче до значений, недоступных ранее известным источникам, — все это способствовало внедрению электронно-лучевой обработки как в отрасли, связанные с точным производством (приборостроение, электроника и др.), так и в отрасли, производящие крупногабаритные изделия (например, тяжелое машиностроение).

С помощью электронного луча выполняют такие технологические операции как фрезерование, сверление, термообработка, плавка, сварка, пайка и др.

В разработке теоретических основ процесса воздействия электронного луча на материалы и в практических применениях этого процесса достигнуты значительные успехи.

Установлено, что непрерывное электронно-лучевое воздействие на материал переходит в зоне обработки в прерывистое. Учитывая эти особенности процесса, можно использовать как непрерывные, так и импульсные режимы воздействия, что существенно повышает эффективность обработки и расширяет технологические возможности электронных пучков.

Развитие электронно-лучевой технологии.

После открытия электрона и измерения отношения его заряда к массе началось широкое изучение свойств электронных потоков, их получения и взаимодействия с электрическими и магнитными полями. Электронный микроскоп был создан трудами ряда ученых, в том числе Н. Руска, М. фон Арденна (Германия), В. К. Зворыкина (США) в 20-30-х гг. ХХ в. В нем применялись электронные пушки небольшой мощности с малыми токами и большими разгоняющими напряжениями. Тогда же были разработаны электростатические и магнитные системы управления электронным лучом.

Идея создания установки электронно-лучевого нагрева появилась еще в начале XX в., и в 1905 г. М. фон Пирани получил патент Германии на использование электронного луча как источника нагрева. Однако для технологического использования требовались более мощные электронные пушки, создание которых связано с различными конструктивными трудностями, а также были необходимы исследования взаимодействия электронного луча и материала обрабатываемого изделия.

Первые электронно-лучевые установки (ЭЛУ) для плавки ниобия и тантала были созданы в 1950-х гг. С 1960 г. ЭЛУ стали использоваться для нанесения покрытий, а затем и для обработки поверхности и размерной обработки, с 1970 г. - для нетермической микрообработки и химической обработки полимеров.Принципы создания электронной пушки для плавки или сварки были разработаны только в 1940 г. (Дж. Р. Пирц, США).

В СССР в конце 50-х гг. ХХ в. работы по ЭЛУ начали вести несколько организаций: кафедра ЭТУ МЭИ (М. Я. Смелянский, Л. Г. Ткачев), ВЭИ (В. И. Переводчиков), ВНИИЭТО (В. А. Хотин), Институт электросварки (ИЭС) им. Е. О. Патона АН УССР (Б. А. Мовчан), Всесоюзный институт легких сплавов - ВИЛС (А. Ф. Белов, И. А. Кононов), Государственный институт редких металлов - Гиредмет, Всесоюзный институт авиационных моторов - ВИАМ и др.

В МЭИ в 1959 г. был создан стенд с пушкой мощностью до 60 кВт, а позднее ЭЛУ мощностью 500 кВт. В 1961 г. в ВНИИЭТО изготовлена первая электронно-лучевая печь-стенд мощностью 200 кВт. Плосколучевые пушки мощностью 20-300 кВт при ускоряющем напряжении 15-20 кВ созданы ИЭС. Серию промышленных электронных пушек на мощности 60-500 кВт разработал ВЭИ.

Технология электронно-лучевой обработки конструкционных материалов.

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

1 — генератор импульсов; 2 — импульсный трансформатор; 3 — источник напряжения возбуждения и накала; 4 — катод; б — источник высокого напряжения; в — электромагнитная юстировка; 7 — диафрагма; в — корректор изображения;

о — магнитная линза; 10 — источник питания линзы; 11 — контрольный контур; 12 — катодный осциллоскоп; 1д — обрабатываемая деталь; 14 — рабочий стол

Установка для электронно-лучевой обработки (рис. XI.11) 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. (1,33 -10“2 Па), контрольной системы, управляющей электронным лучом и его траекторией, высоковольтного источника энергии, приборов для контроля и наблюдения за ходом процесса. Для уменьшения энергии, рассеиваемой в материале детали, применяется импульсный режим работы. При стационарном режиме энергия пучка рассеивается практически одинаково во всех направлениях (рис. XI.12, а), а в импульсном режиме эта энергия концентрируется (рис. XI.12, б).

Рис. XI.12. Схема распространения тепловых потоков при стационарном (а) и импульсном (б) режимах электронно-лучевой обработки

Для уменьшения энергии, рассеиваемой в материале детали, применяется импульсный режим работы. При стационарном режиме энергия пучка рассеивается практически одинаково во всех направлениях (рис. XI.12, а), а в импульсном режиме эта энергия концентрируется (рис. XI.12, б). Паузы между импульсами выбирают такими, чтобы потери энергии на рассеивание были небольшими. Импульсный режим позволяет регулировать энергию нагрева и управлять скоростью съема металла. В существующих установках длительность импульса изменяется от 1СГ2 до 10~6 с, а частота повторения — от 50 до 5000 Гц. Электронно-лучевым методом можно обрабатывать как электропроводящие, так и не электропроводящие материалы с любыми механическими свойствами. Однако предпочтительнее обработка деталей 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.

Рис. XI. 13. Фильеры из нержавеющей стали (толщиной 0,5 мм; для изготовления синтетического волокна

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 другому образованию при возникновении встречного потока ионов при испарении обрабатываемого материала ,необходимость защиты обслуживающего персонала от жесткого рентгеновского излучения.

Испарение (точнее, испарительное осаждение) в вакууме является важным способом получения тонких пленок.

Использование электронных пучков в процессах, связанных с испарением материалов, обусловлено особенностями распределения потоков энергии при нагреве этого материала. При электронно-лучевом испарении испаряемая поверхность непосредственно нагревается бомбардирующими ее электронами. Такой способ подвода энергии дает электронно-лучевому испарению ряд преимуществ по сравнению с традиционными.

Другим стимулом внедрения электронно-лучевого испарения является возможность, управляя электронным пучком во времени и пространстве, управлять тем самым и потоком энергии в испаряемое вещество и воздействовать на скорость испарения и распределение плотности потоков пара.

Испарительное осаждение - это процесс вакуумного нанесения покрытий, при котором между испарителем и подложкой создается направленный поток пара.

Принцип электронно-лучевого испарения пояснен на рис. 2.1.

Рис. 2.1 - Принцип электронно-лучевого испарения материалов: 1 - электронная пушка; 2 - электронный пучок; 3 - поверхность, бомбардируемая пучком; 4 - кожух технологической камеры; 5 - водоохлаждаемый тигель; 6 - испаряемый материал; 7 - расплавленная часть материала; 8 - поверхность испарения; 9 - откачка вакуума; 10 - диафрагма испарителя; 11 -поток пара; 12 - напыляемый слой; 13 - подложка; 14 - подогреватель подложки

В основных чертах установка для электронно-лучевого испарения состоит из технологической камеры с системой откачки, тигля с испаряемым материалом, электронной пушки, заслонки для пара и подложки с приспособлениями для её крепления, а иногда – нагрева.

Для того чтобы электронный пучок в поток пара распространялись в технологической камере беспрепятственно, давление в ней должно поддерживаться достаточно малым.

Нанесение покрытий из сплавов требует обеспечение одинакового соотношения компонентов сплава как по всей поверхности подложки, так и по толщине слоя. Слои из сплавов напыляют двумя методами: многотигельного испарения или однотигельного испарения.

При многотигельном испарении компоненты испаряются порознь, каждый из своего тигля, а конденсируются на подложке совместно. При однотигельном испарении поток пара создается и конденсируется, имея тот состав, который требуется для покрытия. Вариантом однотигельного испарения является процесс, аналогичный фракционной возгонке, когда из тигля с большим количеством расплавленного вещества его испаряют покомпонентно, изменяя мощность подогрева по определенному графику.

Испарение соединений сопровождается частичной или полной их диссоциацией, и получить из таких соединений простым испарением тонкие пленки заданного состава невозможно. Однако для ряда соединений. таких, как хлориды, сульфиды, селениды, теллуриды, а также полимеры, благодаря малой степени диссоциации или вследствие рекомбинации компонентов при конденсации, возможность теоретического напыления все же существует.

Промышленное применение электронно-лучевого испарения, благодаря его преимуществам, существенно потеснило традиционные способы испарения и открыло новые возможности.

Электронно-лучевая плавка металлов

Рис. 2.2 - Принцип электронно-лучевого переплава: 1 - электронная пушка; 2 - электронный пучок, направляемый на расплавляемый штабик 5 и ванну расплавленного металла 7; 3 - откачка вакуума; 4 - плавильная камера; 6 - капли переплавляемого металла; 8 - выплавляемый слиток; 9 - водоохлахдаемый кристаллизатор; 10 - устройство вытяжки слитка; 11 - смотровые окна

Электронно-лучевая плавка является весьма удобным способом получения слитков тугоплавких и химически высокоактивных металлов. Здесь используются такие особенности электронно-лучевой плавки, как высокая удельная поверхностная мощность в рабочем пятне пучка и наличие вакуума, препятствующего поглощению газов в ходе плавки. Областью применения электронно-лучевого переплава является производство особо чистых сталей и выплавка слитков и фасонных отливок из химически активных и тугоплавких металлов.

Процесс плавки изображен на рис. 2.2, где показано взаимное расположение электронной пушки, переплавляемой заготовки и кристаллизатора. Часть модности пучка расходуется для нагрева переплавляемого металла на торце заготовки до температуры плавления. Расплавляясь, материал в виде капель перетекает в ванну расплава в кристаллизаторе. Скорость плавки пропорциональна мощности пучка, приходящейся на расплавляемую заготовку. Другая часть мощности пучка подводятся в кристаллизатор. Она должна быть достаточной для того, чтобы материал в ванне находился в расплавленном состоянии вплоть до стенки кристаллизатора. Это дает возможность получать слитки с гладкой боковой поверхностью. Если кроме формирования такого слитка требуется проводить еще и рафинирование расплава, то мощность, подводимую в кристаллизатор, следует увеличить.

Электронно-лучевая плавка может сочетаться с литьем. Для этого необходимым элементом является литейный тигель, в котором материал расплавляют и поддерживают жидким в достаточном количестве. Литейный тигель может быть футерованным или медным водоохлаждаемым. Керамическая футеровка тиглей и изложниц допустима только тогда, когда реакции материала футеровки с расплавом не происходят или когда они не наносят вреда качеству продукта.

Перспективы развития электронно-лучевой плавки обусловлены потребностями ядерной, аэрокосмической техники, электроники и химической технологии в особо чистых материалах, сохраняющих прочностные свойства при высоких температурах или обладающих высокой химической стойкостью.

В настоящее время в мире насчитывается несколько сотен электронно-лучевых плавильных установок, работающих в промышленности.

Электронно-лучевая плавка занимает прочные позиции в производстве слитков из ниобия и тантала. В металлургии титана и других высокоактивных и тугоплавких металлов, а также кремния, повышается значение электронно-лучевой плавки как способа переработки возвратных отходов производства.

Читайте также: