Témata
Reklama

Nekonvenční metody obrábění - 6. díl

Další díl seriálu, který je připravován ve spolupráci s Výzkumným centrem pro strojírenskou výrobní techniku a technologii, se zabývá metodami obrábění elektronovým paprskem.

6 Obrábění paprskem elektronů

Obrábění elektronovým paprskem je založeno na využití kinetické energie proudu urychlených elektronů.

Reklama
Reklama
Reklama
Obr. 6.1. Princip metody obrábění elektronovým paprskem: a) vnik elektronů do materiálu, b) erupční odpařování materiálu, c) opětný vnik elektronů do materiálu 1 – elektronový paprsek, 2 – páry odpařeného kovu

6.1 Princip metody

V místě dopadu paprsku elektronů se jejich kinetická energie mění v energii tepelnou. Materiál obrobku se taví a následně odpařuje. Paprsek vniká do materiálu do určité hloubky, kde se pohyb elektronů zastaví. Vzniklá tepelná energie koncentrovaná pod povrchem způsobuje erupční odpařování materiálu. Částečky vypařujícího se materiálu se pohybují značnou rychlostí z otvoru. Vzniklé páry odpařeného materiálu jsou zionizovány a způsobí nové zaostření paprsku v pracovním místě. Opakováním tohoto procesu dojde k úběru materiálu.

Pracovní režim může být:

  • pulzní – používá se nejčastěji při aplikacích vrtání elektronovým paprskem. Odpařování materiálu probíhá v podobě postupných erupcí, přičemž se dosáhne přesného opracování materiálu (doba pulzu je od 2 µs do 0,01 s, při frekvenci pulzů 500 až 10 000 Hz);
  • kontinuální (nepřetržitý) – odpařování materiálu probíhá plynule.
  • termické procesy – svařování, pájení, vrtání dlouhých děr malých průměrů, řezání a tepelné zpracování materiálů;
  • netermické procesy – elektronový paprsek slouží k vyvolání chemické reakce. Týká se především oblasti litografických technologií, které se používají v elektrotechnice při výrobě čipů. Je možné vytvořit na čipu až 200 000 strukturálních detailů, čehož nelze jinými technologiemi dosáhnout.
Obr. 6.2. Schéma zařízení pro obrábění paprskem elektronů: 1 – wolframový drát, 2 – elektronové dělo, 3 – izolátor, 4 – elektronový paprsek, 5 – elektromagnetické čočky, 6 – průzor, 7 – obrobek, 8 – pracovní stůl, 9 – elektrostatické vychylování elektronového paprsku, 10 – vývěvy, 11 – napájecí zdroj

6.2 Zařízení pro obrábění materiálů paprskem elektronů

Zařízení je tvořeno těmito hlavními skupinami (obr. 6.2):

  • elektronové dělo (2) – slouží ke generaci, urychlení a zaostření svazku elektronů. Je tvořeno žhavenou wolframovou katodou a anodou. Elektrony uvolněné z katody jsou anodou urychleny na rychlost rovnající se asi dvěma třetinám rychlosti světla;
  • takto vzniklý elektronový paprsek je pomocí elektromagnetického zaostřovacího systému – elektromagnetické čočky (5) – zaostřován na velmi malou plochu, čímž se dosáhne vysoké plošné hustoty energie (asi 108 W.cm-2). Aby bylo dosaženo vysoké účinnosti využití energie elektronů (až 95 %), probíhá pracovní cyklus většinou ve vakuu;
  • systém pro vychylování paprsku (9) – pracuje na elektromagnetickém principu;
  • napájecí zdroj (11) – může být nízkonapěťový (do 60 kV) s výkonem záření 3 až 10 kW nebo vysokonapěťový (do 150 kV) s výkonem záření 8 až 100 kW;
  • pracovní komora – mívá objem 0,03 až 17 m3. V zařízeních, u nichž probíhá pracovní cyklus ve vakuu, je součástí pracovní komory systém vakuových pump, který umožňuje vytvořit v pracovní komoře vakuum až 10-3Pa.
  • číslicový řídicí systém – je navržen podobně jako u obráběcích strojů s tím rozdílem, že je zde řízen také výstupní výkon elektronového děla, šířka elektronového paprsku, jeho zaostření a vychylování. Do výchozí pracovní polohy může být elektronový paprsek naváděn ručně pomocí televizní obrazovky nebo automaticky číslicovým řídicím systémem.
Obr. 6.3. Zařízení pro svařování paprskem elektronů
Příklad výrobku (svařování elektronovým paprskem)

6.3 Obrobitelnost materiálů

Obrobitelnost materiálů elektronovým paprskem je dána jejich fyzikálními vlastnostmi a nezávisí na mechanických vlastnostech. Elektronový paprsek lze použít pro opracování především těžkoobrobitelných materiálů, jako žáropevných ocelí, austenitických ocelí používaných při stavbě jaderných reaktorů, slitin zinku s niobem, hliníkových a titanových slitin, křemíku, drahokamů, tantalu, wolframu a speciálních slitin používaných v letectví a kosmonautice. Elektronovým paprskem se hůře obrábí mosaz, bronz, zinek, hořčík a slinované kovy.

Obr. 6.5. Druhy paprsku a) klasické svařování, b) svařování elektronovým paprskem, c) kalení elektronovým paprskem

6.4 Vrtání malých děr paprskem elektronů

Elektronový paprsek se používá pro vrtání děr malých průměrů. Lze vrtat díry již od průměru 0,015 mm, a to rychlostí až 4 000 děr za sekundu. Při vrtání hlubokých děr, s poměrem délky k průměru díry až 100, musí být průměr paprsku 2x až 4x menší, než je požadovaný průměr vrtané díry. Tolerance vyvrtané díry je 5 až 20 % jejího průměru.

6.5 Svařování paprskem elektronů

Elektronový paprsek je vhodný pro svařování obtížně svařitelných nebo vůbec nesvařitelných materiálů. Svary jsou bez trhlinek, málo porézní a metalurgicky čisté. Je možno svařovat jak tenké výrobky o tloušťce 1 mm, tak provádět i svary hluboké až 40 mm.

Obr. 6.6. Principy svařování elektronovým paprskem: a) svařování pod vysokým vakuem, b) svařování pod částečným vakuem, c) svařování bez vakua

6.6 Řezání paprskem elektronů

V tab. 6.2 jsou uvedeny pracovní parametry pro řezání elektronovým paprskem. V současné době je řezání elektronovým paprskem nahrazováno řezáním laserem.

Ing. Jaroslav Řasa, CSc.,

Ing. Zuzana Kerečaninová, Ph.D.

ČVUT, VCSVTT

www.rcmt.cvut.cz

j.rasa@rcmt.cvut.cz

z.Kerecaninova@rcmt.cvut.cz

Chybějící tabulky naleznete v tištěné verzi časopisu.

Reklama
Vydání #6
Kód článku: 80625
Datum: 11. 06. 2008
Rubrika: Inovace / Obrábění
Autor:
Firmy
Související články
Strojírenské podniky v době pandemie

Pandemie koronaviru uzavřela hranice naší republiky a zahraniční pracovníci se nedostanou do zaměstnání. Řada domácích zaměstnanců musela nastoupit do karantény. Mnoho českých strojírenských podniků se tak dostalo do nemalých problémů. Firma Grumant hledala recept, jak se takovým problémům vyhnout nebo alespoň minimalizovat jejich následky.

Pohodlné upínání magnetem

Pokud jde o úsporu času při seřízení a upnutí obrobků bez deformace, je elektricky aktivovaná technologie permanentních magnetů považována za špičkový systém. S trochou konstrukční zručnosti mohou být během sekundy a bez deformace upnuty a z pěti stran obrobeny především velkoformátové díly. Ani v oblasti standardních modulů nezůstává vývoj bez odezvy. Moderní magnetické upínací desky umožňují optické nebo automatizované monitorování upínacího procesu.

Přesnost zvyšující produktivitu

Zakoupení obráběcího centra Pama umožnilo společnosti Tajmac-ZPS zvýšit nejen její celkovou produktivitu, ale také geometrickou přesnost při výrobě důležitých komponent pro její vícevřetenové automaty.

Související články
Prediktivní diagnostika přesnosti CNC strojů

Jak přesný je náš stroj? Můžeme jeho parametry nějak zlepšit? Je stále ještě ve stavu, který předpokládáme? Často je obráběcí stroj pro uživatele černou skříňkou, která v optimálním případě produkuje shodné výrobky. Nemusí to tak zůstat a stav strojů lze i cíleně zlepšovat.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Kloubový robot uvnitř stroje

V oboru obráběcích strojů není potřeba japonskou společnost Okuma podrobně představovat. Je známá svým širokým sortimentem soustružnických, frézovacích a brousicích číslicově řízených obráběcích strojů. Nyní na trh přináší vlastní automatizační řešení v podobě robota Armroid.

Prestižní ocenění Zlatá medaile

Výjimečnost nástroje FreeTurn skupiny Ceratizit potvrdila na letošním Mezinárodním strojírenském veletrhu odborná porota prestižního ocenění Zlatá medaile. Ocenění za inovaci ve zpracovatelské technologii bylo společnosti uděleno za inovativní metodu technologie podélného a čelního soustružení, kdy je hrubování, dokončování a obrábění kontur realizováno pomocí jediného nástroje. Společně s progresivní obráběcí metodou High Dynamic Turning zvyšuje nástroj FreeTurn dynamičnost a efektivnost procesu soustružení.

Brousicí centrum pro hospodárnou výrobu

Brousicí centrum UW II F od firmy Saacke v mnoha detailech předčí očekávání svých zákazníků. Z hlediska výkonnosti, velikosti a hmotnosti se řadí mezi již zavedené typy brusek UW I F a UW I D a vytváří tak ideální podmínky pro maximální přidanou hodnotu.

Československá stopa u nového rekordu

Nový rekord počtu návštěvníků jsme zaznamenali na letošním technologickém setkání WFL Millturn Technologies.

Novinka z varnsdorfské líhně

Přední evropský výrobce obráběcích strojů, TOS Varnsdorf, letos představil nečekanou novinku, která významně rozšiřuje nabídku výkonných obráběcích strojů z varnsdorfské líhně.

Pro větší efektivitu ve výrobě

Spolupráce mezi výrobcem obráběcích strojů Hurco a dodavateli automatizovaných nakládacích systémů má za následek vyšší produktivitu a větší výnosy. Automatizované nakládání umožňuje rozšíření kapacity v kusové a malosériové výrobě bez potřeby dalšího personálu pro obsluhu strojů. Nakládací roboty je možno také využít v bezobslužných směnách nebo o víkendech.

Vlajková loď pětiosého obrábění

Český výrobce obráběcích strojů Kovosvit MAS v letošním roce slaví úspěch se svojí high-tech produkcí, zejména s pětiosými vertikálními obráběcími centry řady MCU. Tyto stroje se daří firmě umísťovat na náročné trhy Evropské unie i jinde ve světě, cenné reference sbírají především v leteckém průmyslu.

Plnění požadavků na čistotu ve výrobě

Firma Rosler vyvinula pro výrobce systémů škrticích a výfukových klapek kompletní systém automatizovaného obrábění. Tento systém pokrývá operace od převzetí obrobku po třískovém obrábění přes proces surf finishingu a jemného čištění, nanesení kódu datové matice až po zabalení dílů do KLT obalů a jejich přesun do stohovacích kontejnerů.

Vyvrtávání hlubokých otvorů

V současné době jsou kladeny stále vyšší nároky na nástroje pro obrábění. Čím dál více se obrábí těžkoobrobitelné a různé nestandardní materiály. K tomu jsou obrobky po konstrukční stránce čím dál složitějšími.

Optimalizace soustružení korozivzdorných ocelí

Použití korozivzdorných ocelí pro inženýrské aplikace vždy do určité míry vedlo k technickému paradoxu. Zatímco konstruktéři jsou nadmíru spokojeni s tím, jaké pevnostní vlastnosti a korozní odolnost tyto běžně používané materiály nabízejí, výrobní inženýři už jsou asi méně okouzleni jejich typickým deformačním zpevňováním a všeobecně špatnou obrobitelností. Avšak průmyslovými odvětvími, jako jsou výroba čerpadel a ventilů, výroba zařízení pro ropný a plynárenský průmysl, automobilový a letecký průmysl, jsou součásti z korozivzdorných ocelí výslovně požadovány i nadále.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit