Đang tải... (xem toàn văn)
CHƯƠNG IV.2 GIA CÔNG CHÙM ĐIỆN TỬ tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩn...
KHOA CƠ KHÍ TIỂU LUẬN: GIA CƠNG BẰNG CHÙM ĐIỆN TỬ Gia cơng dòng điện tử (EBM – electron beam machining) Gia cơng dòng điện tử (EBM) dùng dòng điện tử tốc độ cao hội tụ để tách bỏ kim loại Trong phương pháp này, dòng điện tử đập vào đối tượng gây nóng chẩy bay nhanh vật liệu Với khoan vật liệu đỡ đằng sau đặt phía sau phôi, chùm tia xuyên qua phôi tiếp xúc vật liệu đỡ, áp lực bay cao tạo vật liệu đỡ đẩy vật liệu phôi bị nóng chảy, để lại lỗ phơi ( Về gia công chùm tia điện tử gia công phương pháp nhiệt ) Phương pháp EBM dùng để gia cơng nhiều loại vật liệu khác tính chất vật liệu độ cứng, độ dẻo, độ dẫn điện, dẫn nhiệt điểm nóng chẩy thường khơng nhân tố hạn chế phương pháp ứng dụng công nghiệp lớn EBM khoan xác lỗ nhỏ (0,1 đến mm) kim cương HÌNH SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CỦA PHƯƠNG PHÁP EBM Mô tả thiết bị: Dòng tia điện tử tốc độ cao tạo súng điện tử (H1) gia tốc điện tử tự đến tốc độ lớn 60% tốc độ ánh sáng electron beam Các điện tử tự tạo dây tóc vonfram katốt nung nóng dòng điện chạy qua Một điện cao (thường 120 kV) dây tóc (katốt) anơt gia tốc điện tử tự hướng anốt Vì anốt chứa lỗ, điện tử vượt qua anôt tiếp tục chuyển động hướng phôi Một cốc thiên áp đặt katôt anôt hoạt động lưới điều khiển số lượng điện tử bị gia tốc (dòng tia) Cốc thiên áp hoạt động ngắt mạch để xung dòng tia Dòng tia thông thường điều chỉnh từ đến 80 mA cơng suất xung có khả lên tới 12 kW/ xung Khoan đòi hỏi việc điều khiển xác điện áp cao, dòng tia chiều dài xung Súng tạo chùm điện tử hội tụ chùm tia đến mật độ lượng cao ( 106W/mm2), với lượng làm bốc loại vật liệu Các cuộn dây từ trường dùng thấu kính điện từ để hội tụ chùm tia (H1) Giữa thấu kính màng ngăn, có chức loại bỏ điện từ khỏi vùng mép chùm tia Điều làm giảm đường kính điểm giúp tạo phân bố mật độ lượng phù hợp Cuối cuộn dây có độ hội tụ dùng để chỉnh chùm tia nhỏ bị sai lệch đảm bảo chùm tia tròn tới phơi Nói chung, tham số tối ưu hố thơng qua thử nghiệm hoàn chỉnh ứng dụng cụ thể Thời gian xung cường độ xung (cường độ chùm tia) ảnh hưởng đến độ sâu đường kính lỗ, thời gian xung thay đổi từ 0,05 đến 100 ms Thấu kính điện từ hay cường độ hội tụ ảnh hưởng đến độ lỗ cường độ hội tụ theo phương thẳng đứng định hình dạng thực lỗ (cơn, thẳng hay hình khác) Các cuộn dây lái tia dùng để khoan dịch chuyển Trong phương pháp này, chùm tia lái giai đoạn xung cho chùm tia phôi dịch chuyển khoan lỗ Khi kết thúc xung, chùm tia nhảy vị trí ban đầu để khoan lỗ Hình : Các tần số khoan dòng điện tử lớn gia công hợp kim nikel co ban Tốc độ khoan EBM xác định thể tích lỗ, hình dạng hình học phơi giới hạn chu kỳ gia cơng Hình biểu diễn tần số max theo thể tích lỗ Tốc độ với khơng gian lớn tính tốn với giả thiết chùm tia dịch chuyển với tốc độ 100 mm/s Công suất chùm tia định tốc độ khoan Yêu cầu công suất tương đối để lấy thể tích tương đương kim loại khác thời gian nhau, dựa chuẩn nhôm : Vật liệu Công suất tương ứng Nhôm 1.0 Ti tan 1.5 Gang/ thép 1.8 Molibden 2.2 Vonfram 2.9 Các phôi khoan EBM Gần đây, vật liệu dày tới mm thép khoan cho ứng dụng công nghiệp thông dụng Độ dày vật liệu có khả thay đổi khoảng 0,05 đến mm Bảng trình bày thêm kết việc khoan vật liệu khác Khoan chùm điện tử sử dụng vật liệu khác nhau, phần lớn vật liệu đến kim loại, thép không gỉ, thép nikel coban, đồng, nhơm titan Đã có vài thí nghiệm gia cơng gốm da nhân tạo, lý thuyết khoan nhựa EBM Độ cứng, độ dẻo, độ dẫn nhiệt điểm nóng chảy vật liệu không nhân tố giới hạn khoan phương pháp EBM Bảng : Các kết điển hình khoan dòng điện tử Độ dày Vật liệu phôi Mm in Đường Tổng Thời gian kính lỗ số lỗ chu kỳ (phút) Mm in Thép hợp kim coban (đĩa trộn) 1.6 0.9 2340 30 Thép CrNiCOW( 1.1 0.9 3748 60 Thép hợp kim coban “đầu xoay” 4.3 6.3 0.81 11766 40 Inconel 100 (mảnh thử) 1.5 2.5 0.46 162 3.5 Đồng 0.2 254364 720 13.2 buồng đốt động đốt trong) Composit sợi thép không gỉ (a) 1.1 (a) chùm tia dùng chế độ khoan 0.03 Các đặc tính kỹ thuật lỗ gia cơng phương pháp EBM Các lỗ gia cơng EBM có đường kính thuộc khoảng 0,1 đến mm kết gia cơng lỗ tới 0,05 mm đường kính Có thể gia cơng lỗ có hình dạng khác Theo hướng dọc gia cơng lỗ trụ, cơn, chng bát tròn xoay Trong tiết diện ngang gia cơng lỗ tròn Phương pháp gia cơng lỗ với hệ số chiều sâu/ đường kính tới 10: hay chí 15 : số trường hợp đặc biệt Dung sai lỗ gia công EBM tốt Lỗ định vị khoảng 0,1 mm đường kính lỗ điểm hẹp giữ 5%, khơng nhỏ 0,03 mm Thông thường, tâm lỗ phải cách lần đường kính Các ứng dụng Các ứng dụng EBM gần hoàn toàn khoan Nó hữu hiệu khoan nhiều lỗ nhỏ hay lỗ khó khoan hình dạng hình học lỗ hay độ cứng vật liệu Công nghiệp chất lỏng hố chất dùng khoan dòng điện tử để chế tạo lỗ với số lượng lớn lọc chắn Hình 8: Buồng động phản lực đốt với lỗ gia cơng EBM Nguồn MG Ví dụ : ứng dụng EBM để khoan : Một vòm động phản lực đốt làm thép vonfram molivden coban nikel (H8) Nó có chiều dày thành 1,1 mm đường kính lỗ yêu cầu 0,9 mm, 0,05 mm để làm mát Máy khoan EB dùng để gia công hầu hết 3800 lỗ 60 ph Ưu nhược điểm Ưu điểm khoan EB là: * Tốc độ khoan lên tới 4000 lỗ /s * Khoan hình dạng khác * Khơng có giới hạn độ cứng, độ dẻo, độ dẫn điện hay tính chất lớp bề mặt (độ phản xạ) phôi * Không có khó khăn gặp phải khoan lỗ có góc nghiêng với mặt phẳng góc nhọn * Khơng có biến dạng khí khơng có lực tác động lên chi tiết trình khoan * ảnh hưởng nhiệt hạn chế cần xung để gia công lỗ thời gian xung ngắn * Các tham số khoan dễ dàng thay đổi qúa trình khoan phơi, chí từ hàng lỗ sang hàng lỗ khác * Độ xác trì khoảng 0,1 mm vị trí lỗ 5% đường kính lỗ * Khơng có mòn dụng cụ * Độ nhám tốt nhất, so với phương pháp khác ( Một vài trường hợp cần gia công lần cuối để lấy vòng nhỏ miệng lỗ) * Chi phí gia công tương đối nhỏ so với phương pháp khác dùng để gia công lỗ nhỏ Nhược điểm khoan EB : * Chi phí đầu tư thiết bị cao * Hiện Mỹ khả cung cấp xưởng gia cơng độc lập, Steigerwald Strahltechdent Tây Đức cung cấp * Có lớp tái đúc mỏng EB phương pháp nhiệt, lớp phải quan tâm số trường hợp * Yêu cầu người vận hành có kỹ vận hành EB , việc áp dụng CNC làm trình đơn giản nhiều Cần phải dùng đến vật liệu phụ ... tia điện tử tốc độ cao tạo súng điện tử (H1) gia tốc điện tử tự đến tốc độ lớn 60% tốc độ ánh sáng electron beam Các điện tử tự tạo dây tóc vonfram katốt nung nóng dòng điện chạy qua Một điện. . .Gia cơng dòng điện tử (EBM – electron beam machining) Gia cơng dòng điện tử (EBM) dùng dòng điện tử tốc độ cao hội tụ để tách bỏ kim loại Trong phương pháp này, dòng điện tử đập vào... Hình : Một khoan chùm điện tử với trống căng Hình : Sơ đồ trình khoan chùm điện tử a) Chùm điện tử tập trung nung làm chảy bề mặt phôi b) Một lượng nhỏ vật liệu tạo mật độ lượng cao chùm tia hình