К лучевым методам формообразования поверхностей заготовок относят электронно- и светолучевую (лазерную) обработки. Электронно-лучевая обработка основана на превращении кинетической энергии пучка электронов в тепловую. Высокая плотность энергии сфокусированного электронного луча позволяет осуществлять размерную обработку заготовок вследствие расплавления и испарения материала с узколокального участка.
Поток электронов, получаемый вследствие электронной эмиссии вольфрамового катода электронной пушки, ускоряется напряжением, приложенным между катодом и анодом, и фокусируется магнитными линзами. Стигматор придает лучу круглую форму, а перемещение луча по поверхности заготовки осуществляется отклоняющей системой, которая может управляться от системы программного управления.
Система ПУ также управляет продольными и поперечными перемещениями стола, на котором закреплена заготовка, продолжительностью импульсов и интервалами между ними.
При размерной обработке заготовок установка работает в импульсном режиме, что обеспечивает локальный нагрев заготовки. В зоне обработки температура достигает 6000 °С, а на расстоянии 1 мкм от кромки луча она не превышает 300 °С. Продолжительность импульса и интервалы между ними подбирают так, чтобы за один цикл успел нагреться и испариться металл только под 222 лучом, а теплота не успела бы распространиться на всю заготовку. Установки работают в режиме, когда длительность импульсов составляет 10-10"6 с, а частота импульсов 50-6000 Гц. Диаметр сфокусированного электронного луча составляет несколько микрометров.
Электронно-лучевой метод наиболее перспективен при обработке отверстий диаметром от 1 мм до 10 мкм, прорезании пазов, резки заготовок, изготовлении тонких пленок и сеток из фольги ит. д. Обработке подвергают заготовки из труднообрабатываемых металлов и сплавов (тантала, вольфрама, циркония, нержавеющих сталей), а также из неметаллических материалов: рубинов, керамики, кварца.
Электронно-лучевая обработка имеет преимущества, обусловливающие целесообразность ее применения создание локальной концентрации высокой энергии, широкое регулирование и управление тепловыми процессами. Электронно-лучевым методом обрабатывают заготовки из любых материалов. Повышенная чистота окружающей среды позволяет обрабатывать заготовки из легко-окисляющихся активных материалов. Электронный луч позволяет наносить покрытия на поверхности заготовок в виде пленок, толщиной от нескольких микрометров до десятых долей миллиметра. Недостатком обработки является то, что она возможна только в вакууме.
Светолучевая (лазерная) обработка основана на тепловом воздействии светового луча высокой энергии на поверхность обрабатываемой заготовки. Источником светового излучения является лазер -оптический квантовый генератор (ОКГ). Существуют твердотелые, газовые и полупроводниковые ОКГ. Работа оптических квантовых генераторов основана на принципе стимулированного генерирования светового излучения. Атом вещества, имея определенный запас энергии, находится в устойчивом энергетическом состоянии и располагается на определенном энергетическом уровне. Чтобы атом вывести из устойчивого (стабильного) энергетического состояния, его необходимо возбудить. Возбуждение - «накачка» активного вещества - осуществляется световой импульсной лампой. Возбужденный атом, получив дополнительный фотон от системы «накачки», излучает сразу два фотона, в результате чего происходит своеобразная цепная реакция генерации лазерного излучения.
Для механической обработки используют твердотелые ОКГ, рабочим элементом которых является рубиновый стержень, состоящий из окиси алюминия, активированного 0,05% хрома. Рубиновый ОКГ работает в импульсном режиме, генерируя импульсы когерентного монохроматического красного цвета. При включении пускового устройства ОКГ электрическая энергия, запасенная в батарее конденсаторов, преобразуется в световую энергию импульсной лампы. Свет лампы отражателями корпуса фокусируется на рубиновый стержень, в результате чего атомы хрома приходят в возбужденное состояние. Из этого состояния они могут возвратиться в нормальное, излучая фотоны с длиной волны 6,69 мкм (красная флюоресценция рубина).
Взаимодействие фотонов с возбужденными атомами дает лавинообразные потоки фотонов в различных направлениях. Наличие торцовых зеркальных поверхностей рубинового стержня приводит к тому, что при многократном отражении усиливаются свободные колебания в направлении оси стержня рубина вследствие стимулирования возбужденными атомами. Спустя 0,5 мс более половины атомов хрома приходит в возбужденное состояние, и система становится неустойчивой. Вся запасенная энергия в стержне рубина одновременно высвобождается, и кристалл испускает ослепительный яркий красный свет. Лучи света имеют высокую направленность. Расходимость луча обычно не превышает 0,1°. Системой оптических линз луч фокусируется на поверхности обрабатываемой заготовки.
Энергия светового импульса О КГ обычно невелика и составляет от 20 до 100 Дж, ко она выделяется в миллионные доли секунды и сосредотачивается в луче диаметром около 0,01 мм. В фокусе диаметр светового луча составляет всего несколько микрометров, что обеспечивает температуру около 6000-8000 °С. В результате этого поверхностный слой материала заготовки, находящийся в фокусе луча, мгновенно расплавляется и испаряется.
Лазерную обработку применяют для прошивания сквозных и глухих отверстий, резки заготовок на части, вырезания заготовок из листового материала, прорезания пазов и других способов формообразования поверхностей. Этим методом можно обрабатывать заготовки из любых материалов, включая самые твердые и прочные. Перемещениями заготовки относительно светового луча управляют системы ЧПУ, что позволяет прорезать в заготовках сложные криволинейные пазы или вырезать из заготовок детали сложной геометрической формы.
Рубрика: Электрофизические и электрохимические методы обработки заготовок | Метки: процесс, являться, материал, метод, обработка
