唐嘉煥 姚興 逄爍琳 鐘葉 袁雍焜

摘要：電子束加工是指利用高能量密度的電子束對加工材料進(jìn)行各種工藝優(yōu)化處理的加工方法，利用電子束流束斑極小，可控，靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)，將其用于各種精密材料加工中。隨著技術(shù)的發(fā)展對于加工技術(shù)的要求越來越高，電子束加工技術(shù)在大批量生產(chǎn)、大型零件制造，以及在高精密零件的加工方面都受到市場的廣泛認(rèn)可。

關(guān)鍵詞：電子束;加工設(shè)備;精密加工;高精密零件

中圖分類號：F426?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A?文章編號：1672-9129（2020）08-0047-01

1?概述

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展對于精密加工制造技術(shù)的精度要求越來越高，大多數(shù)的電子元器件都需要進(jìn)行一些高精密的材料加工，特別是對于一些航空航天類的工業(yè)，而利用這些電子束進(jìn)行精密加工就比較能充分滿足這一類的需求。電子束材料加工工藝是特種材料加工工藝方法之中的一種，它主要能夠有效利用各種電子束對特種材料內(nèi)部進(jìn)行加工焊接、打孔和精雕刻、銑切、切割以及利用電子束材料曝光等各種加工工藝操作。電子束零件焊接、打孔等，在機(jī)械工業(yè)上一直發(fā)揮著舉足輕重的重要作用。

《基于Etf技術(shù)的材料加工設(shè)備》項(xiàng)目旨在通過技術(shù)結(jié)合合理改造操控設(shè)備從而使電子束材料加工設(shè)備更加方便、實(shí)用、精準(zhǔn)?，F(xiàn)有技術(shù)的電子束加工，一方面僅對工作臺所在空間抽真空處理，忽略掉電子槍內(nèi)的空氣流也會對電子束產(chǎn)生波動影響，另一方面電子束對工件加工不能夠彎曲打孔，不夠?qū)嵱?。為了解決上述存在的缺陷和不足，本項(xiàng)目對電子束材料加工的操控設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，使其方便對電子槍和工作下機(jī)體內(nèi)都進(jìn)行抽真空處理，并且方便實(shí)時觀察內(nèi)部工件打孔情況，同時通過偏轉(zhuǎn)線圈方便電子束彎曲打孔，實(shí)現(xiàn)方便、實(shí)用、精準(zhǔn)的加工效果。

電子束加工的基本原理是：將在真空中從灼熱的燈絲陰極發(fā)射出的電子，通過高壓電場的作用對電子進(jìn)行加速，然后通過電磁透鏡會聚成一束高功率的電子束，沖擊到待加工材料表面后，電子束的動能會立即轉(zhuǎn)變成為熱能，并迅速產(chǎn)生出極高的溫度，隨后使得使待加工件的材料瞬時熔化、氣化，從而對待加工材料進(jìn)行焊接、穿孔、和切割等操作。

電子束在近年來被廣泛運(yùn)用在航空航天、電子等工業(yè)中。相比于目前傳統(tǒng)的激光加工技術(shù)，利用電子束對材料進(jìn)行打孔、切割、焊接等工藝，都能使得材料加工的精密度得到明顯的提升。激光技術(shù)是利用原子受激輻射原理，使材料受激從而產(chǎn)生波長均一，方向一致和強(qiáng)度高的光束，其功率密度可達(dá)105～109W/cm2。電子束則可以產(chǎn)生106～109W/cm2的極細(xì)束流，且速度達(dá)到光速的60%～70%。電子束與激光加工材料的深寬比分別為20：1和10：1，此外，適用于激光的材料多為金屬，而電子束可以加工任何材料，甚至可以滿足兩種不同材質(zhì)材料的加工。本項(xiàng)目的設(shè)備添加了偏轉(zhuǎn)線圈后，能夠?qū)崿F(xiàn)一些企業(yè)對材料彎曲加工處理的需要，同時也使得零部件設(shè)計(jì)師能夠不受限制，有利于相關(guān)的加工材料設(shè)計(jì)出滿足一些特殊需求的零部件。此外，電子束需要在真空中進(jìn)行加工，因此對于一些易與空氣反應(yīng)的材料，能夠在加工過程中減少與空氣的接觸，從而達(dá)到提升材料耐腐蝕性的特性，使得加工材料更加的耐用。利用電子束對進(jìn)行材料的加工更能夠滿足各行業(yè)對于生產(chǎn)高精密儀器、高精密零部件的發(fā)展需要。

2?操作過程

在使用該電子束材料加工的操控設(shè)備時，首先設(shè)備會通過抽真空泵19分別對機(jī)體11和電子槍18進(jìn)行抽真空處理，通過控制面板8控制第一抽氣管20和第二抽氣管21上的電磁控制閥22打開，之后通過電磁控制閥22對機(jī)體11內(nèi)進(jìn)行抽真空處理，通過第二抽氣管21對電子槍18內(nèi)進(jìn)行抽真空處理，之后利用高壓電纜1連接電源，在高壓電纜1下端的燈絲2發(fā)射電子光束，同時電子槍18內(nèi)底部的陽極4與燈絲2下部的聚束極3之間形成高壓靜電場，電子光束在高壓靜電場的影響下高速穿過第三通孔17、第二通孔14和第一通孔13，直接沖擊到工件10的表面極小的部位，并在極短的時間以內(nèi)，將大部分能量轉(zhuǎn)變成熱能，使得待加工材料表面被沖擊至溫度達(dá)到幾千攝氏度，致使材料局部融化或是蒸發(fā)掉，以此來去除部分材料，進(jìn)行打孔加工也是一樣的操作原理。

3?特色和創(chuàng)新點(diǎn)

結(jié)合已有研究，我們總結(jié)了該加工設(shè)備的特點(diǎn)：

（1）本實(shí)用新型項(xiàng)目主要解決了現(xiàn)有技術(shù)的電子束加工技術(shù)的缺陷問題，提供一種電子束材料加工的操控設(shè)備，提高了電子束材料加工的可操作性，并可以通過設(shè)備實(shí)現(xiàn)彎曲加工，增加了實(shí)用性。

（2）由于電子束材料加工是在真空中進(jìn)行，因而污染少，材料表面不會氧化，增加了加工材料的耐腐蝕性，從而達(dá)到延長材料使用壽命的效果。

（3）電子束材料加工在精端科研實(shí)驗(yàn)室，以及精密元件生產(chǎn)廠等高科技領(lǐng)域的應(yīng)用方向及前景研究取得了新的突破。

（4）項(xiàng)目組與桂林澄方科技有限公司擬在桂林展開試點(diǎn)合作。

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