关于Etf技术的材料加工设备的研究

唐嘉焕 姚兴 逄烁琳 钟叶 袁雍焜

摘要：电子束加工是指利用高能量密度的电子束对加工材料进行各种工艺优化处理的加工方法，利用电子束流束斑极小，可控，灵活性强的特点，将其用于各种精密材料加工中。随着技术的发展对于加工技术的要求越来越高，电子束加工技术在大批量生产、大型零件制造，以及在高精密零件的加工方面都受到市场的广泛认可。

关键词：电子束;加工设备;精密加工;高精密零件

中图分类号：F426 文献标识码：A 文章编号：1672-9129（2020）08-0047-01

1 概述

随着科学技术的不断发展对于精密加工制造技术的精度要求越来越高，大多数的电子元器件都需要进行一些高精密的材料加工，特别是对于一些航空航天类的工业，而利用这些电子束进行精密加工就比较能充分满足这一类的需求。电子束材料加工工艺是特种材料加工工艺方法之中的一种，它主要能够有效利用各种电子束对特种材料内部进行加工焊接、打孔和精雕刻、铣切、切割以及利用电子束材料曝光等各种加工工艺操作。电子束零件焊接、打孔等，在机械工业上一直发挥着举足轻重的重要作用。

《基于Etf技术的材料加工设备》项目旨在通过技术结合合理改造操控设备从而使电子束材料加工设备更加方便、实用、精准。现有技术的电子束加工，一方面仅对工作台所在空间抽真空处理，忽略掉电子枪内的空气流也会对电子束产生波动影响，另一方面电子束对工件加工不能够弯曲打孔，不够实用。为了解决上述存在的缺陷和不足，本项目对电子束材料加工的操控设备进行优化，使其方便对电子枪和工作下机体内都进行抽真空处理，并且方便实时观察内部工件打孔情况，同时通过偏转线圈方便电子束弯曲打孔，实现方便、实用、精准的加工效果。

电子束加工的基本原理是：将在真空中从灼热的灯丝阴极发射出的电子，通过高压电场的作用对电子进行加速，然后通过电磁透镜会聚成一束高功率的电子束，冲击到待加工材料表面后，电子束的动能会立即转变成为热能，并迅速产生出极高的温度，随后使得使待加工件的材料瞬时熔化、气化，从而对待加工材料进行焊接、穿孔、和切割等操作。

电子束在近年来被广泛运用在航空航天、电子等工业中。相比于目前传统的激光加工技术，利用电子束对材料进行打孔、切割、焊接等工艺，都能使得材料加工的精密度得到明显的提升。激光技术是利用原子受激辐射原理，使材料受激从而产生波长均一，方向一致和强度高的光束，其功率密度可达105～109W/cm2。电子束则可以产生106～109W/cm2的極细束流，且速度达到光速的60%～70%。电子束与激光加工材料的深宽比分别为20：1和10：1，此外，适用于激光的材料多为金属，而电子束可以加工任何材料，甚至可以满足两种不同材质材料的加工。本项目的设备添加了偏转线圈后，能够实现一些企业对材料弯曲加工处理的需要，同时也使得零部件设计师能够不受限制，有利于相关的加工材料设计出满足一些特殊需求的零部件。此外，电子束需要在真空中进行加工，因此对于一些易与空气反应的材料，能够在加工过程中减少与空气的接触，从而达到提升材料耐腐蚀性的特性，使得加工材料更加的耐用。利用电子束对进行材料的加工更能够满足各行业对于生产高精密仪器、高精密零部件的发展需要。

2 操作过程

在使用该电子束材料加工的操控设备时，首先设备会通过抽真空泵19分别对机体11和电子枪18进行抽真空处理，通过控制面板8控制第一抽气管20和第二抽气管21上的电磁控制阀22打开，之后通过电磁控制阀22对机体11内进行抽真空处理，通过第二抽气管21对电子枪18内进行抽真空处理，之后利用高压电缆1连接电源，在高压电缆1下端的灯丝2发射电子光束，同时电子枪18内底部的阳极4与灯丝2下部的聚束极3之间形成高压静电场，电子光束在高压静电场的影响下高速穿过第三通孔17、第二通孔14和第一通孔13，直接冲击到工件10的表面极小的部位，并在极短的时间以内，将大部分能量转变成热能，使得待加工材料表面被冲击至温度达到几千摄氏度，致使材料局部融化或是蒸发掉，以此来去除部分材料，进行打孔加工也是一样的操作原理。

3 特色和创新点

结合已有研究，我们总结了该加工设备的特点：

（1）本实用新型项目主要解决了现有技术的电子束加工技术的缺陷问题，提供一种电子束材料加工的操控设备，提高了电子束材料加工的可操作性，并可以通过设备实现弯曲加工，增加了实用性。

（2）由于电子束材料加工是在真空中进行，因而污染少，材料表面不会氧化，增加了加工材料的耐腐蚀性，从而达到延长材料使用寿命的效果。

（3）电子束材料加工在精端科研实验室，以及精密元件生产厂等高科技领域的应用方向及前景研究取得了新的突破。

（4）项目组与桂林澄方科技有限公司拟在桂林展开试点合作。

参考文献：

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[2]刘海浪，王小宇，王波，祁正伟，张国培.电子束加工应力场的研究现状与发展趋势[J].热加工工艺，2019，48（21）：21-25.

[3]熊然，韩冬，胡春海，韩宝成，李欣.电子束焊接技术在高强合金上的应用和发展[J].电焊机，2013，43（06）：81-85.