电子束加工：原理、设备组成与工作过程详解

电子束加工：原理、设备组成与工作过程详解

电子束加工（Electron Beam Machining，EBM）是一种利用高速电子束轰击工件表面，通过能量转换实现材料去除的精密加工技术。这项技术在航空航天、汽车制造等领域有着广泛的应用，能够加工各种金属和非金属材料，尤其适合高精度、小批量的零件加工。本文将详细介绍电子束加工的原理、设备组成及其工作过程。

原理

这种加工过程的工作原理是将电子的动能转换为热能。当高速电子撞击工件时，它们会将其动能转化为热能。这种热能用于在接触表面蒸发材料。该过程在真空中进行，否则电子将与空气粒子碰撞并在撞击工作材料之前失去其能量。这是EBM加工的基本原理。

设备组成

电子枪

被称为电子束加工的心脏。它用于产生电子。它只是一个阴极射线管，它产生电子，将它们加速到足够的速度并将它们聚焦在小光斑上。在这种枪中，阴极由钨或钽制成。这种阴极灯丝加热到 2500 摄氏度，通过热离子反应加速电子发射。室内真空度非常低。

环形偏置网格

它是 EBM 的下一个元素。就在电子枪之后。它是一个由负偏压连接的阳极，因此阴极产生的电子不会偏离其路径并接近下一个元素。当电子离开这个部分时，电子的速度几乎是光速的一半。

磁透镜

在阳极之后，提供了对光束进行整形并且不允许发散电子或减少光束发散的磁透镜。这些透镜只允许通过会聚电子，从而获得高聚焦光束。它们还捕获低能电子，从而提高光束质量。

电磁透镜和偏转线圈

电磁透镜用于将电子束聚焦在一个点上。他们使用将光束聚焦在工件上的一个点，以便高强度光束到达工作表面，从而产生更多热量并改善加工。偏转线圈不允许光束偏转并照顾所有电子串联移动，从而形成高强度光束。

工件和工件夹持装置

它可以加工金属和非金属材料。工件由安装在 CNC 工作台上的合适夹具固定。该工作台可以在控制加工形状的所有三个方向上移动。

工作过程

EBM 的工作原理与激光束加工相同。它的工作可以概括为以下几点：

1. 第一台电子枪产生高速电子粒子。这些电子粒子向放置在阴极管之后的阳极移动。
2. 现在，这种高强度电子束穿过磁透镜。有一系列透镜只负责会聚电子通过它。它吸收所有发散电子和低能电子。它提供高质量的电子束。
3. 此电子束现在通过电磁透镜和偏转线圈。它将电子束聚焦在一个点上。
4. 高强度电子束撞击工件，电子的动能转化为热能。
5. 由于动能转化为热能产生的高热量，材料通过熔化和汽化从接触表面去除。整个过程在真空室中进行，否则这些电子会与路径之间的空气粒子碰撞并失去其动能。