Bạn biết gì về phương pháp gia công bằng chùm tia điện tử 

Bài viết này cung cấp các kiến thức tổng quan nhất về phương pháp gia công bằng chùm tia điện tử. Bạn sẽ hiểu về khái niệm, công dụng, ưu và nhược điểm của kỹ thuật này. 

Khái niệm gia công bằng chùm tia điện tử là gì ?

Rơnghen, đèn điện tử và hệ thống kính hiển vi là những năng lượng điện tử chuyển động. Chúng được con người nghiên cứu cách đây rất lâu. Phần lớn các thiết bị này bị tiêu hao năng lượng dưới dạng nhiệt năng. Điều này có thể tạo ra những tổn thất điện năng cực lớn.

Sự xuất hiện của phương pháp gia công bằng chùm tia điện tử góp phần biến đổi điện năng thành nhiệt năng với tỷ lệ cao. Cũng chính vì điều này, chúng có thể làm nóng cục bộ. Hiện nay có nhiều phương pháp gia công điện tử khác nhau. Trong đó sử dụng chùm tia là việc gia công dùng năng lượng chùm tia điện tử hội tụ tại bề mặt gia công. Chúng đóng vai trò làm nóng chảy và bốc hơi vật liệu.

Nguyên lý hoạt động của gia công bằng chùm tia điện tử

Tìm hiểu về nguyên lý chung

Bạn có thể hình dung thông qua việc mô tả chính xác như sau: Chùm tịa được phát ra từ một đầu ca-tốt. Tốc độ chuyển động của chùm tia này khá cao. Sau đó, chúng được  hội tụ tạo thành 4 thành vệt rất nhỏ lên bề mặt gia công. 

Các điện tử sẽ va đập vào bề mặt gia công, chúng chuyển động tạo thành nhiệt năng. Nguồn năng lượng này có thể nung nóng hoặc làm tan chảy, bốc hơi bất kỳ loại vật liệu nào.

Chùm tia điện tử hoạt động trên cơ sở lý thuyết nào?

Trường hợp chùm tia được phóng lên kim loại thì năng lượng sẽ thường khá lớn. Chúng giúp đâm thủng với độ sâu nhỏ vào vật liệu. Một phần năng lượng được chuyển hóa thành nhiệt năng. 

Trường hợp khác, mật độ của năng lượng lớn hơn thì bề mặt kim loại sẽ nóng chảy. Thậm chí có thể xảy ra hiện tượng bốc hơi cực bộ. 

Một số dụng cụ và thiết bị gia công chùm tia điện tử

Một số dụng cụ và thiết bị điện tử gia công gồm máy khoan, phay và máy cắt. Tia điện tử được khuyến cáo sử dụng cần có trí số tối đa là 10 µm. Trong đó, dao động của điện áp cho phép có giá trị tối đa bằng 1/0,001 ÷ 1/0,0001. Bằng cách này, chúng có lợi cho nội trở của nguồn dao động với trị số cường độ theo hàm số mũ. Trường hợp có sự cố phát sinh, chúng có thể giảm các ảnh hưởng nguy hiểm đến sức khỏe của con người. ,

Yêu cầu quan trọng trong kỹ thuật gia công bằng tia điện tử

Đầu tiên, về mật độ công suất, chúng cần tập trung cao trên một diện tích nhỏ.

Tiếp theo, quá trình cung cấp năng lượng cần đảm bảo kéo dài trong thời gian ngắn.

Khách hàng cần đảm bảo phối hợp khoảng cách tác dụng của tia điện tử với điện áp. 

Cuối cùng, hãy đảm bảo điều khiển và dẫn tia đạt chuẩn các yêu cầu gia công hiện nay.

Tìm hiểu về thiết bị khoan bằng chùm tia điện tử

Một máy khoan bằng chùm tia điện tử có một số đặc điểm chính như sau:

• Thực hiện các lỗ khoan nhỏ với đường kính khoảng 10 µm.
• Chúng được thực hiện ở những chỗ gia công khó như cánh tubin, buồng đốt và máy bay trực thăng.

Để máy khoan có thể tập trung tia vào một điểm cố định, bạn cần xẻ rãnh hoặc phăng mặt phẳng. Chúng ta cần ghi nhớ nguyên tắc sau: Khi đường kính của tia tăng lên, điều đó có nghĩa là bạn có thể ứng dụng gia công lỗ hoặc rãnh lớn hơn. Bàn tọa độ đặt trong chân không thường được sử dụng phổ biến. Tuy nhiên, khách hàng có thể khoan các lỗ làm lệch tia. Bạn có thể phay rãnh khi cho tia chiếu lệch đi một góc nhọn để đáp ứng kết quả theo yêu cầu. 

Một số thông số công nghệ của gia công bằng chùm tia điện tử

Thông số vận tốc các điện tử

Gia công bằng chùm tia điện tử cần tạo ra chùm tia với vận tốc cực lớn, cỡ  1M-10M (m/s)

Thông số công suất của chùm tia điện tử

Công suất của chùm tia điện tử được xác định ảnh hưởng bởi cường độ chùm tia. Chúng tỉ lệ thuận với cường độ này.

Thông số động năng của một điện tử 

Công thức xác định trị số động năng của một điện tử trong điện trường là:

Wđ = m.v^2/2 = e x Ug. 

• Trong đó, m là đại lượng đặc trưng cho khối lượng của một điện tử. 
• V là đại lượng đặc trưng cho vận tốc chuyển động cảu hạt điện tử.
• E có trị số bằng 1,6.10 mũ trừ 19  – Chính là điện tích của điện tử.
• Và U là hiệu điện thế của môi trường đi qua (đơn vị Vôn). 

Đại lượng công suất hội tụ

Công xuất điện tử được tạo nên như sau: Chùm tia sẽ hội tụ trên bề mặt gia công điện tử. Lúc này, các điện tử va đập vào nhau khiến cho toàn bộ động năng biến thành nhiệt năng. Công thức xác định công suất năng lượng như sau:

P = I. Ug với I = n x e/t.

Giải thích ý nghĩa các trị số như sau:

• Cường độ dòng điện của chùm tia được ký hiệu là I (đơn vị Ampe).
• Số lượng điện tử trong chùm tia là n.
• Với thời gian ký hiệu là t và điện thế gia tốc (Đơn vị V) ký hiệu là Ug.

Đại lượng độ chính xác gia công

Độ chính xác gia công (độ phay) phụ thuộc vào năng lượng và cường độ điện tử của tia. Chúng biểu thị mối quan hệ thông qua công thức như sau:

Mô tả chi tiết các đại lượng trong công thức trên:

• Mật độ năng lượng tạo nên sự cháy lỏng ký hiệu là Wmd (Đơn vị là W/cm2)
• Tc là đại lượng biểu thị nhiệt độ cháy của kim loại (°C).
• Và λ là hệ số dẫn nhiệt của kim loại (Đơn vị W/cm2. °C)

Gia công bằng chùm tia: Phạm vi và hướng phát triển trong tương lai

Tìm hiểu về phạm vi ứng dụng

Phương pháp này giúp khách hàng thực hiện gia công các vật liệu đa dạng như thép, Vonfram, platin và silic… Chúng đặc biệt được sử dụng rất rộng rãi và đa dạng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Thậm chí các hoạt động phức tạp, gây ra nhiều khó khăn hoàn toàn có thể được giải quyết nhanh chóng nhờ vận dụng kỹ thuật này. 

Chúng có thể phanh các rãnh cực nhỏ với độ lớn kích thước chỉ từ 0,01 đến 1mm. Khách hàng có thể tiến hành gia công các lỗ nhỏ ở phạm vi 5÷15 mm. Lúc này, công suất sử dụng có trị số trung bình từ 1 đến 10W. Hiện nay, tỷ lệ 1:10 hoặc 1:20 sẽ mô tả tỷ lệ của đường kính và trị số chiều sâu. 

Phương pháp này không chỉ gia công trên vật liệu kim loại mà chúng còn được vận hành trên các vật liệu cách điện kém hoặc trên kính, gốm. Gia công có đặc điểm khi độ giãn nở cực lớn, điều này giảm tình trạng rạn nứt không đáng có.  

Bật mí hướng phát triển trong một số năm tới

Về tiềm năng, chúng được dùng để gia công vật liệu. Bên cạnh đó, các nhà khoa học sử dụng như là cách để nghiên cứu trong vật lý và khoa học. Các lĩnh vực về công nghệ thực tế như tạo kim cương, tạo vành xuyến bằng nhựa hoặc gia công lỗ rãnh… Chúng đặc biệt có nhiều lợi thế để triển khai các ứng dụng tích cực và mang tính vận dụng cao hơn.  

Công nghệ này còn nhiều điều khiến con người chưa thể khai thác hết vai trò. Tuy nhiên, có thể nhận thấy chúng được ứng dụng vào gia công các vật liệu cần thiết quan trọng. Đó là những vật liệu trong chế tạo máy. Thậm chí các vật liệu khó gia công như sứ, thủy tinh… cũng bắt đầu được sử dụng để đem đến nhiều ứng dụng vào cuộc sống. 

Gia công chùm tia điện tử: Ưu và nhược điểm

Về mặt ưu điểm

• Chúng đặc biệt có thể gia công bất kỳ loại vật liệu nào.
• Mật độ công suất lớn cực lớn (MW/cm2).
• Gia công chính xác bởi khả năng tự hãm của điện tử với lớp mỏng của vật liệu.
• Đặc biệt, chúng có thể điều chỉnh tức thời với cường độ và vị trí của tia điện tử.
• Bảo đảm sạch về mặt hoá học nhờ đặt vào buồng chân không.

Nhược điểm của phương pháp

• Phương pháp hạn chế khi chỉ có thể gia công trong buồng chân không.
• Giá thành gia công của sản phẩm tương đối cao.
• Đặc biệt sẽ nguy hiểm về phóng xạ Rơnghen.

Trên đây là các kiến thức hữu ích về gia công bằng chùm tia điện tử. Bạn đã hiểu về khái niệm, công dụng, ưu điểm và hạn chế của kỹ thuật gia công này phải không? Hãy share bài viết để nhiều người biết đến kiến thức tuyệt vời này hơn nhé!