ماشین کاری پرتو الکترونی

ماشین کاری پرتو الکترونی ( به انگلیسی: Electron Beam Machining ) به صورت مخفف ( EBM ) یکی از روش های نوین ماشین کاری و البته یک فرایند حرارتی محسوب می شود که از پرتوهای الکترونی پر انرژی متمرکز شده برای ایجاد چگالی توان بسیار بالا بر روی سطح قطعه کار استفاده می کند و بدین وسیله تبخیر یا ذوب آنی ماده قطعه کار را سبب می شود. در این روش ماشین کاری از یک ولتاژ بالا که معمولاً تا ۱۲۰ کیلوولت است، برای شتاب دادن به الکترون ها با سرعتی در حدود ۵۰ تا ۸۰ درصد سرعت نور استفاده می شود. برخورد پرتو الکترونی با قطعه کار تولید پرتو X می کند که بسیار خطرناک و مضر است؛ بنابراین حفاظت و پوشش ضروری بوده و می بایست از پرسنل با مهارت کافی جهت استفاده از تجهیزات بهره برد. EBM می تواند برای مواد رسانا و نارسانا استفاده شود. خواص ماده نظیر چگالی، رسانایی الکتریکی و حرارتی، انعکاس و نقطه ذوب معمولاً عوامل محدودکننده این فرایند محسوب نمی شوند. بیشترین کاربرد EBM در صنعت، دریل کاری دقیق سوراخ های کوچک از گستره ۰٫۰۵ تا ۱ میلی متر است.
در این روش، انرژی جنبشی الکترون های به حرارت تبدیل می شود و سبب افزایش درجه حرارت قطعه کار که بالاتر از نقطه جوش آن است، می شود و این سبب می شود تا براده برداری به صورت تبخیری صورت گیرد. با توجه به شدت قدرت 1. 55MW/mm2 که در این روش رخ می دهد، تمام مواد مهندسی را می توان ماشین کاری کرد.
نحوه نفوذ موج متمرکز شده و اینکه چگونه به داخل قطعه نفوذ می کند، به دلیل پیچیدگی مکانیزم آن، کاملاً مشخص نیست؛ اما اعتقاد بر این است که سطح قطعه کار به وسیله ترکیب فشار الکترون و کشش سطحی ذوب می شود. ماده مذاب به سرعت خارج و تبخیر می گردد و در نتیجه، نرخ براده برداری در حدود ۱۰ میلی متر مکعب بر دقیقه را به وجود می آورد. موج الکترون پالسی با فرکانس ۱۰۰۰۰ هرتز سبب کاهش درجه حرارت قطعه کار در خارج از منطقه ماشین کاری می گردد.
اجزاء ماشین EBM درون محفظه ای قرار دارد که توسط یک پمپ، شرایط خلاء در آن برقرار می شود. از پتانسیل ولتاژ بالا برای شتاب دادن الکترون ها از کاتد ( فیلامنت ) که از جنس تنگستن می باشد به سمت حفره آند استفاده می شود. الکترون ها از رشته تنگستنی داغ ساطع می شود. کاتد تنگستنی تا حدود ۲۵۰۰ درجه سانتی گراد برای ساطع کردن الکترون حرارت داده می شود. معیار مناسب بودن مقدار الکترون ساطع شده، شدت جریان می باشد که باید بین ۵ تا ۱۵ آمپر در سانتی متر مربع باشد. جریان ساطع شده به جنس کاتد، درجه حرارت و ولتاژ بالا بستگی دارد که معمولاً در حد ۱۲۰ کیلوولت است. پس از شتاب گیری، الکترون ها به وسیله میدان متمرکز شده از سوراخ آند می گذرند. موج الکترون سپس به وسیله یک سیستم لنز مغناطیسی مجدداً متمرکز می گردد و در نتیجه موج الکترون به سمت قطعه کار هدایت می شود. لنز مغناطیسی برای متمرکز کردن پرتو به یک نقطه با گستره قطر ۱۲ تا ۲۵ میکرومتر استفاده می شود، همچنین از یک کویل انحنادار برای منحرف کردن پرتو به زوایای کمتر از ۵ درجه استفاده می شود. با توجه به این انحراف می توان شکل ها و ساختارهای استانداردی را ایجاد کرد.