СПОСОБ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ РЕЗКИ Российский патент 1997 года по МПК B23K15/08 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу резания пластин твердых сплавов Т15К6 электронным пучком, например, в электроннолучевой энергоустановке.

В металлообработке при производстве деталей из металлов известны способы ведения резки, предусматривающие использование оптических квантовых генераторов (лазеров), плазменных и газопламенных струй, электроэрозии, алмазных дисков, ускоренных электронных пучков с высокой яркостью.

Известен способ электроннолучевой резки металлов, при котором с целью экономии энергии и металла применяют остро сфокусированный пучок электронов большой плотности мощности. При этом металл под электронным пучком расплавляется [1]
Однако резку с расплавом невозможно применять для твердых сплавов, которые легко утрачивают прочностные свойства и отпускаются при относительно низких температурах (эти температуры существенно ниже температуры плавления сплавов).

Известен способ ведения резким лазерным лучом [2] заключающийся в подаче светового потока на разрезаемый металл и расплавлении концентрированным световым потоком металла в зоне термического воздействия, при этом образуется сквозной прожиг металла.

Недостаток известного способа заключается в том, что таким способом нельзя резать пластины из высокопрочных твердых сплавов на основе карбидов вольфрама, кремния и титана. Будучи сформированными порошковой металлургией, твердые сплавы практически не подаются технической обработке, однако быстро деструктируются при высоких температурах и отпускаются, утрачивая механические свойства, что недопустимо при использовании их в инструментах для механической резки металлов (резцы, сверла, фрезы).

Цель изобретения повышение экономичности и качества резания пластин твердых карбидных сплавов за счет их раскалывания пучком электронов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ электронно-лучевой резки твердых материалов, при котором электронный луч направляют перпендикулярно разрезаемому изделию и создают локальную зону перегрева с вертикальной трещиной, а лучу сообщают линейное перемещение вдоль линии реза.

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет резать пластины из карбидных сплавов.

Целью изобретения является также обеспечение резки пластин из карбидных сплавов.

Цель достигается тем, что в способе резания пластин твердых сплавов электронным пучком, включающем подачу ускоренных электронов нормально плоскости пластины, местный перегрев и перемещение электронного пятна по пластине, пластину кладут на вольфрамовую плиту, подают электронный пучок на плиту, уменьшают сечение пучка до 1 мм, приближают пучок к краю пластины и дают линейное перемещение пучку по пластине со скоростью 0,3 1 см/с, в качестве контролируемого параметра используют мощность электронного пучка, составляющую 1 кВт.

Мощность пучка электронов, скорость перемещения и размеры выдерживают такими, при которых на поверхности пластины образуется линейная зона перегрева, в глубину от которой быстро распространяется вертикальная трещина. Пластина твердого сплава раскалывается, оставаясь по объему относительно холодной.

Предлагаемый способ резания пластин твердых сплавов электронным пучком осуществляется следующим образом.

Пример. Резку ведут термокатодной электронной пушкой ЭПА-60 с электронным каналом. Электронным пучком управляют с помощью блока БУЭЛ. Перед началом резки устанавливают в ряд 30 пластин твердого сплава Т15К6 на горизонтальную вольфрамовую плиту. Размеры одной пластины 10х20х7мм. После загрузки рабочий объем вакуумируется последовательно включенными вакуумными насосами вращательным НВПР-40 0,66 и паромасленным Н-250 до остаточного давления 4•10^-3Па. От высоковольтного выпрямителя В-ТПЕ-2-30к-2УХЛ4 подают напряжения прямого и электронного каналов катодов электронной пушки, и ускоряющее высокое напряжение на заземленный анод. Перед началом резки пучок электронов принимают на вольфрамовую плиту и фокусируют в пятно диаметром не более 1 мм. Мощность пучка 1 кВт (ускоряющее напряжение 20 кВ, ток пучка 5•10^-2 А). После стабилизации мощности пучка, управляя вручную электромагнитной отклоняющей системой, подают пятно электронного пучка к крайней пластине и точно совмещают пучок с ее серединой, не касаясь самой пластины. Затем программным устройством задают линейное перемещение пятна электронного пучка со скоростью 0,3 1 см/с по траектории резки, проходящей поперек всех 30 пластин. Экспериментально установлено, что быстрый локальный перегрев пластин создает сильное поверхностное механическое перенапряжение, благодаря которому происходит холодное раскалывание пластин без потерь твердого сплава и за короткое время (время резки всех пластин 30 с). Найденная линейная скорость перемещения электронного пятна 0,3 1 см/с не допускает разогрев пластины по объему. При скорости пятна 0,3 1 см/с пластина практически остается холодной. При меньших скоростях движения пятна горячая трещина опережает пятно и прямолинейность шва разреза нарушается. При скоростях превышающих 1 см/с не успевает сформироваться локальный поверхностный перегрев пластины и трещина не образуется. Резкий градиент температур при скорости перемещения пятна 0,3 1 см/с образуется благодаря поддержания мощности пучка равной 1 кВт. При мощности, превышающей контролируемому величину, и заданных скоростях пробега пятна происходит быстрый прогрев пластины по всему объему, трещина не образуется, пластина раскаляется до температуры плавления. При мощности менее 1 кВт не удается при быстром пробеге пятна получить необходимый градиент температур.

Использование предлагаемого способа ведения высокоскоростной резки пластин твердых карбидных сплавов электронным пучком обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:
холодное высокоскоростное раскалыванием пластин твердых карбидных сплавов существенно влияет на повышение экономичности процесса;
сплав в месте разреза, сохраняет свои прочностные свойства вследствие неравномерного распределения вводимой мощности.

Использование: резка твердых карбидных сплавов. Сущность изобретения: разрезаемая пластина устанавливается на вольфрамовую плиту, на которую направляют пучок электронов и формируют пятно диаметром 1 мм, затем пятну сообщается движение поперек пластины со скоростью 0,3 - 1 см/с. При этом в процессе резки поддерживают мощность электронного пучка 1 кВт. Способ обеспечивает высокоскоростное раскалывание пластин из твердых карбидных сплавов, а вследствие неравномерного распределения вводимой мощности сплав в месте разреза сохраняет свои прочностные свойства.

Способ электронно-лучевой резки твердых материалов, при котором электронный луч направляют перпендикулярно разрезаемому изделию и создают локальную зону перегрева с вертикальной трещиной, а лучу сообщают линейное перемещение вдоль линии реза, отличающийся тем, что, с целью обеспечения резки пластин из карбидных сплавов, пластину устанавливают на вольфрамовую плиту, электронный луч направляют на вольфрамовую плиту и формируют сечение пучка диаметром в 1 мм, луч приближают к пластине и сообщают ему скорость перемещения 0,3 1 см/с, при этом в период перемещения луча по линии реза поддерживают мощность 1 кВт.