Случается так, что производственникам необходимо обрабатывать за один техпроцесс как небольшие детали, размеры которых приближаются к традиционным для микроэлектроники, так и заготовки внушительного объема. Решить проблему можно путем приобретения дополнительного оборудования и временного разделения производства на две ветви. С другой стороны, можно воспользоваться универсальной технологией обработки, для которой пресловутый размер не имеет значения.
Новый старый электронный луч
Именуемая сегодня современной, технология обработки электронным лучом на самом деле не так давно справила свой 60-летний юбилей. Забытая в годы холодной войны и отметенная во времена экономической нестабильности как слишком мощная, она возрождается сегодня, когда размер деталей с каждым днем только уменьшается, в моду входят твердые сплавы и соединения, рассчитанные на достаточно жесткие условия эксплуатации в течение длительного срока.
Обработка такого плана традиционными методами, как правило, неэффективна или вовсе невозможна, а использование мощных ультрасовременных лазерных или плазменных технологий просто необоснованно и достаточно дорого. В этом свете весьма выгодно сияет многочисленными достоинствами технология, созданная на базе электронного пучка, которому оказались доступны все возможные операции: сверление, сварка, резание и очистка.
Оборудование для инициирования электронного луча включает многочисленные достижения автоматики, электроники и электротехники. Оно позволяет прецизионно регулировать мощность излучения, плотность потока и направление. В основе устройства генерации электронного луча лежит так называемая электронная пушка, построенная по принципу катодно-электродной системы. Катод, с которого отрываются за счет высокой разности потенциалов электроны, предварительно подогревается, чтобы облегчить разрыв электронных связей. Для обеспечения достаточного свободного пробега, катодно-анодная система помещается в камеру с глубоким вакуумом при остаточном давлении около 7МПа. Далее поток электронов фокусируется с помощью электростатической и магнитной систем. Силовые линии полей отклоняют частицы в нужном направлении, позволяя фокусировкой луча на площади около 1мкм в диаметре достигать огромной поверхностной мощности: до 15МВт/мм2.
В месте контакта электронного луча с материалом температура поднимается до 6000 тысяч градусов, что приближает температурный режим техпроцесса к событиям на поверхности Солнца. Мгновенный нагрев сопровождается сублимацией металлов, что обеспечивает чистую качественную поверхность. Возможность регулировки мощности значительно расширяет спектр обрабатываемых материалов и технологических операций, поскольку одна установка может быть использована для наплавки и резания, требующих больших мощностей.
Положительным моментом использования электронного луча является отсутствие ударных нагрузок, что позволяет применять технологию для обработки хрупких материалов. Кроме того, производительность обработки того же стекла электронным лучом значительно выше, чем на станках традиционного механического типа. Деталь устанавливается на специальный стол, двигающийся в вертикальном и горизонтальном направлении. Конструкция рабочей части станка зависит от площади предполагаемой обработки: при небольших площадях дополнительный механизм (отклоняющее устройство) крепится к генератору излучения, позволяя передвигать луч над столом. В силу конструктивных особенностей электронной пушки отклоняющее устройство способно сместить луч всего на несколько миллиметров, поэтому обычно подвижным делается стол. Контролирует движение луча или заготовки оптический микроскоп, позволяющий предварительно высокопрецизионно установить стартовую точку. Оператор может контролировать процесс с помощью визуального наблюдения за передвижением луча или доверить техпроцесс роботизированному модулю, который будет следить за мощностью пучка и скоростью движения.
Всемогущий ток высокой частоты
Деталь перед обработкой помещается в тигель, обмотанный проводами, именуемыми индукторами. Подача тока высокой частоты (ТВЧ) инициирует магнитное поле, индуцирующее металл заготовки. Возникающее поле с вихреобразными силовыми линиями разогревает обрабатываемую проводящую деталь. В случае диэлектриков нагрев происходит несколько другим образом: магнитное поле от ТВЧ заставляет колебаться молекулы, приводя в движение всю кристаллическую решетку. В результате через некоторое время материал разогревается до температуры плавления.
Частота ТВЧ начинается от 1500Гц и нередко превышает 3Ггц, что позволяет использовать в производстве нагревательные установки мощностью в несколько тысяч киловатт. Конструкция тигеля, количество индукторов и размер установки зависит от ряда факторов: требуемого нагрева и уровня проплавления, электрического сопротивления материала, размера заготовки. Известно, что с увеличением размера детали необходимо снижать частоту тока, поскольку растет электрическая проводимость.
В основном ТВЧ используется для плавки, поскольку оказывается менее ресурсоемким процессом даже для жаропрочных сталей. Снижение времени обработки позволяет закаливать заготовки, значительно повышая срок их службы. Т.о. техпроцессы с использованием ТВЧ сегодня все чаще можно встретить в автомобиле-, тракторо- и станкостроении. Кроме того, ТВЧ зачастую используются для производительной пайки самыми разными припоями. Обработка токами высокой частоты для получения химически чистых материалов проводится в вакууме. При работе с ТВЧ не образуется окалина, шлаки и летучие компоненты, значительно повышается экологическая культура производства, облегчается труд рабочих. Кроме того, переход на техпроцессы с ТВЧ позволяет экономить металл и электроэнергию, а сами этапы производства отлично поддаются автоматизации.
Широко распространено мнение, что техпроцессы на базе ТВЧ используются только для проводящих металлов и в редком случае для диэлектриков. Вместе с тем, токи высокой частоты уже много лет успешно используются для обработки полимерных материалов. На предприятиях, специализирующихся на производстве пластмассовых изделий, ТВЧ применяется для предварительного расплавления полимера перед прессованием или нагрева в процессе склеивания двух различных органических материалов.
Кроме того, токи высокой частоты постепенно захватывают стекольное производство, значительно облегчая процесс создания сложных стеклопластических конструкций и изделий с одновременным использованием стекла и других материалов, например небьющихся и бронированных многослойных стекол.
Минуя кризиc
Все новое, как известно, это хорошо забытое старое. В подтверждение этому – тенденция к возврату, разработанным 40-50 лет назад технологиям. Некоторые аналитические умы полагают, что причина кроется в пресловутом кризисе, когда поддержание торговых связей очень и очень сильно зависит от качества продукции и конечной стоимости. К сожалению, сегодня некоторые страны СНГ отказались от покупки готовых изделий в странах-соседях, предпочитая импортировать детали из Европы. Дело тут в недостаточной эффективности применяемых технологий, когда стоимость отечественного и зарубежного изделия вместе с доставкой находится приблизительно на одном уровне, а качество, внешний вид или надежность того же белорусского комплекта зачастую ниже. Выливается это в активное внедрение более производительных, экономичных технологий с учетом того, что, например, плазменное оборудование стоит намного больше. Очень вероятно, что экономическая нестабильность вывела технологии на базе электронного пучка и ТВЧ на новый виток прогресса.
