[發(fā)明專利]一種電子束表面微造型的動態(tài)加工方法

有效

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• 申請日: 2013-02-01
• 公開（公告）號: CN103084726A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設計）人: 王西昌;鞏水利;許恒棟;毛智勇;左從進
• 申請（專利權）人: 中國航空工業(yè)集團公司北京航空制造工程研究所
• 主分類號: B23K15/06
• 分類號: B23K15/06
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 陳宏林

技術領域

本發(fā)明是一種電子束表面微造型的動態(tài)加工方法，屬于電子束表面加工技術領域。

背景技術

傳統(tǒng)的表面處理方法大多局限于毛化技術領域，目前主要利用噴丸、電火花、激光等不同的加工技術實現(xiàn)，但毛化技術只能對材料表面進行粗糙化處理，產(chǎn)生凹坑和不規(guī)則突起等表面形貌，其中噴丸和電火花毛化技術所產(chǎn)生的形貌均勻性較差，形貌尺寸不可控，高度和密度也不可控，難以實現(xiàn)均勻的、規(guī)則的表面形貌制備，且加工效率較低、有粉塵污染，不利于環(huán)保。激光毛化技術所產(chǎn)生的表面形貌最大高度小于10微米，加工過程中可能導致表面形貌被環(huán)境氣體污染。傳統(tǒng)的電子束加工技術也可應用于表面加工領域，但其對電子束功率和掃描控制要求不高，加工精度不高，無法實現(xiàn)高效、均勻性較好的表面微造型制備。

目前已有針對傳統(tǒng)表面處理方法的不足而開發(fā)的新型電子束表面微造型方法，是利用電子束的掃描，實現(xiàn)金屬材料的表面形貌制備，然而，由于電子束偏轉角度具有一定的限制，該方法無法實現(xiàn)大面積的表面形貌制備。如利用該方法通過拼接的方式實現(xiàn)大面積的表面處理，則表面均勻性和連續(xù)性較差，加工效率相對較低，無法滿足加工要求。

發(fā)明內容

本發(fā)明正是針對上述現(xiàn)有技術中存在的不足而設計提供一種電子束表面微造型的動態(tài)加工方法，其目的是將電子束的高速掃描與工作臺移動相結合，通過電子束掃描速度與工作臺移動速度的匹配，實現(xiàn)金屬材料的大面積表面形貌的制備，具有加工面積不受電子束偏轉角度限制、加工表面均勻性好、連續(xù)性好、加工效率高的優(yōu)點。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：

該種電子束表面微造型的動態(tài)加工方法，該方法是利用小功率、高品質電子束，通過電磁場控制進行掃描，按一定的掃描軌跡(1)作用于金屬表面，產(chǎn)生幾微米到幾百微米的微小突起，所述掃描軌跡(1)的排列方式為常規(guī)陣列或交錯陣列，常規(guī)陣列是矩陣陣列的排列方式，相鄰兩行掃描軌跡(1)之間的行間距相等，相鄰兩列掃描軌跡(1)之間的列間距相等；交錯陣列是在常規(guī)陣列基礎上，插入掃描軌跡(1)，插入的每一個掃描軌跡(1)位于常規(guī)陣列相鄰兩行和相鄰兩列掃描軌跡(1)中間，其特征在于：該方法依據(jù)掃描軌跡(1)的兩種排列方式分別如下：

1.1當掃描軌跡(1)的排列方式為常規(guī)陣列時，該方法的步驟為：

1.1.1準備電子束加工設備，該設備需滿足：電子束功率為10～1000W，束流直徑為0.3～0.7mm，電子束的掃描速度為0.1～5m/s，工作臺可由電機驅動實現(xiàn)橫向移動，移動精度為0.1mm/s，將工件放置于工作臺上；

1.1.2用繪圖軟件編輯常規(guī)陣列，選取常規(guī)陣列的首列為常規(guī)掃描單元(2)，將常規(guī)掃描單元(2)上傳到電子束加工設備的控制系統(tǒng)中；

1.1.3啟動電子束加工設備，按常規(guī)掃描單元(2)的軌跡在工件表面待加工區(qū)的一端開始掃描，同時工作臺橫向移動，使電子束的掃描移向工件表面待加工區(qū)的另一端，電子束掃描速度u和工作臺移動速度v應滿足以下關系式

u/v=L/x

其中：L為常規(guī)掃描單元(2)的長度，x為工件表面加工后相鄰兩列微小突起之間的距離；

1.2當掃描軌跡(1)的排列方式為交錯陣列時，該方法的步驟為：

1.2.1準備電子束加工設備，該設備需滿足：電子束功率為10～1000W，束流直徑為0.3～0.7mm，電子束的掃描速度為0.1～5m/s，工作臺可由電機驅動實現(xiàn)橫向移動，移動精度為0.1mm/s，將工件放置于工作臺上；

1.2.2用繪圖軟件編輯交錯陣列，該交錯陣列相鄰兩列之間的距離d應滿足以下關系式

d<0.5x

其中：x為工件表面加工后相鄰兩列微小突起之間的距離；

1.2.3選取交錯陣列前端N列為交錯掃描單元(3)，其中，N>1，N的取值為可通過平移復制形成該交錯陣列的列數(shù)的最小值，將交錯掃描單元(3)上傳到電子束加工設備的控制系統(tǒng)中；

1.2.4啟動電子束加工設備，按交錯掃描單元(3)的軌跡在工件表面待加工區(qū)的一端開始掃描，同時工作臺橫向移動，使電子束的掃描移向工件表面待加工區(qū)的另一端，電子束掃描速度u和工作臺移動速度v應滿足以下關系式

u/v=L/x

式中：L為交錯掃描單元(3)每一列的長度，x為工件表面加工后相鄰兩列微小突起之間的距離。

所述掃描軌跡(1)是等長線段的組合，該等長線段向中心匯集。

所述掃描軌跡(1)是阿基米德螺線、三角函數(shù)曲線或同心圓曲線中的一種或幾種組合而成。