РОЗДІЛ 2
МОДИФІКОВАНЕ ТЕХНОЛОГІЧНЕ ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ЕЛЕКТРОННОЇ ОБРОБКИ ОПТИЧНОГО СКЛА
2.1 Експериментальне обладнання
З метою отримання експериментальних залежностей, перевірки адекватності
математичної моделі та керування процесом якісної електронної обробки поверхонь
оптичного скла модифікована електронна установка (ЕУ) на базі промислової
вакуумної установки УВН-74, яка складається з таких основних блоків і частин:
технологічне оснащення;
електронна гармата Пірса;
пристрій нагріву (охолодження);
механізм переміщення виробів в зону обробки.
До модифікованої ЕУ та технологічного оснащення висувалися наступні вимоги:
Забезпечення повного термічного та технологічного циклу ЕО; можливість контролю
та керування параметрами електронного потоку при обробці оптичних виробів
круглої (діаметром 20 мм; товщиною 1; 2; 6 мм) та прямокутної форми (80ґ14ґ4;
80ґ22ґ4; 25ґ20ґ1 мм), виготовлених із оптичного скла марок К8, БК10, ТК21. При
цьому:
рухомі частини установки повинні синхронно і у певній послідовності виконувати
операції технологічного процесу в автоматичному чи напівавтоматичному режимах з
високою точністю (Ra Ј 5 нм) та надійністю безперервної експлуатації виробів
(за умов згідно ОСТ3-69-77 – до 20 років);
технологічне оснащення та обрані режими електронного потоку повинні
забезпечувати якісну обробку (мікронерівності поверхні не більше 5 нм; точність
поверхні – 0...1 кільця Ньютона; залишкові термонапруження 3,2...3,6 МПа;
хімічна однорідність поверхні 0-1 класу) з високою повторюваністю (25…30%) за
тривалий період експлуатації дротяного вольфрамового катоду електронної гармати
Пірса (до 120 годин).
Дотримання гарантованих екологічної чистоти та безпечних умов праці
обслуговуючого персоналу.
Функціональна схема [158, 159] та загальний вигляд ЕУ наводяться на
рис.2.1.
а.
б.
Рис.2.1. Експериментальна ЕУ для поверхневої обробки оптичного скла:
а – функціональна схема; б – загальний вигляд
1 – пристрій нагріву; 2 – пристрою охолодження; 3 – вакуумна камера;
4 – ЕГ Пірса; 5 – нагрівачі (лампи КГТ 220-1000-1); 6 – оптичний виріб;
7 – пристрій транспортування виробів в зону обробки; 8 – теплові екрани.
Для порівняння в табл.2.1. наведені основні технічні характеристики базової та
модифікованої ЕУ.
Таблиця 2.1.
Основні технічні характеристики базової та модифікованої ЕУ
Параметри, що керуються (техніко-експлуатаційні умови)
Діапазон значень та точність вимірювання (базова ЕУ)
Діапазон значень (модифі-кована ЕУ)
Пристрій та точність вимі-рювання (модифікована ЕУ)
Параметри, що керуються
Струм розігріву катода, Iк, А
10...30±15%
15…50
Амперметр, dIк = ±15%
Струм електронного потоку,
Iп, ґ10-3, А
50…500±2%
50…500
Амперметр, dIл = ±1...5%
Прискорююча напруга,
Uприс, ґ103, В
6, 12 ±2%
1,5…12
Вольтметр, dUприс = ±2...3%
Відстань від аноду ЕГ до
оброблюваної поверхні, H, ґ10-3, м
5...15
10...85
Мірна лінійка, ДН = 10-4 м
Швидкість переміщення виробу,
u, ґ10-2, м/с
Ј10
1,5...10
Дисковий частотомір,
Дu = 10-3 м/с
Техніко-експлуатаційні умови
Залишковий тиск в камері, р0, Па
5.10-4 ±10%
5.10-4
Вакууметр “ВМБ-8”,
dр = ±10%
Діапазон робочих температур пристрою нагріву , Т, К (U, мкВ)
290-800±1К
290...1100
Термозадатчик ”РИФ-101”, термопара „ТХА”, DТ = ±0,5 К, DU = ±40 мкВ
Лінійні розміри зони дії електронного потоку на поверхню, ґ10-3, м
- вздовж вісі ОХ
- вздовж вісі OY
1,5
60
0,3...3,5
60
Мірна сітка з термочутливого матеріалу, ДL = 1,2.10-4 м
Основними елементами ЕГ Пірса (рис.2.2), яка генерує електронний потік
стрічкової форми є: дротяний вольфрамовий катод марки ВА-1-ТО (1) (діаметр
0,3...0,8 мм, довжина 90 мм) [171-173], анод (2) (ширина щілини 0,3...3,5 мм),
прискорюючий електрод – модулятор (3) (довжина 70 мм). Анод (2) та модулятор
(3) виготовлені зі сталі марки Х18Н10Т.
Така гармата дозволяє отримати параксіальний стрічковий потік електронів із
шириною стрічки 0,3...3,5 мм [177]. В якості модулятора виступають дві пластини
V?подібної форми з оптимальним кутом між площинами електроду в 135°.
Рис.2.2. Зовнішній вигляд електронної гармати Пірса (а) та катодного вузла
гармати (б)
1 – катод; 2 – анод; 3 – модулятор; 4, 5 – катодотримачи; 6 – струмопідвод;
7 – високовольтний ізолятор; 8 – пружинний елемент
Нами розроблено катодний вузол (рис.2.2.б), який гарантує натягнення дроту
катоду (зусилля натягнення 15...30 Н) паралельно площинам модулятора
(відхилення від паралельності не більше 0,1°) при робочих температурах до 2800
К.
Живлення електронної гармати здійснюється за допомогою розробленого джерела
живлення [174], основні технічні характеристики якого наведено в табл.2.2.
Таблиця 2.2.
Основні технічні характеристики джерела живлення ЕГ Пірса
Параметр
Діапазон значень
Прискорююча напруга, ґ103, В
Струм розігріву, А
Струм електронного потоку, ґ10-3, А
Пульсація струму електронного потоку, %
Нестабільність прискорюючої напруги, %
до 12
до 75
до 1000
0,1…0,5
2…3
Основні відмінності та переваги розробленого джерела живлення в порівнянні зі
стандартними та спеціалізованими джерелами живлення, які можуть бути
використані для живлення електронних гармат наводяться в табл.2.3.
Таблиця 2.3.
Технічні характеристики розробленого джерела живлення в порівнянні з відомими
№ п/п
Назва джерела живлення (країна виробник)
Технічні характеристики джерела живлення
Переваги джерела живлення
Недоліки джерела живлення
діапазон робочих напруг, ґ103, В
діапазон робочих струмів, ґ10-3, А
Пульсація струму, %
1.
“УЭЛИ-1” (Україна)
0; 6; 12
до 500
2,0
можливість стабілі-зації параметрів обробки;
підвищена потуж-ність
неможливість гнуч-кого керування роб. напругою;
потребує додатко-вих елементів філь-трації напруги жив-лення
2.
блок живлення в складі ЕУ
“ЦЭЛС-1М” (Росія)
- Київ+380960830922