Установка предназначена для отработки технологии плавки, сварки и размерной обработки электровакуумного и оптического стекла, а также керамики с помощью электронного луча.
Использование электронно-лучевого нагрева при резке и сварке деталей из электровакуумного стекла обеспечивает неизменный химический состав материала в зоне сварочного соединения.
- Использование электронно-лучевого нагрева при плавке стекла позволяет исключить влияние окружающей среды на состав и структуру материала и делает возможным более точное управление его свойствами.
- Дополнительные возможности по модификации поверхности дает электронно-лучевая полировка стекла, позволяющая существенно снизить шероховатость поверхности детали.
- При генерировании электронного пучка в диапазоне давлений от 5 до 20 Па в зоне обработки создается плазма, обеспечивающая стекание заряда с обрабатываемого диэлектрического объекта.
Оснащение и технические характеристики
№ п/п | Наименование параметра | Значение |
|---|---|---|
1 | Виды обработки стекла | Сварка, плавка, размерная обработка. |
2 | Форма изделий | Трубчатая, плоская. |
3 | Скорость сварки, см/мин. | 1,0 |
4 | Глубина провара, мм | до 5,0 |
5 | Объем вакуумной камеры, м3 | 0,3 |
6 | Предельное остаточное давление, Па - при использовании форвакуумных насосов; - при использовании высоковакуумного насоса | 5,0x10-1 5,0x10-4 |
7 | Суммарный поток натекания и газоотделения, Па*м3/сек | 5,0x10-3 |
8 | Число каналов подачи технологических газов | 2 |
9 | Пределы регулировки потока технологического газа по каждому из каналов, sccm | 10,0…200,0 |
10 | Диапазон рабочих давлений, Па | 1,0…25,0 |
11 | Время откачки до давления 5,0x10-1 Па, мин | 5 |
12 | Время откачки до давления 5,0x10-4 Па, мин | 15 |
Описание конструкции
Вакуумная камера
Вакуумная камера имеет систему водяного охлаждения стенок, верхней и нижней плиты. На верхней стенке камеры располагается фланец для установки электронно-лучевой пушки и устройства ее вертикального перемещения.
На двери камеры расположено окно диаметром 200 мм.
Стенки камеры, смотровое окно и все патрубки вакуумной системы выполнены из материалов обеспечивающих защиту от ионизирующего излучения, возникающего при работе электронно-лучевой пушки на больших ускоряющих напряжениях.
Система подачи рабочего газа
Одним из преимуществ плазменных источников электронных пучков является возможность их эксплуатации в условиях среднего вакуума, однако разрабатываемая технология предполагает обработку изделий из электровакуумного стекла не допускающую изменение химического состава образца в зоне обработки. Исходя из этого, возникает необходимость не просто откачки рабочего объема до рабочего давления, а обеспечения замещения состава остаточной атмосферы в рабочей камере инертным газом. С этой целью в конструкции изделия предусмотрена система подачи газа на базе регуляторов расхода.
Система напуска газов в объем вакуумной камеры состоит из двух идентичных каналов. В состав каждого канала входят отсечной клапан и регулятор массового расхода газа.
Система напуска обеспечивает следующие режимы работы:
- два независимых канала подачи газа, каждый из которых поддерживает фиксированный расход газа через себя;
- один канал работает в режиме фиксированного расхода газа, другой — в режиме стабилизации давления в камере;
- оба канала работают в режиме стабилизации давления в камере, при этом поддерживая заданное соотношение между массовыми расходами по каналам.
Система размещения и позиционирования образцов
Система позиционирования служит для изменения положения заготовок\изделий внутри вакуумной камеры относительно электронно-лучевого источника и состоит из следующих узлов:
- двухкоординатный стол,
- шпиндель для вращения детали,
- привод перемещения электронно-лучевого источника относительно детали в вертикальной оси с целью фокусировки электронного луча.
Обрабатываемое изделие помещается на водоохлаждаемый столик, установленный внутри вакуумной камеры на ее нижней стенке.
Столик оборудован устройствами шагового электропривода и обеспечивает перемещение обрабатываемого образца на 200 мм в горизонтальной плоскости в двух взаимно перпендикулярных направлениях (X, Y).
Если образец на столике закреплен во вращающихся планшайбах, то дополнительно обеспечивается его вращение вокруг оси параллельной одной из осей горизонтального перемещения.
Для обеспечения фокусировки электронного луча на обрабатываемой поверхности предусмотрено вертикальное перемещение электронно-лучевой пушки по вертикальной оси на 100 мм.
Выбранное решение позволяет производить электронно-лучевую обработку как плоских, так и цилиндрических поверхностей изделий.
Контроллер задает необходимые скорости движения, времена разгона и торможения, проводит поиск референтных меток, отслеживает состояния датчиков крайних положений. Связь между контроллером и драйверами шаговых двигателей осуществляется по интерфейсу "Шаг/Направление".
Система управления
В стойке расположены элементы контроля и управления установкой. Основной частью модуля управления является специализированный промышленный контроллер, обеспечивающий передачу данных по стандарту Ethernet между центральным компьютером и блоками управления исполнительных устройств.
Система управления установкой состоит из следующих подсистем:
- управления откачкой;
- измерения давлений в характерных точках установки;
- питания и управления электронно-лучевой пушкой;
- напуска технологических газов в объем вакуумной камеры;
- позиционирования заготовок/изделий внутри вакуумной камеры относительно электронно-лучевой пушки;
- видеонаблюдения за технологическим процессом;
- централизованного контроля и визуализации параметров работы установки.
Финансирование
Работа была выполнена в рамках государственного контракта № 13411.1006899.11.063 при финансовой поддержке Министерства промышленности и торговли РФ.