型破りな加工プロセス：AJM、EBM、LBM、PAM |製造
この記事では、従来とは異なる加工プロセスについて説明します。-1。研磨ジェット加工（AJM）2。電子ビーム加工（EBM）3。レーザービーム加工（LBM）および4. プラズマアーク加工（PAM）。また、以下についても学びます。-非従来型の機械加工プロセス、非従来型の機械加工プロセスの特性、および非従来型の機械加工プロセスの分類。
研磨ジェット加工（AJM） ：
AJMでは、研磨剤の微粒子が衝突するため、材料の除去が行われます。これらの粒子は、高速の空気（またはガス）の流れとともに移動します。図6.1は、プロセスとプロセスのいくつかの一般的なパラメータを示しています。研磨粒子は通常、直径0.025 mmで、空気は数気圧の圧力で排出されます。
Aの仕組み JM：
ここで、Zは単位時間あたりに衝突する砥粒の数、dは砥粒の平均直径、vは砥粒の速度、ρは砥粒の密度、 H w は被削材の硬さ（流動応力）、Xは定数です。
プロセスパラメータ Aの JM ：
プロセス特性は、（i）mrr、（ii）カットの形状、（iii）生成された表面の粗さ、および（iv）ノズルの摩耗。
これらの量を制御する主なパラメータは次のとおりです。
（i）研磨剤（組成、強度、サイズ、および質量流量）、
（ii）ガス（組成、圧力、速度）、
（iii）ノズル（形状、材質、作業面からの距離と傾斜）。
AJMユニットは通常、0.2 N / mm 2 の圧力で動作します。 〜1 N / mm 2 。ガスの組成は、速度と圧力の関係がこの組成に依存するため、間接的にmrrに影響を与えます。研磨剤の質量流量が一定に保たれていても、速度が速いと明らかに高いmrrが発生します。
研磨ジェット機は、「Airbrasive」という名前で単一のメーカー（つまり、ニューヨークのS.S. White Co.）によって製造および販売されています。
の特徴 AJM：
電子ビーム加工（EBM）：
基本的に、電子ビーム加工も熱プロセスです。ここでは、高速電子の流れが作業面に衝突し、それによって、作業材料に伝達された運動エネルギーが激しい加熱を生成します。このようにして発生する熱の強さに応じて、材料は溶融または気化する可能性があります。電子ビームによる加熱プロセスは、強度に応じて、アニーリング、溶接、または金属除去に使用できます。
十分な電圧を使用することにより、非常に高い速度を得ることができます。たとえば、150,000 Vの加速電圧は、228,478 km /秒の電子速度を生成できます。電子ビームは直径10〜200μmの点に集束できるため、電力密度は最大65,000億W / mm 2 に達する可能性があります。 。このような電力密度は、あらゆる物質を即座に気化させる可能性があります。したがって、EBMは非常に正確に制御された気化プロセスに他なりません。 EBMは、細かい穴を開けたり、狭いスロットを切断したりするのに適したプロセスです。
直径25〜125μmの穴は、最大1.25mmの厚さのシートにほぼ瞬時に開けることができます。 EBMで切断できる最も狭いスロットの幅は25μmです。さらに、電子ビームは磁気偏向コイルによって操作できるため、複雑な輪郭の加工が容易になります。ただし、加速する電子と空気分子との衝突を避けるために、プロセスは真空中で実行する必要があります（約10 -5 mm Hg）;これにより、このプロセスは非常に大きなワークピースには不適切になります。
電子ビームの幅広い用途を示すために、パワー密度対ホットスポット直径のプロットを図6.69に示します。電子ビームの範囲が最も広いことは明らかです。これが、電子ビームが機械加工だけでなく他の熱プロセスにも使用される理由です。
電子は陰極（高温のタングステンフィラメント）から放出され、ビームはグリッドカップによって成形され、陰極と陽極の間の大きな電位差によって電子が加速されます。ビームは電磁レンズの助けを借りて集束されます。偏向コイルは、必要な方法でビームの動きを制御するために使用されます。
穴を開ける場合、穴の直径はビームの直径とエネルギー密度に依存します。必要な穴の直径がビームの直径よりも大きい場合、ビームは適切な半径の円形パスで偏向されます。 EBMで開けられたほとんどの穴は、ワークのビーム入射側にある小さなクレーターが特徴です。シートの厚さが0.1mmを超えると、ドリル穴にもわずかなテーパー（2°〜4°）が生じます。 EBMを使用したドリル穴の性能特性に関するいくつかのアイデアは、表6.5から取得できます。
スロットを切削するとき、加工速度は通常、材料の除去速度、つまり切削するスロットの断面に依存します。厚さ0.1mmまでのシートのスロットの側面はほぼ平行です。より厚いプレートにカットされたスロットでは、1°から2°のテーパーが観察されます。ビーム入射側に少量の材料スプラッタが発生します。表6.6に、電子ビームのスロット切断機能に関するアイデアを示します。
所要電力は、金属除去率にほぼ比例することがわかります。したがって、P≈CQ、Cは比例定数です。表6.7に、さまざまな被削材のCの概算値を示します。
表6.7を使用すると、特定の条件での加工速度の非常に大まかな見積もりが可能です。
EBMの仕組み：
電子は、質量が9.109 x 10 -31 の最小の安定した素粒子です。 kgおよび1.602x 10 -19 の負電荷 クーロン。電子がVボルトの電位差で加速されると、運動エネルギーの変化は1 / 2m e として表すことができます。 （u 2 –u 0 2 ）eV、ここでm e は電子の質量、uは最終速度、u 0 はダイの初速度です。放出する電子の初速度を無視できると仮定すると、電子速度uの最終的な式（km /秒）は–
u≈600√V（6.67）
動きの速い電子が材料表面に衝突すると、乱されることなく層を貫通します。その後、分子との衝突を開始し、最終的には静止します（図6.71）。電子が乱されずに浸透する層は、透明層と呼ばれます。
電子が格子原子と衝突し始めたときだけ、電子はその運動エネルギーを放棄し始め、熱が発生します。したがって、熱の発生が材料の内部、つまり透明なスキンの下で発生することは明らかです。電子が侵入できる全範囲（δ）は、運動エネルギー、つまり加速電圧Vに依存します。–
ここで、δはmm単位の範囲、Vはボルト単位の加速電圧、pはkg / mm 3 単位の材料の密度です。 。
材料に対するEBMの影響：
電子ビームによる加工は、周囲の材料（極薄層を除く）の温度を上げることなく行われるため、被削材への影響はありません。エネルギー密度が非常に高いため、加工スポットから25〜50μm離れた被削材は室温のままです。これとは別に、プロセスが真空中で行われるため、作業が汚染される可能性も低くなります。
EBM特性の概要：
レーザー加工機（LBM） ：
高速電子のビームのように、レーザービームも非常に高い出力密度を生成することができます。レーザーは、波長が0.1μmから70μmまで変化する電磁放射の高コヒーレント（空間および時間）ビームです。ただし、機械加工操作に必要な電力により、有効に使用できる波長範囲は0.4〜0.6μmに制限されます。
溶融金属のごく一部が急速に気化するため、かなりの機械的衝撃が発生し、液体金属の大部分が放出されます。フラッシュチューブから放出されるエネルギーは、レーザーヘッドからレーザービームの形で放出されるエネルギーよりもはるかに大きいため、システムを適切に冷却する必要があります。
電子ビームと同様に、レーザービームは、微細な穴を開けたり、非常に狭いスロットを切断したりするためにも使用されます。直径250μmまでの穴はレーザーで簡単に開けることができます。寸法精度は約±0.025mmです。ワークの厚さが0.25mmを超えると、1mmあたり0.05mmのテーパーが見られます。
LBMの仕組み：
（i）レーザービームと被削材の相互作用
（ii）熱伝導と温度上昇、および
I（Z）=I（0）e – μz
したがって、等価熱伝導の問題は、半無限体の表面（図6.75）での均一な熱流束H（t）によって表されます。領域z> 0の熱伝導の方程式は–
定常状態の穴の貫通 ：
経験から。 D≈55dであることがわかっています。したがって、In（D / d）はおよそ4と見なすことができ、入熱率を熱損失率と等しくすると、得られる関係は–
です。
LBMの特徴の概要：
プラズマアーク加工（PAM） ：
アークの高速電子がガス分子と衝突し、二原子分子または原子がイオンと電子に解離して、現在のガスの導電率が大幅に増加します。プラズマ状態。その後、自由電子は加速し、より多くのイオン化と加熱を引き起こします。その後、イオンと自由電子が再結合して原子になるとき、または原子が再結合して分子になるとき、これらは発熱過程であるため、温度がさらに上昇します。
したがって、高温プラズマが生成され、ジェットの形でノズルから押し出されます。材料除去のメカニズムは、（i）加熱と溶融、および（ii）プラズマジェットのブラスト作用による溶融金属の除去に基づいています。
詳細については、標準のハンドブックとリファレンスブックを参照してください。ここでは、読者がプロセスに慣れるための基本的な特性をリストします。
PAMの特徴の概要：
産業技術