結合放電與複合電鍍法製作微球狀研磨工具之研究

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連紹鈞(Shao-Chun Lien) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

結合放電與複合電鍍法製作微球狀研磨工具之研究
(A study on fabrication of micro-spherical grinding tool using EDM combined with electro-codeposition)

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摘要(中)

本研究之主要目的是研發之ㄧ種碳化鎢之微型球狀研磨工具的複合成形法，再藉其進行精密微凹型球狀模穴加工，以提昇國內相關產業在精微模具方面的製作技術。一般而言，利用WEDG線放電研磨法修整電極，可使工具電極承受較小的應力且可兼顧電極本身的硬度與韌性，防止電極之破損或彎曲，但目前為止絕大多數的研究均以圓柱、三角柱、四方柱及針狀等微細工具電極為主要成形目的，鮮少有以微軸前端呈球狀且將其作成微研磨工具為目的之研究。本研究利用微放電的方法製作成直徑110μm之微球狀電極，並配合複合電鍍沉積技術開發出微球狀研磨工具，期能應用於目前工業界所需精微且複雜化模具表面之研磨，以提高微小產品高精度且低粗糙度之表面品質。
實驗結果顯示，當以電極轉速為0rpm、電流3A、脈衝時間40μs進行微球狀電極成形加工時，可獲得較佳之球狀電極，並將此球狀電極搭配電流密度7 A dm-2、轉速15rpm、電鍍時間3min、在磨料添加量10g/L的電鍍液中進行複合電鍍沉積時可獲得較佳的微型球狀刀具。若利用此微球狀刀具進給速度5μm的條件下，搭配游離磨料對工件進行微凹穴精微研磨加工時，可得到極光滑的凹型球狀模穴，該模穴的粗糙度值可達0.353μm Rmax（0.0398μm Ra）的鏡面狀態。

摘要(英)

This paper presents a novel process using electro-discharge-machining combined with co-deposited Ni-diamond composites to build a unique micro-spherical tool tested for machining a micro cavity. During processing, a micro tool is built by wire electro-discharge grinding, spherical forming, electrochemical machining and co-deposition. The tungsten carbide material is used as the tool substructure. The experimental result shows electro-discharge-machining combined with co-deposition can successfully build a unique micro-spherical diamond tool that the suitable parameters gained for building micro-spherical tools in spherical forming are a peak current of 3 A, pulse duration of 40 μs and spindle rotational speed of 0 rpm in air; in Ni-diamond co-deposition are: current density of 7 A dm-2, diamond particle size of 3 μm, diamond particle concentration of 10 g l-1 and rotational speed of 15 rpm. When using this method, the micro tool has a better geometric shape, uniform particle distribution and suitable particle adhesion quantity. Then, a micro-spherical cavity is tested to machine in 6061 aluminum plate, the roughness 0.353μm Rmax (0.039μm Ra) is obtained using the tool feed adopts as 5μm/min with free abrasive in micro-grinding

關鍵字(中)

★ 微球狀研磨工具
★ 複合電鍍沉積
★ 微放電加工

關鍵字(英)

★ micro-spherical cavity
★ Micro-EDM
★ micro-grinding
★ micro-spherical tool
★ Ni-diamond composites

論文目次

摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VIII
表目錄 XI
第一章緒論 1
1-1研究背景 1
1-2 研究動機 2
第二章基本原理介紹 4
2-1 放電加工 4
2-1-1 放電加工原理 4
2-1-2 放電加工去除機制 6
2-1-3 放電加工的優缺點 9
2-1-4 放電加工參數與影響 10
2-2 線放電研磨加工原理 13
2-3電鍍原理 16
2-3-1 電鍍單位與影響 17
2-3-2 電極電位與電雙層 18
2-4 複合電鍍原理 19
2-5表面張力原理 22
2-6游離磨料去除機制 23
第三章實驗設備、材料及方法 24
3-1 實驗設備 24
3-1-1 放電加工機 24
3-1-2 送線機構 27
3-1-3 X-YTable 電極旋轉夾持機構 28
3-1-4 複合電鍍沉積機構 29
3-1-5 超音波洗淨機 30
3-1-6 CCD顯微量測系統 30
3-1-7 低真空掃描式電子顯微鏡 31
3-1-8 精密電子天秤 31
3-1-9去離子純水系統 31
3-1-10 微電源供應器 32
3-1-11原子力顯微鏡 32
3-2 實驗材料 33
3-2-1工件材料 33
3-2-2工具電極材料 34
3-2-3線電極材料 35
3-2-4 電鍍液 35
3-2-5 電解液 36
3-2-6 鑽石磨粒 36
3-3 實驗方法 37
3-4 實驗參數設定 42
3-4-1 工具電極修整之放電加工參數 42
3-4-2 電解加工 43
3-4-3 放電成球 43
3-4-4 複合電鍍沉積加工 44
3-4-5鋁合金6061微凹型球面之模穴放電加工成形 45
3-5 實驗流程 46
第四章結果與討論 47
4-1碳化鎢電極球狀成形 47
4-1-1 加工方法與電極材料 47
4-1-2-1 放電能量-脈衝時間對成球形狀精度之影響 49
4-1-2-2 放電能量-峰值電流對成球形狀精度之影響 51
4-1-3 電極轉速對成球偏轉角度之影響 53
4-2球狀電極之複合電鍍沉積 55
4-2-1電流密度的影響 55
4-2-2 工具轉速的影響 58
4-2-3 磨粒添加量的影響 61
4-2-4電鍍沉積時間的影響 64
4-3微凹型模穴的成形加工 65
4-3-1利用微型球狀研磨工具直接製作微凹型球狀模穴 67
4-3-2利用微型球狀研磨工具搭配游離磨粒製作微凹型球狀模穴 68
4-3-3微型球狀研磨工具之磨耗特性 69
4-3-4 傳統放電與研磨加工後之表面型態比較 70
第五章結論 71
參考文獻 72
個人簡歷 75

參考文獻

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指導教授

顏炳華、黃豐元
(Biing-Hwa Yan、Fuang-Yuan　Huang)

審核日期

2007-7-19

推文