Inconel718鎳基超合金添加石墨烯粉末 微孔放電加工之研究

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機械工程學系在職專班

論文名稱

Inconel718鎳基超合金添加石墨烯粉末微孔放電加工之研究
(A study on adding graphene powder to micro-hole electric discharge machining of Inconel 718 nickel-based superalloy)

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摘要(中)

本研究為在介電液中添加石墨烯粉末並採單邊缺口電極對Inconel 718鎳基超合金進行微孔放電加工，使用線放電研削機構(WEDG)將加工電極修製為單邊缺口，針對Inconel 718材料試片進行微孔加工實驗，並於添加石墨烯粉末情形下，探討峰值電流、間隙電壓、脈衝時間和電極轉速等加工參數對加工時間、電極消耗率及微孔加工精度之影響，實驗後利用掃描式電子顯微鏡和雷射共軛聚焦顯微鏡進行微孔內壁觀察，比較有、無添加石墨烯粉末微孔放電加工之實驗結果差異。
實驗研究結果顯示，採單邊缺口電極並在介電液中添加石墨烯粉末後對Inconel 718鎳基超合金進行微孔放電加工，可由旋轉之缺口電極促進介電液循環及排渣效果，並藉由添加石墨烯粉末達到分散放電的效果，相較於未添加石墨烯粉末的實驗結果，當採用間隙電壓50 V、峰值電流2 A、脈衝時間10 μs、衝擊係數40%、電極轉速1150 rpm加工參數組合時，於添加石墨烯粉末微孔放電加工情形下，加工時間降低了3.7%、入口擴孔率降低了3.1%和出口擴孔率降低了8.2 %，且表面粗糙度平均值降低了38.84%。

摘要(英)

This study presents an experiment in micro-hole electric discharge machining (EDM) on Inconel 718 by adding graphene powder in the dielectric fluid. Unilateral notched electrode was used to perform the experiment. After the unilateral notched electrode was fabricated by WEDG process, micro-hole EDM was performed on the Inconel 718 work-piece. The effect of peak current, gap voltage, duration time and rotational speed on working time, electrode tool wear and machining quality were discussed in the experiment. Scanning Electron Microscope (SEM) and Laser Confocal Scanning Microscope (LSCM) were also utilized to observe the sidewall of the micro-hole. The results of micro-hole EDM with and without graphene powder adding were compared after the experiment.
The experimental results show that the application of the rotating unilateral notched electrode can promote dielectric fluid circulation and discharge the debris in micro-hole EDM on Inconel 718 nickel based superalloy. Disperse discharge can be achieved by adding graphene powder. Compared to micro-hole EDM without graphene powder, when the gap voltage is 50 V, the peak current is 2 A, the duration time is 10 s, the impact factor is 40 %, and the ratation speed is 1150 rpm, in the case of the EDM with graphene powder reveals that the processing time was reduced 3.7 %, the inlet reaming rate was reduced 3.1 %, the outlet reaming rate was reduced 8.2 %, and the average surface roughness was reduced 38.84 %.

關鍵字(中)

★ 微孔放電加工
★ Inconel 718鎳基合金
★ 石墨烯粉末

關鍵字(英)

★ Micro-hole electrical discharge machining
★ Inconel 718 nickel based superalloy
★ Graphene powder

論文目次

INCONEL 718 鎳基超合金添加石墨烯粉末微孔放電加工之研究 II
摘要 II
ABSTRACT III
誌謝 IV
目錄 V
圖目錄 VII
表目錄 X
第一章緒論 1
1-1 研究背景 1
1-2 研究動機及目的 3
1-3文獻回顧 4
1-3-1電極形狀對加工影響文獻回顧 4
1-3-2添加粉末對加工影響文獻回顧 5
1-4 研究方法 7
第二章實驗原理 8
2-1 放電加工的基礎理論 8
2-1-1 放電加工原理 8
2-1-2 材料移除機制 9
2-1-3 放電加工參數及其影響 12
2-2 添加粉末改善加工特性之原理 15
第三章實驗設備、材料及方法 16
3-1 實驗設備 16
3-2 實驗材料 22
3-2-1 工件材料 22
3-2-2 電極材料 23
3-2-3 放電加工液(介電液) 23
3-2-4 添加粉末(石墨烯) 23
3-3 實驗方法 25
3-4 實驗觀察項目 31
3-4-1 加工時間 31
3-4-2 電極消耗率 31
3-4-3 入口孔徑及出口孔徑 31
3-5 實驗流程 33
第四章實驗結果與討論 34
4-1 添加石墨烯粉末之影響 34
4-2 加工參數之影響 43
4-2-1 峰值電流之影響 43
4-2-2 間隙電壓之影響 51
4-2-3 脈衝時間之影響 58
4-2-4 電極轉速之影響 64
第五章結論與建議 72
5-1 結論 72
5-2 未來展望 74
1. 於微孔加工中增加超音波輔助的效果研究 74
2. 採用分段式電極進行微孔加工 74
參考文獻 75

圖目錄
圖2-1 放電加工示意圖[21] 9
圖2-2 放電加工材料移除機制示意圖[22] 11
圖2-3 放電加工波形示意圖[22] 14
圖2-4 導電粉末對加工狀態影響示意圖[22] 15
圖3-1 放電加工機 16
圖3-2 線放電研削機構 17
圖3-3 CNC線切割放電加工機 18
圖3-4 精密電子天平 18
圖3-5 去離子水系統 19
圖3-6 超音波洗淨機 19
圖3-7 金相研磨拋光機 20
圖3-8 數位示波器 20
圖3-9 顯微影像量測儀 21
圖3-10 雷射共軛焦顯微鏡 21
圖3-11 實驗工件實體圖 22
圖3-12 石墨烯粉末實體圖 23
圖3-13 微孔放電加工設備示意圖 25
圖3-14 碳化鎢電極外形單邊缺口修整程序示意圖 27
圖3-15 缺口電極外形示意圖 28
圖3-16 孔徑量測示意圖 32
圖4-1 添加與未添加石墨烯粉末之加工時間關係圖 37
圖4-2 添加與未添加石墨烯粉末之電極消耗關係圖 37
圖4-3 添加與未添加石墨烯粉末之電極加工後形貌 38
圖4-4 添加與未添加石墨烯粉末之入、出口孔洞形貌 38
圖4-5 添加與未添加石墨烯粉末之入口孔徑關係圖 39
圖4-6 添加與未添加石墨烯粉末之出口孔徑關係圖 39
圖4-7添加與未添加石墨烯粉末之共軛聚焦顯微鏡微孔內壁比較(正極性加工、峰值電流2A、脈衝時間10μs、衝擊係數40%、間隙電壓40V、電極轉速1150rpm與開路電壓200V) 41
圖4-8添加與未添加石墨烯粉末之輪廓線圖比較 42
圖4-9 峰值電流與加工時間之關係圖 45
圖4-10 峰值電流與電極消耗率之關係圖 45
圖4-11 不同峰值電流下之加工後電極形貌 46
圖4-12 峰值電流與入口孔徑之關係圖 48
圖4-13 峰值電流與出口孔徑之關係圖 48
圖4-14 不同峰值電流下之入、出口孔徑形貌 50
圖4-15 不同峰值電流下之微孔內壁表面形貌SEM圖(1000倍) 50
圖4-16 間隙電壓與加工時間之關係圖 52
圖4-17 間隙電壓與電極消耗率之關係圖 52
圖4-18 不同間隙電壓下之電極加工後形貌 53
圖4-19 間隙電壓與入口孔徑之關係圖 55
圖4-20 間隙電壓與出口孔徑之關係圖 55
圖4-21 不同間隙電壓下之入、出口孔洞形貌 57
圖4-22 不同間隙電壓下之微孔內壁表面形貌SEM圖(1000倍) 57
圖4-23 脈衝時間與加工時間之關係圖 59
圖4-24 脈衝時間與電極消耗率之關係曲線圖 59
圖4-25 不同脈衝時間下之電極加工後形貌 60
圖4-26 脈衝時間與入口孔徑之關係圖 61
圖4-27 脈衝時間與出口孔徑之關係圖 62
圖4-28 不同脈衝時間下之入、出口孔洞形貌 63
圖4-29 不同脈衝時間下之微孔內壁表面形貌SEM圖(1000倍) 63
圖4-30 電極轉速與加工時間之關係圖 64
圖4-31 電極轉速與電極消耗率之關係圖 65
圖4-32 不同電極轉速下之電極加工後形貌 65
圖4-33 電極轉速與入口孔徑之關係圖 67
圖4-34 電極轉速與出口孔徑之關係圖 68
圖4-35 不同電極轉速下之入、出口孔洞形貌 69
圖4-36 不同電極轉速下之微孔內壁表面形貌SEM圖(1000倍) 70
圖4-37 不同參數之共軛聚焦顯微鏡微孔內壁比較(正極性加工、峰值電流2A、脈衝時間10μs、衝擊係數40%、間隙電壓50V與開路電壓200V) 71

表目錄
表3-1 放電加工機電氣參數表 17
表3-2 Inconel 718合金成分表 22
表3-3 碳化鎢電極材料特性表 23
表3-4石墨烯粉末性質 24
表3-5 WEDG修製電極缺口參數 28
表3-6 微孔放電加工前導實驗加工參數 29
表3-7 微孔放電加工單因子實驗參數 30

參考文獻

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指導教授

崔海平(Hai-Ping Tsui)

審核日期

2021-8-17

推文