純水中的電解現象分析與大電流放電加工特性研究

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鄭宜峰(Yi-feng Cheng) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

純水中的電解現象分析與大電流放電加工特性研究
(A study of electrolysis and high currentElectrical Discharge Machining in pure water)

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摘要(中)

由於放電加工不受限於工件強度及硬度的影響，只要工件具導電性即可加工，對於加工硬質材料具有極優秀的能力，但缺點是加工速度低，且以煤油為加工液，大能量放電可能有燃燒的危險，且會有環境污染的疑慮。故為了提升加工速度、改善加工環境，因此本實驗以大電流、純水加工液為實驗方向。但採用純水時，會產生電解的現象，影響加工效率及精度。故本研究先探討純水中產生的電解現象，並於純水中進行大電流放電加工，探討其加工特性。
經由電解實驗可知，電極椄正極時，受到的電解腐蝕較嚴重。電壓越大及間隙越小時，由於電場強度較大，使得電解越嚴重。並且發現到，電極旋轉及改變電極材料都能有效減低電解的破壞。
純水中大電流放電加工實驗中，電極接負極時消耗較多。並且在電流倍數增加時，材料移除率也幾乎以倍數提高，只不過當電極尺寸不夠大時，大電流下放電會使電極消耗過快。實驗也發現，增加脈衝時間與縮小休止時間，都具有減低電極消耗的能力，且適當的工作時間，更可以提升排渣效果及加工速度。此外，當以大電流進行放電加工時，可以得到較為平整的加工面。

摘要(英)

Electrical Discharge Machining (EDM) enable to machine high hardness material. However, low machining speed is it’s weakness. So, rising current is an effective method for increasing machining speed. Due to kerosene could be fired in high current; hence pure water is used as dielectric in EDM. Nevertheless, electrolysis will be happened when water is used. Therefore, this research investigates the influence of electrolysis and high current EDM in pure water.
In the electrolysis experiment, it is found that electrode is corroded seriously when its polarity is positive. Higher voltage and smaller gap lead to electrolysis corrosion more seriously. Furthermore, rotating electrode and changing electrode’s material can reduce corrosion effectively.
In the experiment of high current EDM by water-based dielectric, the higher electrode wear ratio is found during negative polarity machining. It is also confirmed that material removal rate increases with rising current. Beside, longer pulse on time and shorter off time can reduce electrode wear rate. In addition, a proper working duration can improve debris flushing for rising working efficiency. In high current EDM, the surface roughness of workpiece is fine.

關鍵字(中)

★ 純水
★ 電解
★ 大電流
★ 放電加工

關鍵字(英)

★ pure water
★ electrolysis
★ high current
★ EDM

論文目次

摘要 i
Abstract ii
目錄 iii
圖目錄 vi
表目錄 ix
第一章緒論 1
1-1 研究背景 1
1-2 研究目的 3
第二章實驗原理 4
2-1放電加工原理 4
2-1-1放電加工簡介 4
2-1-2放電加工材料移除機制 5
2-1-3放電加工參數及其影響 8
2-1-4 放電加工特性 11
2-2電解原理 12
2-2-1 電解作用簡介 12
2-2-2 電解作用原理 12
2-2-3 材料的電解特性 14
第三章實驗設備、材料與方法 16
3-1 實驗設備 16
3-1-1 X-Y-Z移動平台 16
3-1-2 線電極送線機構 18
3-1-3 Z軸電極旋轉夾持機構 19
3-1-4 電解槽 19
3-1-5 電源供應器 20
3-1-6 超音波振動清洗機 20
3-1-7 低真空掃瞄式電子顯微鏡(SEM) 21
3-1-8 去離子純水系統 21
3-1-9 大電流放電加工機 22
3-1-10 表面粗糙儀 23
3-1-11 CNC線切割放電加工機 23
3-2 實驗材料 24
3-2-1 電解實驗之材料 24
3-2-2 大電流放電加工實驗之材料 25
3-3 實驗方法 26
3-3-1 電解實驗之實驗過程 27
3-3-2 大電流放電加工實驗之實驗過程 30
第四章結果與討論 31
4-1 電解實驗之結果與討論 31
4-1-1 碳化鎢電極為正極時，電解現象與不同參數之探討 31
4-1-2 碳化鎢電極為負極時，電解現象與不同參數之探討 39
4-1-3 碳化鎢電極為正方形時，電解現象之探討 45
4-1-4 以純鎢作為電極時，電解現象之探討 46
4-2 大電流放電加工實驗之結果與討論 50
4-2-1 不同極性對MRR與EWR之影響 50
4-2-2 不同電流對MRR與EWR之影響 52
4-2-3 不同脈衝時間對MRR與EWR之影響 53
4-2-4 不同休止時間對MRR與EWR之影響 55
4-2-5 不同工作時間對MRR與EWR之影響 56
4-2-6 不同參數對加工表面之影響 57
第五章結論 64
參考文獻 67
圖目錄
圖2.1 放電加工示意 5
圖2.2 放電加工的材料移除機制示意圖 7
圖2.3 放電加工之電壓、電流波形示意圖 10
圖3.1 放電加工機之平台 17
圖3.2 線電極送線機構示意 17
圖3.3 Z軸電極旋轉夾持機構示意 18
圖3.4電源供應器 20
圖3.5 CREST超音波洗淨機 20
圖3.6 低真空掃瞄式電子顯微鏡(SEM) 21
圖3.7 Barnstead D4741 NANOpure去離子水系統 21
圖3.8 大電流放電加工機 22
圖3.9 表面粗糙儀 23
圖3.10 CNC線切割放電加工機 23
圖3.11 實驗流程圖 26
圖3.12 電極修整示意圖 27
圖3.13 電解實驗示意圖 29
圖4.1 正極性電解現象產生之分解圖 32
圖4.2 正極性在不同電壓下，電極表面形貌 34
圖4.3氣泡造成的絕緣狀態示意圖 34
圖4.4 正極性在不同極間間隙下，電極表面形貌 36
圖4.5 正極性在不同電解時間下，電極表面形貌 37
圖4.6 正極性在不同電極轉速下，電極表面形貌 38
圖4.7 負極性電解現象產生之分解圖 40
圖4.8 負極性在不同電壓下，電極表面形貌 41
圖4.9 負極性在不同極間間隙下，電極表面形貌 42
圖4.10 負極性在不同電解時間下，電極表面形貌 43
圖4.11 負極性在不同電極轉速下，電極表面形貌 44
圖4.12 正方形電極在不同時間下，電解後之電極表面形貌 45
圖4.13 純鎢電極在不同電壓下，電解後之電極表面形貌 47
圖4.14 純鎢電極在不同間隙下，電解後之電極表面形貌 48
圖4.15 純鎢電極在不同時間下，電解後之電極表面形貌 49
圖4.16 不同極性之加工效率 50
圖4.17 純水中放電時，兩極能量密度的差異 51
圖4.18 不同電流之加工效率 52
圖4.19 不同脈衝時間之加工效率 54
圖4.20 不同脈衝時間之電極消耗比 54
圖4.21 不同休止時間之加工效率 55
圖4.22 不同工作時間之加工效率 56
圖4.23 不同工作時間之電極消耗比 56
圖4.24 不同電流之表面粗糙度 58
圖4.25 不同電流之SEM圖 59
圖4.26 不同電流之再鑄層 59
圖4.27 不同脈衝時間之SEM圖 59
圖4.28 不同脈衝時間之表面粗糙度 60
圖4.29 不同休止時間之表面粗糙度 60
圖4.30 不同休止時間之SEM圖 63
圖4.31 不同工作時間之SEM圖 64
圖4.32 不同工作時間之表面粗糙度 64

參考文獻

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指導教授

顏炳華(Biing-hwa Yan)

審核日期

2008-7-12

推文