| 姓名 |
黃建堯(Chien-Yao Huang)
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機械工程學系 |
| 論文名稱 |
凹形球面微電極與異形微孔的成形技術研究
(Research of concave sphere electrode and special-shaped micro-holes fabrication technology)
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| 摘要(中) |
由於微細孔在微機電系統(Micro-Electro Mechanical Systems)、微機械元件(micro-machine elements)與生物科技上應用得非常廣泛，因此如何製造出尺寸精密且形狀精度優良的微細孔洞，一直是微細製造技術所追求的目標。雖然微細孔的製造以圓形孔居多，但有些微流量閥則需要有較複雜的剖面形狀(如方形、三角形、多邊形等)且大深寬比的孔洞做為微射流孔(micro-fluidics holes)，因此如何加工出剖面不是圓形的精細異形微孔是我們這次的研究重點之一。此外，利用相似的技術所加工出來的盲孔也有其實用價值，例如可以當作微細夾具來使用，所以我們在此也探討微細盲孔的成形技術。
本研究採用一種結合微細放電及超音波振動研磨的複合加工方法，來製造高精度且大深寬比的異形微孔。若使用適當條件加工，超音波振動研磨加工後之微孔入出口平均邊長差與純放電加工後的微孔相比較，我們可以獲得入出口平均邊長差達到67.1 %的改善率。
另外，為了促使基因轉殖與動物複製技術，能夠在較有效率的環境下加工，夾持細胞用的微細電極夾具若能加以改良，相信就可以達到這個目標。基於這樣的原因，我們發展出一種結合微放電、微細磨粒研磨與磁力研磨的加工方法，製作出夾具的前端具有凹型球面盲孔的微細電極，而此夾具的凹型球面可使細胞的夾持更為迅速，有效的縮短複製技術的時間。目前採用此種加工方法，已經成功製造出直徑150 µm、中心深度50 µm的凹形球面微細電極，利用此球面電極來夾持豬胚胎，不但能快速達成目標，而且不需太專業的人員即可操作。 |
| 摘要(英) |
Research of concave sphere electrode and special-shaped micro-holes fabrication technology |
| 關鍵字(中) |
★ 超音波振動研磨
★ 微細放電加工
★ 凹形球面電極
★ 異形孔
★ 磁力研磨 |
關鍵字(英) |
★ concave sphere electrode
★ magnetic abrasive
★ special-shaped micro-holes
★ Micro-EDM
★ Ultrasonic vibration lapping |
| 論文目次 |
總目錄
摘要 Ⅰ
目錄 Ⅱ
圖目錄 Ⅴ
表目錄 Ⅷ
第一章 緒論 1
1-1研究動機 1
1-2實驗目標 3
第二章 基本原理 4
2-1放電加工 4
2-1-1放電加工基本原理 4
2-1-2放電加工材料去除機制 6
2-1-3放電加工的優缺點 8
2-1-4放電加工參數 9
2-2超音波研磨加工 12
2-2-1超音波加工基本原理 12
2-2-2超音波加工的材料去除機構 12
2-2-3超音波的優缺點 12
2-2-4超音波錐體及喇叭的種類 13
2-2-5超音波振動子 13
2-2-6工具的安裝 14
2-2-7磨料的供給方法 14
2-3磁力研磨原理 15
第三章 實驗設備、材料及方法 17
3-1實驗設備 17
3-2實驗材料 29
3-2-1 應用於凹形球面微電極的材料 29
3-2-2 應用於異形微孔的材料 30
3-3實驗方法 34
3-3-1凹形球面微電極加工過程 34
3-3-2異形微孔加工過程 41
第四章 結果與討論 45
4-1凹形球面微電極之研究結果與討論 45
4-1-1放電加工對凹形球面電極的影響 46
4-1-1-1極性的影響 46
4-1-1-2放電電流的影響 47
4-1-1-3脈衝時間的影響 50
4-1-1-4放電加工深度的影響 53
4-1-2磨料研磨與磁力研磨的影響 56
4-1-2-1磨料研磨對凹孔孔壁的影響 56
4-1-2-2磁力研磨對凹孔的影響 56
4-2異形微孔之研究結果與討論 60
4-2-1放電加工對異形微孔的影響 61
4-2-1-1極性的影響 61
4-2-1-2電流對異形微孔的影響 63
4-2-1-3脈衝時間對異形微孔的影響 67
4-2-2超音波振動研磨參數的影響 71
4-2-2-1電極進給率的影響 71
4-2-2-2電極階級差的影響 73
4-2-2-3超音波振幅的影響 76
4-2-2-4研磨後平均邊長差改善率 78
4-3凹形球面微電極的應用 79
第五章 結論 82
參考文獻 84
圖目錄
圖2-1放電加工示意圖 5
圖2-2放電加工材料去除機構示意圖 7
圖2-3放電加工波形示意圖 11
圖2-4超音波振動加工示意圖 14
圖2-5磁粒之作用力與磁場分佈示意圖 16
圖3-1(a)主實驗設備示意圖 20
圖3-1(b)主實驗設備實際照片 21
圖3-2(a) 凹形球面電極加工時的夾持機構相對位置圖 22
圖3-2(b) 異形微孔加工時的夾持機構相對位置圖 22
圖3-3超音波加工機 23
圖3-4超音波振幅與輸入電壓之校正曲線 24
圖3-5示波器 24
圖3-6三爪夾頭 25
圖3-7凹形電極夾具 25
圖3-8鈦板夾具 26
圖3-9顯微量測系統(1) 26
圖3-10顯微量測系統(2) 27
圖3-11超音波洗淨機 27
圖3-12精密電子天秤 28
圖3-13掃瞄式電子顯微鏡 28
圖3-14針灸針修整端面 36
圖3-15超硬合金電極修整 36
圖3-16修整後之超硬合金電極 37
圖3-17放電加工後之超硬合金電極與凹形電極 37
圖3-18放電加工後之超硬合金電極 37
圖3-19研磨後之超硬合金電極 38
圖3-20磁力研磨示意圖 38
圖3-21凹形球面微電極實驗流程圖 39
圖3-22修整完成之矩形電極示意圖 42
圖3-23加工鈦板示意圖 42
圖3-24異形微孔實驗流程圖 44
圖4-1正負極性加工比較圖 46
圖4-2放電電流與擴孔量之關係圖 48
圖4-3不同放電電流比較圖 48
圖4-4放電電流與凹孔深度之關係圖 49
圖4-5脈衝時間與擴孔量之關係圖 51
圖4-6脈衝時間與凹孔深度之關係圖 51
圖4-7不同脈衝時間比較圖 52
圖4-8放電加工深度與擴孔量之關係圖 54
圖4-9不同放電加工深度比較圖 54
圖4-10放電加工深度與凹孔深度之關係圖 55
圖4-11不同放電加工深度比較圖 55
圖4-12研磨前後之凹孔 57
圖4-13研磨時間與孔徑減少量之關係圖 58
圖4-14研磨時間與凹孔深度減少量之關係圖 58
圖4-15磁力研磨前後比較圖 59
圖4-16極性與電極消耗率之關係圖 62
圖4-17不同極性加工後之電極 62
圖4-18電流與電極消耗率之關係圖 64
圖4-19不同放電電流加工後之電極 64
圖4-20電流與材料去除率之關係圖 65
圖4-21不同放電電流加工後之微孔 65
圖4-22電流與入出口平均邊長差之關係圖 66
圖4-23不同放電電流加工後之微孔 66
圖4-24脈衝時間與電極消耗率之關係圖 68
圖4-25不同脈衝時間加工後之電極 68
圖4-26脈衝時間與材料去除率之關係圖 69
圖4-27不同脈衝時間加工後之微孔 69
圖4-28脈衝時間與入出口平均邊長差之關係圖 70
圖4-29不同脈衝時間加工後之微孔 70
圖4-30電極進給率與入出口平均邊長差之關係圖 72
圖4-31不同電極進給率加工後之微孔 72
圖4-32電極階級差與入出口平均邊長差之關係圖 74
圖4-33不同階級差加工後之微孔 75
圖4-34超音波振幅與入出口平均邊長差之關係圖 76
圖4-35不同超音波振幅加工後之微孔 77
圖4-36凹形球面微電極整體外觀 80
圖4-37凹形球面微電極尖端 80
圖4-38凹形電極作用於細胞融合圖 81
圖4-39平面電極作用於細胞融合圖 81
表目錄
表3-1 LS.30A 放電加工機規格 21
表3-2超音波加工機規格 23
表3-3 SUS 304 不鏽鋼之成份與性質 30
表3-4碳化鎢之性質 31
表3-5銅之性質 31
表3-6煤油之性質 32
表3-7碳化矽之性質 32
表3-8鋼砂之性質 33
表3-9鈦之性質 33
表3-10凹形球面電極放電加工的實驗參數表 40
表3-11凹形球面電極研磨加工的實驗參數表 40
表3-12異形微孔放電加工的實驗參數表 43
表3-13異形微孔超音波振動研磨加工的實驗參數表 43 |
| 參考文獻 |
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20. 余承業等著，”特種加工技術”，北京，國防工業出版社，pp.332-337 |
| 指導教授 |
黃豐元、顏炳華
(Fuang-Yuan Huang、Biing-Hwa Yan)
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審核日期 |
2002-7-3 |
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