使用電泳沉積研磨加工改善放電微孔精度之研究

以作者查詢圖書館館藏

、以作者查詢臺灣博碩士

、以作者查詢全國書目

、勘誤回報

、線上人數：17

、訪客IP：18.218.38.125

姓名

黃士瑋(Shih-Wei Huang) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

使用電泳沉積研磨加工改善放電微孔精度之研究
(Use Electrophoretic deposition combined with micro ultrasonic grinding to enhance the precision of micro holes)

相關論文

★ 運用化學機械拋光法於玻璃基板表面拋光之研究	★ 電泳沉積輔助竹碳拋光效果之研究
★ 凹形球面微電極與異形微孔的成形技術研究	★ 運用電泳沉積法於不鏽鋼鏡面拋光之研究
★ 電化學結合電泳精密拋光不銹鋼之研究	★ 純水中的電解現象分析與大電流放電加工特性研究
★ 結合電化學與電泳沉積之微孔複合加工研究	★ 放電加工表面改質與精修效果之研究
★ 汽車熱交換器用Al-Mn系合金製程中分散相演化及再結晶行為之研究	★ 磁場輔助微電化學銑削加工特性之研究
★ 磁場輔助微電化學鑽孔加工特性之研究	★ 微結構電化學加工底部R角之改善策略分析與實做研究
★ 加工液中添加Al-Cr混合粉末對工具鋼放電加工特性之影響	★ 不同加工液（煤油、蒸餾水、混合液）對鈦合金（Ti-6Al-4V）放電加工特性之影響
★ 放電與超音波振動複合加工添加TiC及SiC粉末對Al-Zn-Mg系合金加工特性之影響	★ 添加石墨粉末之快速穿孔放電加工特性研究

檔案

[Endnote RIS 格式]

[Bibtex 格式]

[相關文章]

[文章引用]

[完整記錄]

[館藏目錄]

[檢視]

[下載]

本電子論文使用權限為同意立即開放。
已達開放權限電子全文僅授權使用者為學術研究之目的，進行個人非營利性質之檢索、閱讀、列印。
請遵守中華民國著作權法之相關規定，切勿任意重製、散佈、改作、轉貼、播送，以免觸法。

摘要(中)

利用微細電極進行放電鑽孔是很經濟的微孔加工方式，但是放電時因為電極消耗的關係，造成微孔的精度不夠理想。為解決此問題，本實驗結合微放電與電泳沉積現象，並進行超音波振動研磨來獲得微孔精度的改善。
在預備實驗時，先針對電泳沉積找尋最佳條件，因為電泳沉積效應會讓磨粒有效的吸附在研磨工具電極上，增加超音波振動研磨的效果；經由實驗結果得知當沉積時間為6分鐘、溶液酸鹼值pH8、外加電場30V、SiC濃度15wt%、電極旋轉速率50rpm為電泳沉積最佳參數。之後將電極修整成所需的尺寸與形狀，並利用此電極對鈦合金工件進行微能量放電鑽孔。然後電泳沉積與超音波振動對微孔進行研磨拋光加工，以改善放電微孔的精度。
由實驗結果可知當超音波振幅為5μm、電極轉速為50rpm、使用階級差電極及缺口電極進行加工時，其真直度改善率可達56%，而孔內壁的表面粗糙度可達到Rz=0.449μm，另外使用階級差電極進行電泳沉積研磨，可得到最佳的真圓度。綜合上述實驗結論可知，此種複合加工方式確實提昇微孔的精度。

摘要(英)

Drilling micro hole with micro-electric discharge machining (Micro-EDM) is an economic machining method. However, because of the electrode wearing, the precision of micro hole is not well enough. For solving this problem, we combined Micro-EDM, electrophoretic deposition (EPD) and ultrasonic vibration grinding to get high precision shaft with better inner surface.
Before experiment, we searched the best parameters of EPD first. Because loose abrasive grains are attracted to grinding tool (electrode) and fixed on the tool surface by EPD, this phenomenon will increase the ultrasonic vibration grinding efficiency, and we found 6 min(deposition time), pH8, 30V(potential), SiC 15wt%(concentration of slurry), 50rpm(electrode rotation rate) are the best parameters. After the process above, we modified the electrode shape with WEDG and drilled the micro hole on titanium alloy by the electrode that had made. Then improved the precision of micro hole by combination of EPD and ultrasonic vibration grinding.
As the result, when we set amplifier to be 5μm, electrode rotation rate to be 50rpm, and use stepped or breached electrode, the improvement of straightness will be up to 56%. And the inner surface roughness will be 0.449μm(Rz). Besides, using stepped electrode will get the best roundness. So this composite machining process was efficient method to improve the precision of micro holes.

關鍵字(中)

★ 微放電加工
★ 超音波振動研磨
★ 電泳
★ 線切割研磨

關鍵字(英)

★ Ultrasonic vibration grinding
★ Electrophoretic deposition
★ WEDG
★ Micro-EDM

論文目次

總目錄
摘要 I
目錄 III
謝誌 IV
圖目錄 VII
表目錄 X
第一章緒論 1
1-1研究動機 1
1-2研究背景 1
1-3研究方向 2
第二章基本原理 4
2-1放電加工 4
2-1-1放電加工簡史與發展 4
2-1-2放電加工基本原理 5
2-1-3線切割放電加工基本原理 7
2-1-4放電加工的材料去除機制 8
2-1-5放電加工的優缺點 11
2-1-6放電加工參數 12
2-2超音波研磨加工 15
2-2-1超音波加工基本原理 15
2-2-2超音波加工的材料去除機構 16
2-2-3超音波的優缺點 16
2-2-4超音波錐體及喇叭的種類 17
2-2-5超音波振動子 18
2-2-6工具的安裝 19
2-2-7磨料的供給方法 19
2-3電泳沉積法 20
2-3-1電泳簡史與發展 20
2-3-2電雙層理論 21
2-3-3電荷動力學 22
2-3-4粉體粒子表面電荷來源 22
2-3-5電泳沉積法原理 24
2-3-5-1電泳沉積方式 24
2-3-5-2電泳沉積速率 24
2-3-6電泳沉積法應用在加工上 26
第三章實驗設備、材料及方法 28
3-1實驗設備 28
3-2放電迴路與送線機構介紹 39
3-2-1 放電迴路 39
3-2-2 送線機構 42
3-3實驗材料 46
3-4實驗方法 50
3-4-1上機實作前預備實驗(找尋電泳沉積的最佳條件) 50
3-4-2結合電泳沉積的超音波振動研磨加工 51
第四章結果與討論 59
4-1電泳沉積的效果 60
4-1-1沉積時間 61
4-1-2溶液的酸鹼值 62
4-1-3電壓 63
4-1-4磨漿(碳化矽)濃度 64
4-1-5上機時沉積時間 65
4-1-6電極轉速 66
4-2配合電泳沉積之超音波研磨加工結果與討論 67
4-2-1超音波振幅的影響 69
4-2-2工具電極轉速的影響 70
4-2-3階級差電極的影響 71
4-2-4使用階級差電極時超音波振幅的影響 74
4-2-5有缺口的工具電極 75
4-2-6階級式的工具電極(有缺口) 80
4-3表面改善情形 82
4-4真圓度 86
第五章結論 88
第六章未來展望 90
參考文獻 91
圖目錄
圖2-1放電加工示意圖 6
圖2-2線切割加工示意圖 7
圖2-3放電加工材料去除機構示意圖 10
圖2-4放電加工波形示意圖 14
圖2-5超音波振動加工示意圖 15
圖2-6喇叭的種類 18
圖2-7電雙層示意圖 21
圖2-8電泳沉積應用於研磨加工示意圖 27
圖3-1主要設備示意圖 33
圖3-2主要設備實體圖 34
圖3-3送線機構圖 34
圖3-4超音波加工機 35
圖3-5超音波振幅與輸入電壓之校正曲線 36
圖3-6顯微放大器(CCD) 36
圖3-7顯微量測系統 37
圖3-8掃瞄式電子顯微鏡 37
圖3-9 CNC線切割放電加工機 38
圖3-10放電迴路示意圖 40
圖3-11送線機構示意圖 43
圖3-12定速馬達驅動流程圖 44
圖3-13張力機構示意圖 44
圖3-14扭力馬達驅動流程圖 45
圖3-15實驗流程圖 53
圖3-16超硬合金電極修整示意圖 54
圖3-17上機前電泳沉積實驗示意圖 54
圖3-18經過電泳沉積後電極外觀圖 55
圖3-19修整完成之圓柱階梯形電極示意圖 55
圖3-20修整完成之圓柱階梯缺口形電極示意圖 56
圖3-21結合電泳沉積的超音波研磨加工示意圖 57
圖3-22經電泳沉積後超音波振動研磨機制圖 58
圖4-1電泳沉積時間與厚度關係圖 61
圖4-2漿料酸鹼值與電泳沉積厚度關係圖 62
圖4-3電壓與電泳沉積厚度關係圖 63
圖4-4碳化矽濃度與電泳沉積厚度關係圖 64
圖4-5上機時電泳沉積時間與厚度關係圖 65
圖4-6電極轉速與電泳沉積厚度關係圖 66
圖4-7超音波振幅與入出口孔徑差改善率之關係圖 69
圖4-8電極轉速與入出口孔徑差改善率之關係圖 70
圖4-9階級差電極研磨加工示意圖 72
圖4-10階級差電極示意圖 72
圖4-11電極階級差與入出口孔徑差改善率之關係圖 73
圖4-12使用階級差電極時超音波振幅與入出口孔徑差改善率關係圖 74
圖4-13缺口電極示意圖 76
圖4-14利用有缺口電極進行純放電鑽孔及放電後再經超音波研磨之入出口孔徑差改善率比較圖 77
圖4-15有缺口電極加工磨損示意圖 77
圖4-16加工後電極圖 78
圖4-17階級式電極(有缺口)示意圖 80
圖4-18固定階級電極之缺口寬度與入出口孔徑差改善率之關係圖 81
圖4-19階級差電極所加工出的微孔剖面圖 83
圖4-20不同加工方式的微孔內壁表面SEM圖 83
圖4-21以AFM量測經微放電加工微孔內壁表面情況(2D) 84
圖4-22以AFM量測經研磨加工後微孔內壁表面情況(2D) 84
圖4-23以AFM量測經微放電加工微孔內壁表面情況(3D) 85
圖4-24以AFM量測經研磨加工後微孔內壁表面情況(3D) 85
圖4-25不同形狀電極的電泳沉積研磨效果比較圖 87
圖4-26不同形狀電極經電泳沉積研磨後之微孔出口圖 87
表目錄
表3-1 LS-250 放電加工機規格 29
表3-2超音波加工機規格 35
表3-3 HV段數與繼電器的開關動作關係表 41
表3-4 碳化鎢材料之機械性質 47
表3-5 73黃銅線之機械性質 48
表3-6鈦的組成與機械性質 48
表3-7碳化矽之機械性質與粒徑大小 49
表3-8氫氧化鈉之化學性質 49
表3-9微孔放電加工之實驗參數表 56
表4-1選用之電泳沉積參數 68
表4-2 Mohs硬度尺 79

參考文獻

1.C. L. Kuo, T. Masuzawa, A Micro-Pipe Fabrication Process, Proc. Of IEEE MEMS’91, pp.80-85, 1991.
2.T. Masuzawa, M. Fujino, K. Kobayashi and T. Suzuki, Wire Electro-Discharge Grinding for Micro-Machining, Annals of the CIRP, 34, 1, pp.431-434, 1985.
3.K. Kagaya, Y. Oishi, K. Yada, Micro-electrodischarge machining using water as a working Fluid-I: Micro-hole Drilling, Precision Engineering, 8, 3, pp.156-162, 1986.
4.T. Masuzawa, M. Yamamoto and M. Fujino, A Micropunching System Using Wire-EDM, Proc. Of Int’l Symposium for Electromachining(ISEM-9), pp.86-89, 1989.
5.K. Kagaya, Y. Oishi, K.Yada, Micro-electrodischarge machining Using Water as a working Fluid-2: Narrow Slit Fabrication, Precision Engineering, 12, 4, pp.213-217, 1990.
6.W. Ehrfeld and H. Lehr, Deep X-Ray Lithography for the production of three-dimensional microstructures from metals, polymers and ceramics, Radiat. Phys. Chem. Vol.45 No.3, pp349-365, 1995.
7.Xi-Qing Sun, T. Masuzawa, M. Fjino, Micro ultrasonic machining and its applications in MEMS, Sensors and actuators A:Physical, 57, 2, pp.159-164, 1996.
8.Domoiniek Reynaerts, Paul-Henri’s Heeren, Hendrik Van Brussel, Microstructuring of silicon by electro-discharge machining(EDM) part I: theory, Sensors and actuators A:Physical, 60, 1-3, pp.212-218, 1997.
9.Seong. S. Choi, M. Y. Jung, D. W. Kim, M. A. Yakshin, J. Y. Park, Y. Kuk, Frabrication and microelectron gun arrays using laser micromachining, Microelectronic Engineering, 41-42, pp.167-170, 1998.
10.R. K. Kupka, F. Bouamrance, C. Cremers, S. Megtert, Microfabrication: LIGA-X and applications, Applied Surface Science, 164, 1-4, pp.97-110, 2000.
11.A Cheng Wang, Biing Hwa Yan, Xiang Tai Li, Fuang Yuan Huang, Use of micro ultrasonic vibration lapping to enhance the precision of microholes drilled by micro electro-discharge machining, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 42, pp.915-923, 2002.
12.張榮顯著，”磁力研磨加工應用於放電加工表面改善之研究”，國立中央大學碩士論文，2001
13.張渭川編譯，”放電加工的結構與實用技術”，復漢出版社
14.鳳誠三郎、蒼藤尚雄，”放電加工”，復漢出版社
15.蘇品書編著，”線切割放電加工”，復漢出版社
16.賴耿陽，”超音波工學理論實務”，復漢出版社
17.蘇品書譯著，”特殊加工”，復漢出版社
18.G. E. Miller, Special Theory of Ultrasonic Machining, Journal of Applied physical Vol.28, No.2, pp.149~156, 1957.
19.張有義、郭蘭生，”膠體及界面化學入門”，高立圖書有限公司
20.H. C. Hamaker, “Physical”, 4 (1937) 1058-64.
21.K. Takahata, S. Aoki and T. Sato, Fine Surface Finishing Method for 3-Dimensional micro Structures, IEEE, pp.73-78, 1996.
22.卓漢明著，”鈦合金(Ti-6Al-4V)之微細放電加工特性研究”，國立中央大學博士論文，1999
23.劉國雄、林樹均、李勝隆、鄭晃忠、葉均蔚，”工程材料科學”，全華科技圖書股份有限公司。

指導教授

顏炳華(Biing-Hwa Yan)

審核日期

2003-7-1

推文