具極短脈衝之三維電化學加工之實驗與分析

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張崇新(Chung-hsin Chang) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

具極短脈衝之三維電化學加工之實驗與分析
(Experiment and Aalysis of 3-D Electrochemical Machining with Ultra Short pulses voltage)

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摘要(中)

電化學（Electrochemical Machining，簡稱ECM）擁有加工速度快、刀具電極不易損壞、加工材料不受硬度限制、無表面應力及表面粗糙度佳的優勢，再加上及短脈衝相輔，能使精度達到數微米，此方法具有極大的發展潛力。本文利用單一因子法針對鑽孔與側邊加工進行研究，其變因包括:操作電壓、頻率、脈衝放電時間、加工深度、進給速度、特性吸附，並分析各項變因與加工精度之關係。最後由刀具電極直徑50μm製作出孔徑約70μm成品和溝槽寬度約60μm的成品。

摘要(英)

Electrochemical Machining (ECM) has numerous advantages, such as high metal removal rate, no tool wear, regardless of material hardness, no surface stress on the workpiece and good surface roughness. Furthermore, by using ultra short pulses, the machining precision can even reach several micrometers and make this method a great developing potential. In this paper, the single factor method was used to analyze the influences of machining parameters, including electrolyte concentration, applied voltage, pulse frequency, pulse duration, hole depths, tool electrode feed rates and ions specifically adsorbed, On the micro electrochemical drilling and side cutting. Finally, a micro-hole with 70μm diameter and a micro-channel with 60μm width were fabricated by using a WC tool electrode of 50μm diameter.

關鍵字(中)

★ 特性吸附離子
★ 微電化學
★ 側邊加工
★ 脈衝電壓

關鍵字(英)

★ Pulse voltage
★ Micro electrochemical
★ Side cutting
★ Specifically adsorbed ions

論文目次

目錄
摘要……………………………………………………………………….I
Abstract II
表目錄 VI
圖目錄 VII
符號說明 X
第一章緒論 1
1-1 前言 1
1-2電化學加工 1
1-3 微機電系統 4
1-4 文獻回顧 5
1-5 研究目的 11
第二章理論基礎 13
2-1 電化學加工基本理論 13
2-2電雙層理論 15
2-2.1電流效率與電流密度……………….…………………..16
2-2.2電解液導電度 17
2-3 電化學反應式 18
2-4 極化(polarization) 19
第三章實驗設備與步驟 22
3-1實驗設備 22
3-1.1 機台結構設計 22
3-1.2 刀具進給控制系統 23
3-1.3 脈衝電源供應系統 24
3-1.4 伺服馬達 25
3-2 實驗材料 25
3-2.1 電解液 25
3-2.2 陰極刀具 25
3-2.3 陽極工件 26
3-3 實驗步驟及注意事項 26
第四章結果與討論 28
4-1 鑽孔 28
4-1.1 電解液濃度 28
4-1.2 操作電壓 30
4-1.3 頻率 31
4-1.4 脈衝放電時間 32
4-1.5 加工深度 34
4-1.6 進給速度 34
4-1.7 進刀與不進刀之比較 36
4-1.8 特性吸附 36
4-2 側邊加工 38
4-2.1 操作電壓 38
4-2.2 頻率 39
4-2.3 脈衝放電時間 40
4-2.4 加工深度 41
4-2.5 有無貫穿之側邊加工長度比較 41
4-3 實驗成果 42
第五章結論 44
5-1 結論 44
5-2 未來展望 45
參考文獻 46
附表 49
附圖 50
表目錄
表 2-1 HCl在不同濃度下之導電度 49
圖目錄
圖 1-1 微電化學加工系統示意圖[2] 50
圖 2-1 電雙層[23] 50
圖 2-2 等效電路圖 51
圖 3-1 實驗裝置設備圖 51
圖 3-2 3-D懸臂式機械手臂 52
圖 3-3 3-D實體加工機台 52
圖 3-4 示波器(上)與脈衝電源供應器(下) 53
圖 4-1 濃度0.2M與0.3M之IV曲線圖 53
圖 4-2 各種濃度下之加工圖，a:0.1M、b:0.2M、c:0.3M、d:0.4M，代號1為頂孔，代號2為底孔…………………………………..54
圖 4-3 電解液濃度與過切量之關係圖 55
圖 4-4 電解液濃度與錐度之關係圖 55
圖 4-5 圖a:3V、b:3.5V、c:4V、d:4.5V、e:5V表示操作電壓之加工圖，1表示頂孔，2表示底孔……………….…………..…………56
圖 4-6 操作電壓與過切量之關係圖 57
圖 4-7 操作電壓與錐度之關係圖 57
圖 4-8 在實驗即將貫穿底孔時，其工件底部就有氫氣泡附著在工件底部………………………………………………...…………..58
圖 4-9 圖a:0.2MHz、b:0.4MHz、c:0.6MHz、d:0.8MHz、e:1MHz表示脈衝頻率之加工圖，代號1表示頂孔，代號2表示底孔….59
圖4-10 脈衝頻率與過切量之關係圖 60
圖 4-11 脈衝頻率與錐度之關係圖 60
圖 4-12 脈衝放電時間與過切量之關係圖 61
圖 4-13 圖a:30ns、b:40ns、c:50ns、d:60ns、e:70ns表示脈衝放電時間之加工圖，代號1表示頂孔，代號2表示底孔……..…62
圖 4-14 脈衝放電時間與錐度之關係圖 63
圖 4-15 加工深度與過切量之關係圖 63
圖 4-16 進給速率與過切量之關係圖 64
圖 4-17 進給速率與錐度之關係圖 64
圖 4-18 在不進刀情況下過切量和時間之關係圖 65
圖 4-19 進刀與不進刀之加工時間與過切量之關係圖 65
圖 4-20 Grahame之電雙層模型(a)無特性吸附時為正值之示意圖，(b)有特性吸附時為負值之示意圖[35]…………………....66
圖 4-21 特性吸附之加工時間與過切量之關係圖 66
圖 4-22 圖a:3V、b:3.5V、c:4V、d:4.5V、e:5V表示操作電壓之加工圖，代號1表示上方溝槽，代號2表示下方溝槽…………….67
圖 4-23 操作電壓與過切量之關係圖 68
圖 4-24 操作電壓與錐度之關係圖 68
圖 4-25 圖a:0.2MHz、b:0.4MHz、c:0.6MHz、d:0.8MHz、e:1MHz分別表示脈衝頻率之加工圖，代號1表示上方溝槽，代號2表示下方溝槽…………………………………………………...69
圖 4-26 脈衝頻率與過切量之關係圖 70
圖 4-27 脈衝頻率與錐度之關係圖 70
圖 4-28 圖a:30ns、b:40ns、c:50ns、d:60ns、e:70ns表示脈衝放電時間之加工圖，代號1表示頂孔，代號2表示底孔…………71
圖 4-29 脈衝放電時間與頂端過切量之關係圖 72
圖 4-30 脈衝放電時間與底端過切量之關係圖 72
圖 4-31 脈衝放電時間與錐度之關係圖 73
圖 4-32 側邊加工深度與過切量之關係圖…………………………...73
圖 4-33 在厚度100μm與200μm的鎳基材做深度100μm之側邊加工，比較有無貫穿底部之加工方式與過切量之關係圖….....74
圖 4-34 鑽孔之較佳參數:電解液濃度0.2M，脈衝頻率1MHz，操作電壓3V脈衝放電時間30ns，進給速度0.05μm/s，(a)頂孔，(b)底孔………………………………………………………..75
圖 4-35 側邊加工之較佳參數:電解液濃度0.2M，脈衝頻率1MHz，操作電壓3V，脈衝放電時間40ns，進給速度0.05μm/s (a)上方溝槽，(b) 下方溝槽............................................................76
圖 4-36 側邊加工之較佳化參數所製作出之蛇行流道 77
圖 4-37 側邊加工之較佳化參數所製作出之2D為散熱器 77
圖 4-38 側邊加工三角形柱 78

參考文獻

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35. 吳浩青、李永舫編著，電化學動力學，科技圖書(2001)

指導教授

洪勵吾(Hourng, Lih-Wu)

審核日期

2009-7-13

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