在電解液中添加SiC對電化學放電線切割加工特性的影響

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宋尚霖(Shang-Lin Song) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

在電解液中添加SiC對電化學放電線切割加工特性的影響
(The effect of electrolyte mixed SiC on Wire Electrochemical Discharge Machining)

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摘要(中)

電化學放電加工(ElectroChemical Discharge Machining)技術在近年來常被運用在加工非導電材質上。其主要加工機制是在兩極間輸入超過臨界電壓之電壓值，利用打破氣泡形成的絕緣層產生火花放電的現象。藉由放電現象產生的熱熔融與衝擊效應，以及加工區域中的高溫讓電解液與工件能夠產生激烈的化學反應，進而達到去除材料的目的。在之前已經有學者利用上述的原理進行鑽孔及線切割的加工；但是在先前的電化學放電線切割加工的研究中，發現雖有不錯的材料去除率，但是其加工後的溝槽之直度與精度很差。於是本實驗利用添加磨粒進入電解液中，利用送線將磨粒帶入細微溝槽中進行研磨加工;以及將之前所使用的配重進給改良為往復型的進給機構，作一系列的討論。
本研究所使用的線電極為線徑0.25mm的黃銅線，選用的工件為厚度1.1mm的pyrex glass 1737f。在實驗中選擇了電氣參數、機械參數與磨粒參數等來對電化學放電線切割加工的加工特性做一系列的討論。最後可由實驗結果得知，能量輸入的多寡會直接影響到加工速度及切槽精度。在線張力較高與較快的送線速度下，會得到較好的加工品質。另外使用顆粒較細、濃度較濃的磨粒進行加工，可得到粗糙度低、擴槽量小的較高精度工件。

摘要(英)

Wire Electrochemical Discharge Machining, WECDM

關鍵字(中)

★ 電化學放電加工
★ 電化學放電線切割

關鍵字(英)

★ ElectroChemical Discharge Machining
★ Wire Electrochemical Discharge Machining

論文目次

總目錄
摘要 I
總目錄 II
圖目錄 IV
表目錄 VIII
壹、研究動機與背景 1
貳、加工原理 2
2-1電化學放電加工基本原理 2
2-2電化學放電線切割加工 6
2-3線切割放電加工參數 10
參、實驗設備與方法 12
3-1實驗材料 12
3-1-1電解液 12
3-1-2黃銅線電極 13
3-1-3石墨輔助電極 13
3-1-4碳化矽 14
3-1-5 Pyrex 1737f Glass 15
3-2自製簡易型線切割設備 17
3-2-1送線機構 17
3-2-2電解液供給系統 19
3-3其他實驗設備 20
3-4實驗流程 28
3-5實驗參數設定 29
3-6實驗步驟 30
肆、實驗結果與討論 32
4-1擴槽量 34
4-1-1電氣參數 35
4-1-1-1能量輸入頻率對於擴槽量的影響 35
4-1-1-2衝擊係數對於擴槽量的影響 41
4-1-2機械參數 45
4-1-2-1線張力對於擴槽量的影響 45
4-1-2-2送線速度對於擴槽量的影響 48
4-1-3磨粒參數 50
4-1-3-1磨粒濃度對於擴槽量的影響 50
4-1-3-2磨粒粒徑對於擴槽量的影響 53
4-2粗糙度 56
4-2-1電氣參數 57
4-2-2機械參數 61
4-2-3磨粒參數 65
4-3材料去除率 70
4-3-1電氣參數 71
4-3-2機械參數 74
4-3-3磨粒參數 77
4-4有無添加磨粒的加工特性比較 80
伍、結論及應用 89
參考文獻 92
圖目錄
圖2-1電化學放電加工示意圖 2
圖2-2電化學放電加工之去除機構示意圖 5
圖2-3電化學放電線切割的迴路示意圖 6
圖2-4配重進給的加工機構 7
圖2-5往復進給的加工機構 7
圖2-6電化學放電加工複合磨粒研磨之加工機制 8
圖2-7不同線電極進給方式的加工切槽比較圖 9
圖3-1線切割放電加工裝置之示意圖 17
圖3-2電源供應器 23
圖3-3顯微量測系統 23
圖3-4超音波洗淨器 24
圖3-5精密電子天秤 24
圖3-6示波器 25
圖3-7 TDK電流感應器 25
圖3-8表面粗糙度儀 26
圖3-9掃描式電子顯微鏡 26
圖3-10表面真空蒸鍍機 27
圖3-11 SXZ-2000張力計 27
圖3-12實驗流程圖 28
圖4-1等能量加工之示意圖 33
圖4-2擴槽量的測量方法 34
圖4-3高低頻率的加工波形比較圖 35
圖4-4在不同電解液中的放電波形比較圖 38
圖4-5氫氧化鉀溶液中能量輸入頻率與擴槽量之關係圖 39
圖4-6氫氧化鈉溶液中能量輸入頻率與擴槽量之關係圖 39
圖4-7不同能量輸入頻率的擴槽量OM比較圖 40
圖4-8放電波形示意圖 41
圖4-9氫氧化鉀溶液中衝擊係數與擴槽量之關係圖 43
圖4-10氫氧化鈉溶液中衝擊係數與擴槽量之關係圖 43
圖4-11不同衝擊係數下的擴槽量OM比較圖 44
圖4-12線震動導致鼓形狀截面之示意圖 45
圖4-13氫氧化鉀(3M)中線張力與擴槽量之SEM圖 46
圖4-14氫氧化鉀溶液中線張力與擴槽量之關係圖 47
圖4-15氫氧化鈉溶液中線張力與擴槽量之關係圖 47
圖4-16氫氧化鉀(3M)中送線速度與擴槽量之OM比較 48
圖4-17氫氧化鉀溶液中送線速度與擴槽量之關係圖 49
圖4-18氫氧化鈉溶液中送線速度與擴槽量之關係圖 49
圖4-19氫氧化鉀溶液中磨粒濃度與擴槽量之關係圖 51
圖4-20氫氧化鈉溶液中磨粒濃度與擴槽量之關係圖 51
圖4-21不同磨粒濃度的加工溝槽 52
圖4-22氫氧化鉀溶液中磨粒粒徑與擴槽量之關係圖 54
圖4-23氫氧化鈉溶液中磨粒粒徑與擴槽量之關係圖 54
圖4-24不同磨粒粒徑下的加工溝槽 55
圖4-25中心線平均粗糙度(Ra)之說明圖 56
圖4-26氫氧化鉀溶液中能量輸入頻率與粗糙度之關係圖 58
圖4-27氫氧化鈉溶液中能量輸入頻率與粗糙度之關係圖 58
圖4-28氫氧化鉀(3M)溶液中不同輸入頻率下之加工表面 59
圖4-29氫氧化鉀溶液中衝擊係數與粗糙度之關係圖 60
圖4-30氫氧化鈉溶液中衝擊係數與粗糙度之關係圖 60
圖4-31氫氧化鉀(3M)溶液中不同衝擊係數下之加工表面 61
圖4-32氫氧化鉀(3M)溶液中不同送線速度下之加工表面 62
圖4-33氫氧化鉀溶液中線張力與粗糙度之關係圖 63
圖4-34氫氧化鈉溶液中線張力與粗糙度之關係圖 63
圖4-35氫氧化鉀溶液中送線速度與粗糙度之關係圖 64
圖4-36氫氧化鈉溶液中送線速度與粗糙度之關係圖 64
圖4-37氫氧化鉀溶液中磨粒添加濃度與粗糙度之關係圖 66
圖4-38氫氧化鈉溶液中磨粒添加濃度與粗糙度之關係圖 66
圖4-39氫氧化鉀(3M)溶液中不同磨粒濃度下之加工表面 67
圖4-40氫氧化鉀溶液中磨粒粒徑與粗糙度之關係圖 68
圖4-41氫氧化鈉溶液中磨粒粒徑與粗糙度之關係圖 68
圖4-42氫氧化鉀(3M)溶液中不同磨粒粒徑下之加工表面 69
圖4-43氫氧化鉀溶液中能量輸入頻率與加工速度之關係圖 72
圖4-44氫氧化鈉溶液中能量輸入頻率與加工速度之關係圖 72
圖4-45氫氧化鉀溶液中衝擊係數與加工速度之關係圖 73
圖4-46氫氧化鈉溶液中衝擊係數與加工速度之關係圖 73
圖4-47氫氧化鉀溶液中線張力與加工速度之關係圖 75
圖4-48氫氧化鈉溶液中線張力與加工速度之關係圖 75
圖4-49氫氧化鉀溶液中送線速度與加工速度之關係圖 76
圖4-50氫氧化鈉溶液中送線速度與加工速度之關係圖 76
圖4-51氫氧化鉀溶液中磨粒添加濃度與加工速度之關係圖 78
圖4-52氫氧化鈉溶液中磨粒添加濃度與加工速度之關係圖 78
圖4-53氫氧化鉀溶液中磨粒粒徑與加工速度之關係圖 79
圖4-54氫氧化鈉溶液中磨粒粒徑與加工速度之關係圖 79
圖4-55添加磨粒後能量輸入頻率與擴槽量之關係圖 81
圖4-56添加磨粒後衝擊係數與擴槽量之關係圖 81
圖4-57添加磨粒後線張力與擴槽量之關係圖 82
圖4-58添加磨粒後送線速度與擴槽量之關係圖 82
圖4-59添加磨粒後能量輸入頻率與粗糙度之關係圖 84
圖4-60添加磨粒後衝擊係數與粗糙度之關係圖 84
圖4-61添加磨粒後線張力與粗糙度之關係圖 85
圖4-62添加磨粒後送線速度與粗糙度之關係圖 85
圖4-63添加磨粒後能量輸入頻率與加工速度之關係圖 87
圖4-64添加磨粒後衝擊係數與加工速度之關係圖 87
圖4-65添加磨粒後線張力與加工速度之關係圖 88
圖4-66添加磨粒後送線速度與加工速度之關係圖 88
圖5-1電化學放電線切割加工中添加11μm磨粒後的加工表現 90
圖5-2利用y軸table加工出的複雜路徑 91
圖5-3利用y軸table加工出的細微溝槽 91
表目錄
表3-1 KOH與NaOH之性質 12
表3-2 CuZn73黃銅線線電極的機械性質與物理性質 13
表3-3石墨的物理性質 14
表3-4碳化矽之成份及物理性質表 14
表3-5 Pyrex 1737f玻璃的組成成份 15
表3-6 Pyrex 1737f玻璃的特性 16
表3-7電磁微粒的控制制動器規格 18
表3-8茂泰股份有限公司多波形整流器的規格表 20
表3-9實驗參數設定 29
表4-1不同衝擊係數與電解液種類之臨界電壓值 33
表4-2 25℃時無限稀釋之當量離子電導值 36
表4-3 25℃時無限稀釋溶液之離子移動率 36

參考文獻

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5. V.K. Jain, P.M. Dixit, P.M. Pandey, On the analysis of the electrochemical spark machining process, International Journal of Manufacture, Vol.39, 1999, pp.165-186
6. K.Allesu, Electrochemical discharge phenomena in manufacturing process, Ph.D.Dissertation, IIT Kanpur, India, 1988
7. 何世賢著,“玻璃材料之電化學加工特性研究”, 國立中央大學碩士論文, 1999
8. 林孟璋著, “玻璃材料之電化學放電線切割加工特性之研究”, 國立中央大學碩士論文, 2001
9. 田福助編著, “電化學基本原理與應用”, 五洲出版, pp.15-29 , pp.83-102
10. 陳郁文、劉端祺譯, “化學反應工程原理”, 東華書局, pp.71-77
11. 蘇品書譯, “線切割放電加工”, 復漢出版社, pp.34-52
12. 董光雄編著, “放電加工”, 復文書局, pp.25-51
13. 蘇祺振編著, “電極動力學”, 徐氏基金會出版, pp.53-55

指導教授

顏炳華(Biing Hwa Yan)

審核日期

2002-7-9

推文