脈衝微電化學之加工應用與評估

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廖哲範(Che-Fan Liao) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

脈衝微電化學之加工應用與評估

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摘要(中)

微電化工加工( Electrochemical Micro-Machining，簡稱EMM )，是屬於非傳統加工的一種，其最大的優點在於它具有加工速度快、可加工高硬度之金屬，及加工表面無應力集中和變質層的問題。
本實驗以外徑200 之黃銅電極管做為陰極刀具，嘗試將冷磨鋼板(SKD61)做1mm之深孔加工。並利用高壓幫浦將電解液由電極管內部送出，此縱向流動之電解液，改善一般電化學加工中，橫向電解液流動所造成的排屑不良等問題。
本文以田口法作為分析工具，希望藉此了解各個因子(脈衝頻率
、加工能率、操作電壓、刀具進給速度、電解液濃度)之水準對實際加工孔徑的影響趨勢，並在實驗範圍內獲得A4B1C1D4E1之最佳參數組合。另以ANOVA計算出各因子對於加工孔徑影響的相對重要性，其結果發現操作電壓(F=6.007)對加工孔徑的影響最為重要，次者為加工能率(F=3.522)。並由分析獲得各個參數水準的貢獻率，藉以能在微電化學加工的實際運用中，提供一參考的數據資料。

摘要(英)

Electrochemical Micro-Machining ( abbreviated as EMM ) is one of the non-traditional machining. The advantages of EMM include high speed processing, the adequated machining on any metal with high hardness, and no stress centralized and deterioration on the surface.
In this experiment, a brass electrode with diameter of 200 micrometer is employed as cathode (cutting tool) to drill through a steel plate (SKD61) of thickness 1mm. A high-pressure pump is used to enforce the electrolyte flowing of in the electrode tube. The accumulation of the resolved metallic particles in the chemically reactive area is improved by the radial flow of the electrolyte.
In this research, Taguchi Statistical Method is used to analyze the influence tendency of relevant parameters(such as : pulse frequency, duty, operate voltage, feed rate, electrolyte density) on the final diameter of the drilled hole, and get the optimal parameters (A4B1C1D4E1). The relative importance among factors can also be calculated by ANOVA analysis . It is found that applied voltage (F =6.007) is the most important factor, and the next one is the power duty (F =3.522). Results obtained in this experiment can be used as a referred data in the practical design of micro-electrochemical machining

關鍵字(中)

★ 微電化學加工
★ 田口法

關鍵字(英)

★ Taguchi method
★ Electrochemical micro-machining

論文目次

摘要 ……………………………………………………………… I
目錄 …………………………………………………………… III
表目錄 …………………………………………………………… VI
圖目錄 …………………………………………………………… VII
符號說明 ………………………………………………………… IX
第ㄧ章緒論 ……………………………………………………… 1
1-1. 前言 ……………………………………………………… 1
1-2. 文獻回顧 ………………………………………………… 3
1-2-1.數值模擬方面 ………………………………………… 3
1-2-2.實驗結果方面 ………………………………………… 5
1-3. 研究目的 ………………………………………………… 9
第二章理論基礎 ………………………………………………… 11
2-1. 電化學加工之基本理論 ………………………………… 11
2-1-1. 電流效率 …………………………………………… 12
2-1-2. 過電壓 ……………………………………………… 12
2-1-3. 電化學反應式 ……………………………………… 13
2-1-4. 歐姆定律 …………………………………………… 14
2-2. 空隙分數、導電度、電流密度、導電度與濃度關係 … 15
2-2-1. 空隙分數 …………………………………………… 15
2-2-2. 導電度 ……………………………………………… 15
2-2-3. 電流密度 …………………………………………… 16
2-2-4. 導電度與濃度之關係 ……………………………… 16
2-3. 電解間隙 ………………………………………………… 17
2-3-1. 靜止電極刀具之間隙 ……………………………… 17
2-3-2. 進給電極刀具之間隙 ……………………………… 18
2-4. 電雙層的現象 …………………………………………… 19
2-4-1. 電解 ………………………………………………… 19
2-4-2. 電雙層 ……………………………………………… 19
第三章實驗設備方法與步驟 …………………………………… 21
3-1. 實驗設備 ……………………………………………… 21
3-1-1. 機台結構設計 …………………………………… 21
3-1-2. 刀具進給控制系統 ……………………………… 23
3-1-3. 脈衝式直流電源供應系統 ……………………… 24
3-1-4. 電解液循環系統 ………………………………… 25
3-2. 直交表的矩陣實驗 …………………………………… 28
3-2-1. 直交表的建構 …………………………………… 28
3-2-2. 實驗分析步驟 …………………………………… 29
3-2-3. 變異數分析法 …………………………………… 30
3-3. 實驗步驟及注意事項 ………………………………… 31
3-3-1. 實驗步驟 ………………………………………… 31
3-3-2. 實驗注意事項 …………………………………… 32
第四章結果與討論 ………………………………………… 34
4-1. 實驗之結果與分析 …………………………………… 34
4-2. 實驗參數之印證與探討 ……………………………… 36
4-3. 最適化 ………………………………………………… 39
4-4. 分析結果之探討 ……………………………………… 40
第五章結論 ………………………………………………… 42
5-1. 結論 …………………………………………………… 42
5-2. 未來展望 ……………………………………………… 43
參考文獻 …………………………………………………… 45
表 ……………………………………………………………… 52
圖 ……………………………………………………………… 63
表目錄
表（2-1）電解液之物理性質…………………………… 52
表（2-2）合金工件材料之成分（Anode）……………………… 52
表（2-3）離子移動率 …………………………………………… 53
表（2-4）比電導度值 ……………………………………… 53
表（3-1）標準直交表 …………………………………………… 54
表（3-2）（45）直交表 …………………………………… 55
表（4-1）脈衝與非脈衝電源供應器之比較 …………………… 56
表（4-2）可控因子及其水準配置表 …………………………… 57
表（4-3）加工參數評估實驗之直交表矩陣設置 ……………… 58
表（4-4）實驗資料彙整 ………………………………………… 59
表（4-5）之變異數分析 ……………………………………… 60
表 (4-6) 加法模式下之預測 …………………………………… 61
表 (4-7) 電壓與頻率之加工影響比較 ………………………… 62
圖目錄
圖（1-1）傳統電化學加工機台示意圖 ………………………… 63
圖（1-2）傳統電化學加工機構配置方塊圖 …………………… 64
圖（1-3）電化學鑽孔之軸對稱孔穴加工區域示意圖 ………… 64
圖（1-4）裸露刀具加工電場分佈影響 ………………………… 65
圖（1-5）鑽頭刀具加工電場分佈影響 ………………………… 65
圖（1-6）側邊絕緣刀具加工電場分佈影響 …………………… 66
圖（1-7）微電化學加工三種刀具之加工影響 ………………… 66
圖（1-8）電流密度分佈圖 ……………………………………… 67
圖（1-9）不同脈衝週期下的影響 ……………………………… 67
圖（2-1）古以-查卜曼擴散電雙層 …………………………… 68
圖（3-1） 3-D懸臂式機械手臂 ………………………………… 69
圖（3-2） 3-D實體加工機台 …………………………………… 70
圖（3-3）電化學加工刀具種類 ………………………………… 71
圖（3-4）夾持器之設計 ………………………………………… 71
圖（3-5）三抓精密夾頭 ………………………………………… 72
圖（3-6）信號產生器與功率放大器 …………………………… 72
圖（3-7）刀具頂端之損壞 ……………………………………… 73
圖（3-8）實際刀具之損壞情形 ………………………………… 73
圖（4-1）因子效果圖 …………………………………………… 74
圖（4-2）最適水準A4B1C1D4E1之加工孔徑 …………………… 75
圖（4-3）第一組實驗A1B1C1D1E1之加工孔徑 ………………… 75
圖（5-1）電解液之高壓供應裝置 ……………………………… 76

參考文獻

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指導教授

洪勵吾(Lih-Wu Hourng)

審核日期

2005-6-29

推文