臺灣博碩士論文加值系統

磁力研磨(MAF)配合不同主軸轉速、刀具與材料間隙、進給速率與不同磁力磨料尺寸等條件下，利用磁場能量吸附磨料進行研磨加工，尤其對於管之內孔與夾縫溝槽等不規則形狀，可除去工件毛邊、拋光洗淨等功能，提高工件精度且不損傷表面，具有大量加工、快速又精密的優點。本論文主要針對設計以永久磁鐵之平面刀具進行製造與改良，得以控制磁場強度範圍內形成磁力束、刷用以吸附磨料，提高與工件研磨接觸機會，進一步改善表面粗糙度與降低磨料損失率。本文實驗首先以磁力棒刀具吸附帶磁性研磨顆粒，搭配不同材質磨料與工件配合磁場強度與轉速的相對關係，觀察磨料顆粒加工使用量的磁場和磨料的移動變化，獲得磨料加工製程效益與消耗程度，使用反應曲面法(RSM)設計實驗規劃，配合中央合成設計(CCD)進行參數配置排程，及應用變異數分析進行二階數學模式預測，根據實驗數據進行迴歸分析觀察預測範圍內的各種參數影響，比較實驗的實際值和變異數分析的預測值，獲取差異性在5%內的反應方程式，利用靈敏度分析數學模式研究原始參數條件的穩定性，求得最佳化參數設定。由實驗結果得知，磁力研磨料使用量的多寡，隨著磨料配重降低而表面粗糙度值與磨料損失也相對下降。鋁合金(使用不鏽鋼材質磨料)和壓克力(使用氧化鐵奈米材質混和樹脂磨料)的實驗值非常接近預測的結果。本論文提供CNC綜合加工機刀具夾持製程與研究參數條件設定，建立基本的實驗數據資料庫，以供業界參考。

Magnetic abrasive finishing is process of abrasive machining conditions, by using magnetic field energy and abrasives on different such as spindle speed, feed rate, abrasive size and the gap between tool and workpiece etc. Magnetic abrasive finishing can effectively remove burrs and increase surface finish, especially suited for the inner hole and groove. Magnetic abrasive finishing not only provides workpiece with high machining accuracy and minimal surface damage, but also has the advantages of mass production and speed. This paper integrates machine center cutting process and magnetic abrasive finishing (MAF) producing a combined process that improves the magnetic abrasive loss rate (MALR) and surface roughness (SR) of aluminum alloy 6061-T6 with ladder shape of different height. The present study shows the features of the development with mathematical model based on response surface methodology (RSM) for correlating the interactive and second order influences of major machining parameters such as different size and shape abrasive of stainless, spindle speed, tool and workpiece gap, feed speed, respectively. The experiments design, regression analysis and analysis of variance are used to develop the relationships between process parameters (abrasive size, spindle speed, tool and workpiece gap, feed speed) and responses (MALR and SR) in MAF process. Sensitivity analysis has also been carried out using developed empirical equations. The results shows that developed mathematical models can be applied to estimate the effectiveness of process parameters for MALR and SR with a change of spindle speed affects the MALR more strongly than SR relatively compare to other parameters.

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英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
符號對造表 ix

第一章 緒論 01
1.1 前言 01
1.2 文獻回顧 03
1.3 論文構成 05
第二章 研究方法 06
2.1 磁力研磨基本原理 07
2.1.1 刀具與磁場強度 08
2.1.2 磁力分佈 10
2.2 實驗設備 12
2.3 非結合式磁性磨料 13
2.4 工件材質 17
2.5 表面粗糙度 19
2.6 磨料損失率 21
2.7 加工參數 22
2.7.1 磨料尺寸 22
2.7.2 主軸轉速 22
2.7.3 刀具與工件之間隙 22
2.7.4 進給速率 23
2.8 工程最佳化 23
第三章 反應曲面法與靈敏度分析 25
3.1 反應曲面法歷史 25
3.2 反應曲面法設計概念 26
3.3 反應曲面法的設計步驟 27
3.4 反應曲面法的執行步驟 28
3.5 反應曲面法的數學模式 31
3.5.1 迴歸分析 33
3.5.2 多項式函數二階模式 36
3.5.3 水準因子設計 37
3.5.4 變異數分析 38
3.6 靈敏度分析 40
3.6.1數學靈敏度分析 40
3.6.2統計靈敏分析法 41
3.6.3圖形靈敏分析方法 42
第四章 實驗與規劃 43
4.1 實驗材料的機械性質 43
4.2 實驗材料形狀設計與參數設計 44
4.3 實驗設計 47
4.3.1 實驗水準值與無因次化 47
4.3.2 實驗步驟 49
4.4 刀具設計與磨料準備 52
4.5 加工性能評價 57
第五章 分析與討論 60
5.1 反應曲面法分析 66
5.1.1 磁性磨料損失率(MALR)之反應方程式 69
5.1.2 表面粗糙度(SR) 之反應方程式 71
5.2 靈敏度分析 72
5.3 壓克力測試 79
第六章 結論 81
謝誌 82
參考文獻 83
簡歷 87 


表目錄
表2-1 實驗中所使用的磨料為AISI304不鏽鋼之化學成分 13
表2-2 鋁合金工件化學成分表 18
表2-3 壓克力工件化學成分表 19
表4-1 加工設備表 44
表4-2 水準值與加工參數表 47
表4-3 實驗編碼次數表 48
表4-4加工條件與設備表 50
表5-1 實驗設計編碼與反應平均值之磨料損失率與表面粗糙度(3 mm) 60
表5-2 實驗設計編碼與反應平均值之表面粗糙度 61
表5-3 實驗設計編碼與反應平均值之表面粗糙度(續) 62
表5-4 實驗設計編碼與反應平均值之表面粗糙度(續) 63
表5-5 實驗設計編碼與反應平均值之表面粗糙度(續) 64
表5-6 實驗設計編碼與反應平均值之表面粗糙度(續) 65
表5-7 磁性磨料損失率顯著之檢驗 67
表5-8 表面粗糙度顯著之檢驗(3 mm) 68
表5-9 變異數分析之磁性磨料損失率 70
表5-10 變異數分析之磁性磨料損失率 71
表5-11 靈敏度顯著反應(MALR) 73
表5-12 靈敏度顯著反應(SR 3mm) 73
表5-13 靈敏度加工參數反應(MALR) 75
表5-14 靈敏度加工參數反應(MALR) 75
表5-15 氧化鐵奈米磨粒125μm尺寸 80
表5-16 尺寸200μm不銹鋼奈米磨粒 80
表5-17 尺寸200μm不銹鋼奈米磨粒加樹脂 80


圖目錄
圖2-1 磁場中磁力束刷吸附磨料情況示意圖 9
圖2-2 磁棒實際圖 9
圖2-3 磁場分力與合力示意圖 11
圖2-4 CNC綜合加工機(眾程科技EMV-600) 12
圖2-5 (a) 不鏽鋼研磨料0.08 mm不規則狀 14
圖2-6 (b) ψ0.2 mm x 1 mm尺寸不銹鋼針圓柱狀 14
圖2-7 (c) ψ0.5 x 1 mm尺寸不銹鋼針圓柱狀 15
圖2-8 (a) 125 μm之氧化鐵奈米級磨粒 15
圖2-9 (b) 200 μm之不鏽鋼奈米級磨粒 16
圖2-10 (c) 200 μm不鏽鋼奈米級磨粒加樹脂成分 16
圖2-11 材料鋁合金6061-T6高度階梯狀示意圖 18
圖2-12 壓克力材料加工平面示意圖 19
圖2-13 中心線平均粗糙度Ra曲線 20
圖2-14 最大粗糙度Rmax曲線 20
圖2-15 十點平均粗糙度Rz曲線 21
圖3-1 反應曲面法示意圖 27
圖3-2 反應曲面法執行步驟 29
圖3-3 最佳反應值之最大值與最小值 33
圖4-1 鋁合金6061-T6材料 43
圖4-2 鋁合金6061-T6階梯狀高度實際圖 45
圖4-3 壓克力材料加工平面實際圖 50
圖4-4 永久磁鐵刀具磁棒組裝圖 53
圖4-5 永久磁鐵圓形狀刀具磁棒 53
圖4-6 電子式分析天平 54
圖4-7 鋁合金使用磨料分裝前 55
圖4-8 壓克力使用磨料分裝前 55
圖4-9 壓克力使用樹脂分裝前 56
圖4-10 生鏽情況 56
圖4-11 編號處理實驗後工件31組 57
圖4-12 編號處理實驗後磨料31組 58
圖4-13 表面粗糙度儀 58
圖4-14 研磨前刀痕顯著 59
圖4-15 研磨後刀痕明顯減少 59
圖5-1 預測值與實際量測值比較(MALR) 69
圖5-2 預測值與實際量測值比較(SR) 69
圖5-3 常態殘差概率(MALR) 70
圖5-4 常態殘差概率(SR) 72
圖5-5 磨料尺寸和主軸轉速的關係影響(MALR) 76
圖5-6 間隙和進給速率的關係影響(MALR) 76
圖5-7 主軸轉速和磨料尺寸的關係影響(SR) 77
圖5-8 間隙和進給速率的關係影響(SR) 77
圖5-9 磨料尺寸靈敏度關係影響反應 78
圖5-10 主軸轉速靈敏度關係影響反應 78
圖5-11 間隙靈敏度關係影響反應 79
圖5-12 進給速率靈敏度關係影響反應 79

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