臺灣博碩士論文加值系統

本論文旨在探討壓鑄模具常用之SKD61（日本天文大同DHA-WORLD）熱作模具鋼，作為銑削加工實驗的研究載具。研究係利用實體工件進行銑削實驗，探討高速銑削加工之最佳化參數。首先，將熱作模具鋼熱處理至HRc48-50硬度，實驗使用的刀具為先經氮化鋁鈦鍍層(TiAlN)處理的ψ6-LH2BZC-060四刃鎢鋼球刀，銑削加工選用之參數分別為切削速度（主軸轉速）189m/min（10000 rpm）、245 m/min（13000 rpm）與302 m/min（16000 rpm）；每刃進給分別為0.02mm/tooth、0.04 mm/tooth與0.06 mm/tooth；銑削深度分別為0.05 mm、0.10 mm與0.15 mm；另外銑削模式對加工品質之影響亦列為研究因子。因此，本研究使用之銑削樣本依順銑方式分別編號為No.1A~No.9A，而逆銑使用之銑削樣本為No.1B~No.9B，即依順銑及逆銑方式分別進行9個樣本之連續銑削加工，再以表面粗度儀逐一量測每一銑削樣本之表面粗糙度值，並將實驗獲得的數據進行銑削加工參數對工件表面粗糙度的影響分析。
接著，利用田口法分析實驗獲得之表面粗糙度數據，計算每個實驗樣本參數因子之S/N比，以確認實驗樣本的主效應關係；再以變異數分析（ANOVA）找出影響表面粗糙度的重要因子。最後，依據計算結果分析各因子對於表面粗糙度之影響程度，找出最佳化的參數組合。
研究結果顯示，銑削線速度245m/min (13000rpm)、每刃進給量0.02mm/tooth、切削深度0.05mm之組合配置可得到最佳之銑削品質。最後以最佳參數組合再進行加工實驗驗證，得到加工後表面粗糙度為0.133μm。

This thesis aimed to investigate the hot working tool steel SKD61 (DHA-WORLD by Datong steel Co., Ltd., Japan), which is commonly used for die casting molds, as a research tool of milling experiments. In the study a physical workpiece was used to conduct milling experiments and then to obtain the optimum parameters for high speed milling. First, the hot work die steels were heat treated to hardness of HRc48-50. Four-flute tungsten carbide end mills with round nose, named ψ6-LH2BZC-060, were utilized as the experimental cutting tools, which are coated a layer of aluminum titanium nitride (TiAlN). Milling parameters included cutting speed (spindle speed) of 189m/min (10000 rpm), 245 m/min (13000 rpm) and 302 m/min (16000 rpm); feed per tooth of 0.02 mm/tooth, 0.04 mm/tooth and 0.06 mm/tooth; cutting depth of 0.05 mm, 0.10 mm and 0.15 mm, respectively. In addition, the influence of milling pattern on the workpiece quality was also considered as a studying factor. Therefore, milling specimens used in the study were numbered No.1A~No.9A for those with down milling (or climb milling) pattern and No.1B~No.9B for workpiece with up milling (or conventional milling) pattern, that is, respectively using down-milling and up-milling patterns to consecutively mill 9 specimens. Finally, applying surface roughness tester measured the surface roughness for milling specimens one by one, while the data obtained from the experiments were utilized to analyze the effectiveness of milling parameters on the surface roughness of workpiece.
Next, Taguchi method was applied to analyze the surface roughness data obtained from the experiments and calculate S/N ratio of each parameter factor for every experimental specimen, in order to confirm the relationship of main effect for experimental specimens. Then, analysis of variance (ANOVA) was utilized to identify the important factors affecting the surface roughness. Finally, according to the analysis results of affecting the surface roughness for each factor, the optimal combination of parameters was found.
Results obtained from the study revealed that the combination of cutting speed, 245 m/min (13000 rpm), feed per tooth, 0.02 mm/tooth, and cutting depth, 0.05 mm, could obtain the best milling quality. Finally, the surface roughness was reached at 0.133 μm, while the best combination of parameters was conducted the validation by further machining experiments.

摘要 I
Abstract III
謝誌 V
目次 VII
圖次 IX
表次 XI
第一章 緒論 1
第一節 研究背景與動機 1
第二節 研究目的 3
第三節 研究方法與步驟 5
第四節 研究範圍與限制 6
第五節 名詞釋義 7
第二章 文獻探討 11
第一節 切削加工基本思維條件概論 11
第二節 高速銑削加工定義 15
第三節 高速銑削領域 19
第四節 金屬銑削原理 24
第五節 薄膜製作技術 31
第六節 表面粗糙度 33
第七節 田口實驗方法 36
第三章 研究設計與實施 41
第一節 研究設計 41
第二節 研究實施 54
第四章 研究結果與討論 61
第五章 結論與建議 71
第一節 結論 71
第二節 建議 73
參考文獻 75
壹、中文部分 75
貳、英文部份 77
附錄 78
附錄一 實驗研究工程圖 78
附錄二 銑削實驗表面粗糙度數值 79

圖次
圖1-1　 模具製造生產時間比例關係 5
圖1-2　 切屑與刀具示意 8
圖1-3　 切削過程中加工材料變形區 9
圖2-1　 高效率加工之重點及要件對照圖 11
圖2-2　 高速銑削之速度對照圖 18
圖2-3　 超高速化的切削工具結合 18
圖2-4　 高速切削技術領域 19
圖2-5　 應用不同氣體進行銑削冷卻之切削力結果 20
圖2-6　 應用不同氣體進行銑削冷卻之表面粗糙度結果 21
圖2-7　 高速銑削性質關係圖 22
圖2-8　 ISO 1940表示可允許不平衡殘量與轉速對應之標準 24
圖2-9 　金屬切削模式 25
圖2-10　連續切屑 26
圖2-11　不連續切屑 27
圖2-12　刀刃積屑切屑 28
圖2-13　剪斷形切屑 28
圖2-14　皺紋形切屑 29
圖2-15　順、逆銑示意圖 30
圖2-16　樣本長度、評估長度與量測長度之關係 35
圖3-1　 熱處理後未研磨素材 42
圖3-2　 高速銑削工具機外觀 43
圖3-3　 高速工具機主軸方式 43
圖3-4　 實驗刀具外觀示意 46
圖3-5　 刀桿選擇方法 48
圖3-6　 實驗刀桿外觀 48
圖3-7　 燒結刀桿加熱器 49
圖3-8　 雷射測刀儀 50
圖3-9　 POWER MILL CNC加工軟體 51
圖3-10　表面粗度儀 52
圖3-11　TESA二次元電子高度規 52
圖3-12　投影機 53
圖3-13　數位顯微鏡之操作 53
圖3-14　刀具放大外觀 54
圖3-15　銑削路徑示意圖 56
圖3-16　表面粗糙度量測示意 57
圖3-17　表面粗糙度實驗流程圖 59
圖3-18　田口實驗分析流程圖 60
圖4-1　 銑削實驗(順銑) S/N比主效應圖 63
圖4-2　 SKD61高速精銑削(逆銑)S/N比主效應圖 67

表次
表2-1　切削加工基本思維條件 12
表2-2　表面粗糙度與不同加工方法之關係 34
表2-3　L9(33) 直交表 38
表3-1　SKD61(日本天文大同DHA-WORLD)熱作模具鋼之化學成分 42
表3-2　高速切削工具機規格 44
表3-3　實驗銑削刀具規格 46
表3-4　薄膜材料性質介紹 46
表3-5　製程參數及其因子水準值 55
表3-6　L9直交實驗關係表 56
表4-1　銑削實驗(順銑)表面粗糙度數值 62
表4-2　銑削實驗(順銑) S/N比 63
表4-3　SKD61銑削實驗(順銑)之ANOVA變異數分析 64
表4-4　銑削實驗(逆銑)表面粗糙度數值 66
表4-5　銑削實驗(逆銑) S/N比 67
表4-6　SKD61銑削實驗(順銑)之ANOVA變異數分析 68

壹、中文部分
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貳、英文部份
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