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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:孫銪宏
論文名稱:微電化學切削之材料移除實驗
論文名稱(外文):Experiment of Material Removal during micromachining
指導教授:賀陳弘賀陳弘引用關係林士傑林士傑引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:動力機械工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:100
中文關鍵詞:電解加工電化學加工材料移除
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摘 要
電解加工(Electrolytic Machining)又稱電化學加工(Electro-chemical Maching,ECM),係將工件置於陽極,工具作為陰極,使陽極產生電化學的溶解作用,在需加工的工件部位獲得所需的形狀、尺寸及表面狀態。因為其加工不受限於工件本身的硬度,且加工後無任何表面殘餘應力之存在,故在非傳統性加工中佔很重要之一環,應用在航空及精密工業.但電化學加工涉及電化學反應,三相流及移動邊界等因素,其加工過程非常複雜。
本論文的研究目的主要是利用國產CNC臥式銑床加工機為實驗機台,以直徑為300um的黃銅線為電極,藉實驗針對平面工件(SKD-61)以電化學加工方式來進行,分別探討電解時間,加工電壓,電解液濃度,間隙等變化時,對於被加工工件表面形狀、金屬體積移除量、孔徑、加工深度的影響程度並提出數學模型來預測不同時間上的工件表面變化。
實驗結果顯示,影響體積移除量的參數,影響大小依序為加工電壓、電解液濃度、初始間隙、加工時間。另外時間是影響孔徑變化最大的參數。影響加工深度的參數為加工電壓、電解液濃度、初始間隙及加工時間。數學模型預測之表面輪廓形狀有90%以上的實驗之R2值可在0.8以上。預測加工深度時90%以上0的實驗之R2值可在0.8以上。
目 錄
摘要 I
表目錄 IV
圖目錄 V
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 參考文獻 2
1.3 研究目的 6
第二章 基本理論分析 7
2.1法拉第定律 7
2.2電化學加工移除體積 9
2.3電化學加工成形理論 9
2.3.1 物理分析定律方法 9
2.3.2 Cosθ分析方法 12
2.4 數學模型推導 12
2.4.1初始電場分佈決定 12
2.4.2電流效率的判定 14
2.4.3數學模型的建立 15
2.4.4數學模型的誤差 15
第三章 實驗設計規劃與分析方法 21
3.1電化學加工實驗 21
3.1.1實驗試片 21
3.1.2電解液 21
3.1.3電極頭 21
3.1.4實驗裝置 21
3.2實驗參數 23
3.3實驗流程 23
3.4量測方法 23
3.4.1量測儀器 24
3.4.2量取點資料方法與處理 24
3.4.3體積移除量的計算 24
第四章 實驗結果與分析 35
4.1體積移除量 35
4.2 孔徑 39
4.3 加工深度 40
4.4 數學模型驗證 41
4.4.1電化學加工實驗數據 41
4.4.2 數學模型與實驗值比較 42
第五章 結論與建議 80
5.1結論 80
5.2建議與未來展望 81
參考文獻 83
附錄C 86
表C-1體積移除量變異數(ANOVA)分析結果 86
表C-2加工孔徑變異數(ANOVA)分析 87
表C-3加工深度變異數(ANOVA)分析 88
附錄D 實驗值與理論值比較 89
表目錄
表3-1 SKD61之組成 25
表3-2 CuZn73之物理性質 25
表3-3 DYNAⅢ 型立式綜合加工中心機之規格 26
表3-4 加工參數表 26
表4-1 實驗組電流平均值 45
表4-2 適當常數表 46
表4-3 第一組表面輪廓R2值 46
表4-4 第二組表面輪廓R2值 46
表4-5 第三組表面輪廓R2值 47
表4-6 第四組表面輪廓R2值 47
表4-7 第一組加工深度R2值 47
表4-8 第二組加工深度R2值 48
表4-9 第三組加工深度R2值 48
表4-10 第四組加工深度R2值 48
表4-11 預測輪廓R2值 49
表4-12 預測加工深度R2值 49
圖目錄
圖2-1 電解液電流密度與金屬溶出量關係 16
圖2-2 尖端陰極工具在陽極工件加工成形示意圖 16
圖2-3 cosθ方法原理示意圖 17
圖2-4 使用cosθ方法的陰極工具設計示意圖 17
圖2-5 電化學加工區域示意圖 18
圖2-6 點電荷位置示意圖 18
圖2-7 虛像法的電場分佈 19
圖2-8 二維電化學加工示意圖 19
圖2-9 Δt時間二維電化學加工示意圖 20
圖2-10 不同加工時間下工件形狀示意圖 20
圖3-1 電極頭SEM圖 27
圖3-2 電化學加工實驗設備 28
圖3-3 加工實驗機 29
圖3-4 電源供源器 29
圖3-5 沉水馬達 30
圖3-6加熱擾拌器 30
圖3-7 數位多功能電表 31
圖3-8 電解槽 31
圖3-9 實驗流程圖 32
圖3-10 光學干涉式表面測量儀 33
圖3-11 點資料不足之輪廓量測 33
圖3-12 點資料雜訊過多之輪廓量測 34
圖3-13 輪廓量測之原始點資料 34
圖3-14 經處理之輪廓點資料 34
圖4.1.1(a) 體積移除量與時間關係圖 50
圖4.1.1(b) 體積移除量與時間關係圖(電解液濃度交互影響) 50
圖4.1.1(c) 體積移除量與時間關係圖(加工電壓交互影響) 51
圖4.1.1(d) 體積移除量與時間關係圖(初始間隙交互影響) 51
圖4.1.2(a) 體積移除量與電解液濃度關係圖 52
圖4.1.2(b) 體積移除量與電解液濃度關係圖(時間交互影響) 52
圖4.1.2(c) 體積移除量與電解液濃度關係圖(加工電壓交互影響) 53
圖4.1.2(d) 體積移除量與電解液濃度關係圖(初始間隙交互影響) 53
圖4.1.3(a) 體積移除量與加工電壓關係圖 54
圖4.1.3(b) 體積移除量與加工電壓關係圖(時間交互影響) 54
圖4.1.3(c) 體積移除量與加工電壓關係圖(電解液濃度交互影響) 55
圖4.1.3(d) 體積移除量與加工電壓關係圖(初始間隙交互影響) 55
圖4.1.4(a) 體積移除量與初始間隙關係圖 56
圖4.1.4(b) 體積移除量與初始間隙關係圖(時間交互影響) 56
圖4.1.4(c) 體積移除量與初始間隙關係圖(電解液濃度交互影響) 57
圖4.1.4(d) 體積移除量與初始間隙關係圖(加工電壓交互影響) 57
圖4.1.5 鐵的不動態化膜示意圖 58
圖4.1.6 電流效率與電流密度的關係圖 58
圖4.1.7 陽‧陰極電位與電流密度關係圖 59
圖4.2.1(a) 孔徑與時間關係圖 59
圖4.2.1(b) 孔徑與時間關係圖(電解液濃度交互影響) 60
圖4.2.1(c) 孔徑與時間關係圖(加工電壓交互影響) 60
圖4.2.1(d) 孔徑與時間關係圖(初始間隙交互影響) 61
圖4.2.2(a) 孔徑與電解液濃度關係圖 61
圖4.2.2(b) 孔徑與電解液濃度關係圖(時間交互影響) 62
圖4.2.2(c) 孔徑與電解液濃度關係圖(加工電壓交互影響) 62
圖4.2.2(d) 孔徑與電解液濃度關係圖(初始間隙交互影響) 63
圖4.2.3(a) 孔徑與加工電壓關係圖 63
圖4.2.3(b) 孔徑與加工電壓關係圖(時間交互影響) 64
圖4.2.3(c) 孔徑與加工電壓關係圖(電解液濃度交互影響) 64
圖4.2.3(d) 孔徑與加工電壓關係圖(初始間隙交互影響) 65
圖4.2.4(a) 孔徑與初始間隙關係圖 65
圖4.2.4(b) 孔徑與初始間隙關係圖(時間交互影響) 66
圖4.2.4(c) 孔徑與初始間隙關係圖(電解液濃度交互影響) 66
圖4.2.4(d) 孔徑與初始間隙關係圖(加工電壓交互影響) 67
圖4.2.5 開始加工瞬間的工件形狀 68
圖4.2.6 初始間隙0.1mm的孔徑 68
圖4.2.7 初始間隙0.2mm的孔徑 68
圖4.3.1(a) 加工深度與時間關係圖 69
圖4.3.1(b) 加工深度與時間關係圖(電解液濃度交互影響) 69
圖4.3.1(c) 加工深度與時間關係圖(加工電壓交互影響) 70
圖4.3.1(d) 加工深度與時間關係圖(初始間隙交互影響) 70
圖4.3.2(a) 加工深度與電解液濃度關係圖 71
圖4.3.2(b) 加工深度與電解液濃度關係圖(時間交互影響) 71
圖4.3.2(c) 加工深度與電解液濃度關係圖(加工電壓交互影響) 72
圖4.3.2(d) 加工深度與電解液濃度關係圖(初始間隙交互影響) 72
圖4.3.3(a) 加工深度與加工電壓關係圖 73
圖4.3.3(b) 加工深度與加工電壓關係圖(時間交互影響) 73
圖4.3.3(c) 加工深度與加工電壓關係圖(電解液濃度交互影響) 74
圖4.3.3(d) 加工深度與加工電壓關係圖(初始間隙交互影響) 74
圖4.3.4(a) 加工深度與初始間隙關係圖 75
圖4.3.4(b) 加工深度與初始間隙關係圖(時間交互影響) 75
圖4.3.4(c) 加工深度與初始間隙關係圖(電解液濃度交互影響) 76
圖4.3.4(d) 加工深度與初始間隙關係圖(加工電壓交互影響) 76
圖4.3.5 電流與時間關係圖 77
圖4.3.6 電化學實驗裝置 77
圖4.3.7 電流與時間的關係 78
圖4.4.1 計算新工件表面流程 79
參考文獻
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