臺灣博碩士論文加值系統

AFM(Abrasive Flow Machining,彈性流體研磨拋光)是個有效且快速的拋光方法，但對於複雜孔洞的拋光卻常常無法達到表面粗度均勻一致的需求。因此，本研究希望藉由不同形狀的流道設計來改善表面粗糙度分佈不均勻的現象。
研究過程中，利用CFD-RC針對不同流道形狀來模擬研磨介質的流動情形。然後藉由觀察研磨流體的流速、剪應變率與剪應力的變化來作為判斷工件研磨面是否可以得到均勻的表面粗糙度。
由實驗結果中，我們可以發現到鏈片模孔在未經過最佳化流道設計時，會有表面粗糙度不均勻的現象。經由CFD數值軟體分析後，在鏈片模孔中添加一個相同形狀的模仁，能夠有效改善表面粗糙度的不均勻。而且從模擬中發現到Shear Rate的均勻與否，會決定表面粗糙度的均勻性，而Shear Force則是決定了拋光時的加工力量大小。另外，增加磨料濃度可增加拋光效率，降低磨料粒徑會有較佳的表面粗糙度。

Abrasive flow machining (AFM) is an effective method which can remove the recasting layer produced by wire electrical discharge machining (WEDM). But the surface roughness will not easily uniform when a complicated hole is polished by this method. So a CFD numerical method is aided to design the medium flow channel to develop an even finished process in AFM.
In order to find the uniform roughness in full surface, the shear force of the medium acting on the surface must be observed. In this research, a non-Newtonian flow model is established by the abrasive medium viscosity in the shear rate test first. Then the velocity, the shear rate and the shear force of the medium acting on the surface will be obtained by the CFD method. Finally, an optimum flow channel can be designed during these results. The results show that the shear forces are changed a lot at full surface if no mold core is inserted to the hole. And the shear forces are only little difference at full surface when the core shape is similar to the complicated hole. From the experiments, the results also show that, the similar shape of the core inserted into the hole, can find the more uniform roughness on the surface than the others. Moreover, a good surface roughness will be found if the high concentration abrasive or high abrasive mesh is utilized in AFM.

中文摘要•••••••• i
英文摘要•••••••• ii
誌謝•••••••••••• iii
目錄•••••••••••• iv
表目錄•••••••••• vii
圖目錄•••••••••• viii
第一章 簡介•••••• 1
1.1 前言•••••••••••••••••••••••••••••• 1
1.2 文獻回顧••••••••••••••••••••••••••• 4
1.3 實驗動機••••••••••••••••••••••••••• 6
1.4 實驗目的••••••••••••••••••••••••••• 7
1.5 實驗流程•••••••••••••••••••••••••• 8
2.1 AFM加工原理••••••••••••••••••••••• 9
2.2 AFM加工特性••••••••••••••••••••••• 11
2.3 AFM的應用範圍••••••••••••••••••••• 12
2.4 數值方法••••••••••••••••••••••••••••••• 18
2.4.1 數值離散方法•••••••••••••••••••••••••••••• 18
2.5 有限元素法及有限體積法簡介••••••••••••• 19
2.6 CFD-RC簡介•••••••••••••••••••••••••• 21
2.6.1 CFD-GEMO(前處理) ••••••••••••••••••••••• 24
2.6.1.1 結構網格的分類••••••••••••••• 24
2.6.1.2 CFD-GEMO的特徵•••••••••••••••••••••••••• 24
2.6.2 CFD-ACE+(中處理) •••••••••••••••••••••••• 25
2.6.2.1 CFD-ACE+的特徵•••••••••••••••• 25
2.6.3 CFD-VIEW(後處理) •••••••••••••••••••••• 27
2.6.4 CFD-RC 軟體使用流程••••••••••••••••••••• 28
2.7 統御方程式•••••••••••••••••••••••••• 29
2.7.1 傳輸方程式••••••••••••••••••••••••••••• 29
2.7.2 能量傳輸方程式••••••••••••••••••••••••• 30
2.7.3 熱傳方程式••••••••••••••••••••••••••••• 30
2.7.4 質傳方程式••••••••••••••••••••••••••••• 30
2.7.5 邊界條件假設•••••••••••••••••••• 31
2.8 高分子流變學•••••••••••••••••••••••••••••• 32
2.8.1 流變行為••••••••••••••••••••••••••••••• 32
2.8.2 勁度模數與複合模數•••••••••••••••••••••• 32
2.8.3 理想彈性反應••••••••••••••••••••••••••• 32
2.8.4 黏性流動•••••••••••••••••••••••••••••• 33
2.8.5 黏彈性質•••••••••••••••••••••••••••••• 34
2.8.6 高分子黏度量測•••••••••••••••••• 35
2.8.6.1 圓柱型黏度計••••••••••••••••••••••• 35
2.8.6.2 錐板流變儀••••••••••••••••••••••••• 36
2.8.6.3 毛細管流變儀••••••••••••••••••••••• 37
2.8.7 毛細管流變儀之計算理論•••••••••••••••••• 38
2.9 彈性膠體的Power Law模型建構理論•••••••••••• 39
第三章 實驗設備、材料與方法••••••••••••••••••••• 40
3.1 實驗設備•••••••••••••••••••••••••••••••••• 40
3.1.1 WEDG線切割放電加工機••••••••••••• 40
3.1.2 表面粗糙度量測儀•••••••••••••••••••••••• 42
3.1.3 高精度電子檢挍秤•••••••••••••••••••••••• 42
3.1.4 桌上型超音波清洗機••••••••••••••• 43
3.1.5 彈性流體攪拌器••••••••••••••••••••••••• 43
3.2 實驗材料準備•••••••••••••••••••••••••••••• 44
3.2.1 實驗工件的準備•••••••••••••••••••••••••• 44
3.2.2 拋光漿料的準備•••••••••••••••••••••••••• 45
3.2.2.1 漿料濃度之計算公式••••••••••••••••••••• 46
3.3 實驗方法••••••••••••••••••••••••••••••••• 47
第四章 結果討論••••••••••••••••••••••••••••••• 48
4.1 不同彈性膠體對表面粗糙度的影響••••••••••••• 49
4.2 不同彈性膠體與不同濃度對表面粗度的影響•••••• 52
4.3 不同粒度對表面粗糙度的影響•••••••••••••••• 53
4.4 流動性對表面粗糙度的影響•••••••••••••••••• 55
4.5 初始工件表面對加工效益的影響••••••••••••••• 56
4.6 不同加工階段對加工效益的影響••••••••••••••• 58
4.7 不同彈性介質的耐久性測試••••••••••••••••••• 60
4.8 彈性介質的Power law模型建構••••••••••••••• 61
4.9 CFD-RC模擬鏈片模孔的結果•••••••••••• 62
4.10 最佳化流道模擬•••••••••••••••••••• 65
4.10.1 最佳化設計1-內置插銷模仁••••••• 65
4.10.2 最佳化設計2-內置相同鏈片形狀模仁 68
4.11 模擬結果與實際加工比較•••••••••••••••••• 70
4.11.1 內置不同模仁形狀的比較••••••• 70
4.11.2 不同磨料濃度對表面粗糙度的影響 73
4.11.3 不同磨料粒度對表面粗糙度的影響 75
4.11.4 不同加工壓力對表面粗糙度的影響 77
4.11.5 不同模仁尺寸對表面粗糙度的影響 79
4.11.6 模孔內放置模仁對拋光效果的影響 81
4.12 最佳化製程參數的選定•••••••••••• 83
4.13 拋光前工件表面經處理與未處理的差異 87
第五章 結論與未來展望•••••••••••••••••••••••• 89
5.1 結論•••••••••••••••••••••••••••• 89
5.2 未來展望•••••••••••••••••••••••• 90
參考文獻••••••••••••••••••••••••••••••••••• 91
簡 歷••••••••••••••••••••••••••••••••••• 93

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