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研究生:白軒豪
研究生(外文):Hsuan-Hao Pai
論文名稱:流體研磨加工對工件表面的磨耗研究
論文名稱(外文):Study of the surface wear in the abrasive flow machining
指導教授:王阿成
指導教授(外文):A-Cheng Wang
學位類別:碩士
校院名稱:清雲科技大學
系所名稱:機械工程研究所
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:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:106
中文關鍵詞:流體研磨加工表面粗糙度CFD-ACE+
外文關鍵詞:Polymer gelabrasive flow machiningsurface roughnesssimulated result
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流體研磨加工(AFM)是運用具黏彈性的高分子膠體,混合硬質磨料於工件表面作研磨拋光,而拋光的過程中因流道的變化使膠體的流速改變,造成工件表面的受壓力有所不同,影響加工後的表面粗糙值,為了解其加工後的表面粗度變化,我們利用 的套裝軟體,模擬高分子膠體在流道中的作動,探討高分子膠體在不同條件下,表面粗糙度的均勻性,並用實驗驗證軟體分析之結果。
在模擬過程中,以高分子膠體的流速場、壓力及應變率的變化為主要觀察目標,探討膠體在流道中的變化。實驗中為區分材料硬度,採模具鋼(SKD-11)和黃銅(brass)做為實驗材料,將材料以CNC放電線切割機(WEDM)進行加工,磨料部份採鑽石粉末、立方氮化硼(CBN)混合高分子矽膠體,其以磨料重量百分比(1:1)進行AFM拋光實驗,探討不同材料硬度之間的影響,並找出加工效益。
由模擬結果得知,高分子膠體的流速,在出入口的流道表面有較高的流速,而在流道的中間表面的流速較慢,而當流速變慢時流道表面所受的壓力變大,在實驗中可以得知,模具鋼因硬度較高,流道表面的粗糙值變化較大,而黃銅因硬度低,壓力造成的材料移除率高,流道表面的粗糙值變化較小,均勻度較模具鋼好。
由實驗結果得知,鑽石粉末和立方氮化硼的效果較碳化矽粉末好,表面粗糙度下降的速度快,而且表面粗糙度分布也有較均勻的現象產生。
Polymer gel mixed with the abrasive is used to polish the complex hole in abrasive flow machining (AFM). The flow behavior of this abrasive medium in the complex hole will directly affect the efficiency and the precision in AFM. For understanding the performance of the abrasive medium in AFM, a numerical software CFD-ACE+ is utilized to simulate the flow of the abrasive medium in the complex hole. And the experiment is used to verify the relationship between the surface roughness and the simulated result.

A chain-hole model is established first by the drawing software in this study. And a non-Newtonian flow is applied to simulate the flow of abrasive medium in the complex hole by CFD-ACE+. Velocity, pressure and strain rate of the abrasive medium are the key point to find out the finished result in AFM. So these evaluated values are used to discuss the polished effect at different section in AFM. A mold steel (SKD-11) and brass are selected as the experimental materials, and utilized WEDM to cut a chain-hole in these materials. And these holes are polished by 50 wt% abrasive medium in AFM. Then use the simulated result to confirm the surface roughness change in the finishing process.

The velocity of abrasive medium is low when this medium passes through the middle section of the complex hole. So it can produce a higher polish force in that section than the entrance and the exit. Besides, the abrasive medium has a large strain rate in the narrow cross section of the complex hole. It also makes a good finished effect in that section again. The mold steel roughness after AFM indeed has the similar consequence from the simulated results by CFD-ACE+. But the surface roughness of brass during AFM is not entirely coincided with the simulated results from CFD-ACE+.
目錄
摘 要 I
英文摘要 II
誌  謝 III
目錄 IV
表目錄 VIII
圖目錄 IX
符號說明 XII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 4
1.3 研究動機 7
1.4 實驗目的 8
1.5 論文架構 9
第二章 研究理論 10
2.1 流體研磨加工原理 10
2.2 流體研磨加工特性 11
2.3 流體研磨的應用範圍 12
2.4 計算流體力學方法的介紹 18
2.4.1 數值離散方法 18
2.5 有限元素法及有限體積法 19
2.6 CFD-ACE簡介 21
2.6.1 CFD-GEOM(前處理) 24
2.6.1.1 結構網格的分類 24
2.6.1.2 CFD-GEOM的特徵 24
2.6.2 CFD-ACE+ 25
2.6.2.1 CFD-ACE+的特徵 25
2.6.3 CFD-VIEW 26
2.6.4 CFD-ACE 軟體使用流程 26
2.7 統御方程式 27
2.7.1 傳輸方程式 27
2.7.2 動量傳輸方程式 28
2.7.3 熱傳方程式 28
2.7.4 質傳方程式 28
2.7.5 邊界條件假設 29
2.8 高分子流變學 30
2.8.1 流變行為(Rheological behavior) 30
2.8.2 勁度模數與複合模數 30
2.8.3 理想彈性反應(elastic response) 30
2.8.4 黏性流動(viscous flow) 31
2.8.5 黏彈性質(viscoelastic property) 32
2.8.6 高分子黏度量測 33
2.8.6.1 圓柱型黏度計 33
2.8.6.2 錐板流變儀 34
2.8.6.3 毛細管流變儀 35
2.8.7 毛細管流變儀之理論計算 36
2.9 黏彈性膠體的冪次定律模型建構理論 38
2.10 品質特性 39
2.11 最佳化設計 40
第三章 實驗設備與方法 42
3.1 實驗設備的建立 42
3.2 數值模擬分析 47
3.2.1 建構模擬流道 48
3.2.2 建構高分子膠體的冪次定律模型 49
3.3 最佳化參數設計 51
3.4實驗工件材料準備 53
3.4.1 試片材料準備 53
3.4.2 磨料特性分類 54
3.4.2.1 氧化鋁磨粒 54
3.4.2.2 碳化矽磨粒 55
3.4.2.3 立方氮化硼(CBN) 磨粒 56
3.4.2.4 鑽石磨粒 57
3.5 其他相關實驗設備 58
3.5.1線切割放電加工機 58
3.5.1.1 線切割加工原理 59
3.5.1.2 線切割機精修 60
3.5.2 表面粗糙度量測儀 63
第四章 結果與討論 65
4.1以數值方法分析流體研磨加工的表面磨耗結果 66
4.1.1 模擬鏈片加工結果 68
4.1.2油壓缸在1/4循環時模擬結果 68
4.1.3油壓缸在1/2循環時模擬結果 72
4.1.4流體研磨鏈片孔加工驗證結果 77
4.1.5鑽石粉末對模具鋼表面拋光結果 77
4.1.6鑽石粉末對黃銅表面拋光結果比較 79
4.1.7模擬與實驗結果比較 81
4.2 黏彈性流體研磨最佳化設計 82
4.2.1 0°最佳化設計結果 83
4.2.2 45°最佳化設計結果 85
4.2.3 90°最佳化設計結果 88
4.3 彈性流體研磨加工效益 91
4.3.1不同磨料對模具鋼表面拋光結果比較 91
4.3.1.1 表面粗糙度初始值Ra=1.3 91
4.3.1.2 表面粗糙度初始值Ra=0.8 92
4.3.1.3 表面粗糙度初始值Ra=0.4 93
4.3.2 不同磨料對黃銅表面拋光結果比較 94
4.3.2.1 表面粗糙度初始值Ra=1.3 94
4.3.2.2 表面粗糙度初始值Ra=0.8 96
4.3.2.3 表面粗糙度初始值Ra=0.4 97
4.3.3 AFM拋光後的表面改善情形 98
第五章 結論與未來展望 100
5.1 結論 100
5.2 未來展望 102
參考文獻 103
簡 歷 106
參考文獻

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