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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:袁倫清
研究生(外文):Lun-Ching Yeng
論文名稱:粉末冶金材料的放電附著研究
論文名稱(外文):Study the accumulation appearance of powder metallurgy material in Electrical discharge maching
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:70
中文關鍵詞:材料移除率堆積
外文關鍵詞:material removal rateaccumulation
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粉末冶金材料中具有高硬度、高強度的材料莫過於俗稱超硬合金的碳化鎢,因其具有硬度高、耐磨耗的優勢,所以已被廣泛的應用在各式的耐磨耗件以及切削刀具上。而在對碳化鎢做負極性放電加工時,則發現了堆積的產生,堆積產生則會影響加工後的表面精度與加工效率。
實驗中首先以兩種電極(鎢棒與紅銅棒)、不同材料(鎢、碳化鎢、銅鎢、高熵合金、鉬、Fe-Co-Ni)來進行不同極性下放電加工的實驗與以脈衝時間來判斷加工機制以及最後的消除與降低堆積的產生,實驗後再進行電極消秏比、材料移除率及表面粗度的量測。
從結果中得知,粉末冶金材料中有含鎢與比鎢熔點低很多的金屬,在加工過程中低熔點金屬會先被排出而鎢因熔點較高溶化速率較慢,所以堆積較多的粒子在加工表面上而產生堆積。在使用跳動排渣加工時,加工屑易排出較不會有堆積現象。而使用異型電極時,直徑0.6D是最好的大小。而電極直徑0.6D配上排渣高度0.2mm時材料移除率最高,效果最好。
Tungsten carbide, also called cemented carbide, has the characteristics of high hardness and strength in attachment. Because of these characteristics, tungsten carbide is commonly applied in different kinds of Wear resistance and machine tool and used in a rigid environment. However, when the traditional methods of cutting are used with carbide, this may lead to the severe wear of tool and affect the precision, quality, and speed of cutting. Several traditional methods, for example, laser cutting、electrical discharge machining (EDM)、electrochemical micromachining , gradually have good performance in cutting. Among these methods, EDM is the most applicable method because of its economy of required equipment, precision of quality, and modest level of usage of the process.
First of all, two electrodes (w-bar and cu-bar) and several material (W、Wc、Cu-W、High Entropy Alloys、mo、Fe-Co-Ni) were used in the experiment of EDM under different Polarities. After the experiment, the electrodes wear rate (EWR)、material removal rate (MRR) and Rough Surfaces was measured to obtain EWR and MRR.
From the results of this study, the metal that contain tungsten and meitingpoint lower than tungsten in attachment is first released. Since because tungsten will deposition up more particles to process to melt the rate more slowly on the surface. Because of different height of jump of Debris Flushing, deposition up the height is from relatively concentrated to scattered when Debris Flushing of jump is used. Furthermore, using difform electrodes, 0.6 D diameter of what can cause good results.
目錄
中文摘要•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• i
英文摘要•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• ii
誌 謝•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• iii
目 錄•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• iv
表目錄•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• vi
圖目錄•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• vii
第一章 緒論•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 1
1.1引言••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 1
1.2研究動機與目的••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 2
1.3文獻回顧••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 2
1.4論文架構••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 5
第二章 放電加工基本原理•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 6
2.1放電加工介紹••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 6
2.2放電加工原理••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 7
2.3放電加工參數•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••
2.4低電極消秏加工的原理••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 11
15
2.4.1陽極與陰極的能量分配,隨IP、τP的變化而變化••••••••••••••••••••••••••••••••••
2.4.2熱傳導率與融點之積(λ˙θm)及加工最低能量密度••••••••••••••••••••••••••••• 15
16
2.4.3加工液因分解生成的碳,對陽極部的附著與其保護作用的影響•••••••• 17
2.5放電加工特性••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 18
第三章 實驗設備與方法•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 21
3.1實驗設備••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 21
3.2實驗材料••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 33
3.3實驗材料準備••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 36
3.4實驗設計••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 36
3.5實驗流程••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 37
第四章 實驗結果•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 40
4.1極性••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 40
4.1.1正負極性下材料移除的差異•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 40
4.2 參數設定選擇••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 44
4.2.1電極旋轉與不轉的材料移除率•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 44
4.2.2電極直徑大小對材料移除率的不同•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 46
4.3不同粉末冶金材料來探討堆積情況••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 47
4.3.1 粉末冶金材料的堆積狀況•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 47
4.3.2脈衝時間長短的影響•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 51
4.4堆積情況如何降低或消除••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 53
4.4.1碳化鎢K系列使用跳動排渣後不同材料移除率的變化••••••••••••••••••••• 53
4.4.2碳化鎢M系列使用跳動排渣後不同材料移除率的變化••••••••••••••••••••• 56
4.4.3碳化鎢P系列使用跳動排渣後不同材料移除率的變化••••••••••••••••••••• 57
4.4.4碳化鎢K、M、P三個系列不同材料移除率的比較••••••••••••••••••••••••••• 60
4.4.5碳化鎢 K、M、P三個系列不同材料移除率與粗糙度的比較•••••••••• 62
4.4.6使用異形電極後的材料移除率變化••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 63
第五章 結論•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 66
參考文獻•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 67
簡歷•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 70


表目錄      
表2.1 加工所需的最低能量•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 16
表3.1 雕模放電加工機放電參數規格表•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 21
表3.2 線切割放電加工機放電參數規格表•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 23
表3.3 EDAX規格•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 24
表3.4 超音波清洗機規格••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 26
表3.5 SEM儀器規格格••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 27
表3.6 電極物理性質表•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 33
表3.7 Fe-Co-Ni化學成份表•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 34
表3.8 高熵合金化學成份表•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 34
表3.9 碳化鎢三系列化學成份表•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 34
表3.10電極物理性質表•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 35
表4.1 加工參數•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 43
表4.2 碳化鎢各系列成分•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 61












圖目錄      
圖2.1 放電加工示意圖••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 6
圖2.2 放電加工的原理••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 10
圖2.3 脈寬與能量分配的變化••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 15
圖2.4 銅電極的極性與分解碳及鐵的附著比較••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 17
圖2.5 擴孔量示意圖••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 19
圖2.6 中心線平均粗糙度之測量長度示意圖••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 20
圖2.7 最大高度粗糙度示意圖••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 20
圖2.8 十點平均粗糙度示意圖••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 20
圖3.1 雕模放電加工機••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 28
圖3.2 線切割放電加工機••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 28
圖3.3 電子天平••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 29
圖3.4 能量散射光儀(EDX) •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 29
圖3.5 表面粗度計••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 30
圖3.6 超音波洗淨機••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 30
圖3.7 遠距變焦觀察系統••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 31
圖3.8 CCD移動磁座•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 31
圖3.9 影像觀察與擷取流程••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 32
圖3.10 掃描式電子顯微鏡(SEM)實驗流程圖•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 32
圖3.11 正負極性示意圖••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 32
圖3.12 異型電極示意圖••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 38
圖3.13 實驗流程圖••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 39
圖4.1 紅銅電極與鎢電極在正負極性下不同的材料移除率•••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 41
圖4.2 紅銅電極加工下,SKD11與碳化鎢材料之電極消秏情況•••••••••••••••••••••••••••••• 42
圖4.3 紅銅電極對碳化鎢K-20在負極性加工下,選轉與沒旋轉的材料移除率•••• 45
圖4.4 紅銅電極對碳化鎢K-20在負極性加工下,選轉與沒旋轉的SEM圖•••••••••• 45
圖4.5 不同的電極直徑大小對材料移除率的影響••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 46
圖4.6 紅銅電極在正負極性加工下,不同的粉末冶金金屬的材料移除率•••••••••••••• 48
圖4.7 不含鎢的粉末冶金材料在工時20秒下的工件移除狀況•••••••••••••••••••••••••••••••• 49
圖4.8 含鎢的粉末冶金材料在工時20秒下的工件移除狀況••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 50
圖4.9 紅銅電極對碳化鎢K-20在正負極性加工下,不同脈衝時間的材料移除率••• 52
圖4.10紅銅電極對Fe-Co-Ni在正負極性加工下,不同脈衝時間的材料移除率•••• 52
圖4.11鎢電極對碳化鎢K20材料在不同跳躍高度下,材料移除率之變化•••••••••••••••• 55
圖4.12紅銅電極對碳化鎢K20材料在不同排渣高度下,材料移除率之變化••••••••••• 55
圖4.13紅銅電極直徑5mm工時20秒,排渣高度0.2~0.1mm的堆積SEM圖••••••••••••••••••• 56
圖4.14鎢電極對碳化鎢M20在不同排渣高度下,材料移除率之變化•••••••••••••••••••••••••• 57
圖4.15紅銅電極對碳化鎢M20在不同排渣高度下,材料移除率之變化••••••••••••••••••• 58
圖4.16鎢電極對碳化鎢P20在負極性、不同排渣高度下,材料移除率之變化••••••••••• 59
圖4.17紅銅電極對碳化鎢P20在負極性、不同排渣高度下,材料移除率之變化較•••• 60
圖4.18鎢電極對碳化鎢P-20在跳動排渣下的SEM圖•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 60
圖4.19鎢電極對碳化鎢三個系列的材料移除率比較•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 61
圖4.20紅銅電極對碳化鎢三個系列的材料移除率比較•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 62
圖4.21紅銅電極對碳化鎢K20、P20、M20的粗糙度與材料移除率比較•••••••••••••••••••• 63
圖4.22異型紅銅電極對碳化鎢K20的材料移除率變化•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 65
圖4.23紅銅電極直徑0.6D與跳耀排渣對碳化鎢K20的材料移除率變化•••••••••••••••••• 65
圖4.24異型電極直徑0.5D~0.9D的材料堆積狀況•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 66
參考文獻
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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