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研究生:黃豪偉
研究生(外文):Haur-wei Huang
論文名稱:機械式微溝槽切削
論文名稱(外文):The Investigation of Micro-slit on Brass Using the Mechanical Removal
指導教授:黃俊德黃俊德引用關係
指導教授(外文):Jing-Dae Huang
學位類別:碩士
校院名稱:國立虎尾科技大學
系所名稱:機械與機電工程研究所
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:134
中文關鍵詞:微刀具精微切削加工微流道溝槽壓電微動平台
外文關鍵詞:PZT.micro-cuttermicro-machiningmicro flow channel trench
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近年來,由於產品趨向微小化,因此微細加工技術的開發是各相關產業積極投入的重點項目之ㄧ。本論文探討以微細刀刃對銅箔機械式微切削的機制觀察與分析,最終以切削微流道溝槽,實現微結構物的成型。
本論文研究分為製作微細刀刃與探討機械式精微切削兩部份。首先,微細刀刃的製作採用微電解與微放電加工兩種製程製作,成功的製作不同針尖角度的微針尖刀具及具有不同角度的正、負切削角與後斜角所搭配的單刀刃微刀具與具有4個正切削角的4刀刃微刀具等三種形式的微細刀刃。
另外,為達成精微切削加工目標,以壓電平台所組成的精微切削加工系統,在本研究中被提出;將微細刀刃固定在壓電平台上,以最小移動量50nm的壓電平台配合LabVIEW位移程式編輯達到精微控制及精微切削的目的。
以微針尖刀具切削V型微流道溝槽以及運用單刀刃微刀具切削槽寬約為20μm的U型微流道溝槽,實驗過程中,以刀刃的外型、切削速率與表面粗糙度,探討切削時微細刀刃的剛性,並觀察材料流動與微流道溝槽的品質。其實驗結果為(1) 在精微切削過程中,微細刀刃受到少許的切削抵抗,容易產生變型與撓曲;(2) 微針尖刀具的圓錐面並無刀刃,所去除的材料會沿著圓錐面產生擠壓;負切削角以擠壓方式造成材料流動,而正切削角以切削方式造成材料流動;(3) 觀察實驗結果知切削速率快者,能減少微流道溝槽兩側之毛邊;(4) 精微切削加工的加工量極小,所以刀具表面粗糙度的高低差若大於精微切削的加工量,會產生微流道溝槽的不完整性。
For the past few years, due to the products have tended to miniaturization, the development of microfabrication technology is becoming an important role in industrial application. To make micro-slit of less than 6 μm width on the brass, a mechemical removal process which the micro-cutter made through μ-ECM and μ-EDM is mounted on the ultra-precision stage actuated from PZT has been proposed in the thesis.
Form results, various facts strongly affect the machining accuracy, such as deformation and roughness of the tool. According to the experimental, the conical surface on the micro-cutter is not subjected to the removal, action replaced of extrusion. As the rake angle is positive on the micro-cutter, the resistance raising from cutting action is lower than the negative. A quick feed is able to reduce the micro flow channel trench burr.
摘要(中文)…………………………………………………………………... i
摘要(英文)…………………………………………………………………... ii
誌謝………………………………………………………………………….. iii
目錄………………………………………………………………………….. iv
表目錄……………………………………………………………………….. vii
圖目錄……………………………………………………………………….. viii
第一章 緒論………………………………………………………………… 1
1-1 微細刀刃製作文獻……………………………………………… 2
1-1-1 微放電加工製程…………………………… 2
1-1-2 離子束加工製程…………………………… 4
1-1-3 微研磨加工製程…………………………… 5
1-1-4 微電解加工製程…………………………… 5
1-1-5 其他加工製程……………………………… 6
1-2 微型V溝在結構應用文獻………………………………………… 8
1-3 研究動機與論文架構…………………………………………… 11
第二章 研究方法與實驗儀器…………………………………………… 13
2-1 研究方法………………………………………………………… 14
2-2 微細刀刃製作之設備儀器……………………………………… 15
2-2-1 放電加工機………………………………… 17
2-2-2 電解機構…………………………………… 17
2-2-3 WEDG機構…………………………………… 18
2-2-4 超音波洗淨機……………………………… 18
2-2-5 原子力顯微鏡……………………………… 18
2-3 精微切削加工之設備儀器……………………………………… 18
2-3-1 可變焦影像顯微監視器…………………… 22
2-3-2 影像擷取卡………………………………… 23
2-3-3 DAQ Card…………………………………… 23
2-3-4 NI控制器…………………………………… 23
2-3-5 電壓放大器………………………………… 24
2-3-6 高精度電壓電流分析儀…………………… 25
2-3-7 壓電平台…………………………………… 25
2-3-8 三軸微調移動平台………………………… 25
第三章 微細刀刃製作……………………………………………………… 26
3-1 微針尖刀具製作………………………………………………… 27
3-1-1 微電解加工製程之原理………………………………………… 28
3-1-2 微電解加工材料之選用………………………………………… 29
3-1-3 製作微針尖刀具之製程………………………………………… 29
3-1-4 微針尖刀具之成果……………………………………………… 32
3-2 單刀刃微刀具製作………………………………………………… 35
3-2-1 鎢電極與黃銅線之材料特性………………… 36
3-2-2 單刀刃微刀具成型之原理…………………… 37
3-2-3 製作單刀刃微刀具之製程…………………… 41
3-2-3-1 刀具厚度製作……………………………… 42
3-2-3-2 放電間隙量測……………………………… 44
3-2-3-3 黃銅線放電範圍上加工點之設計………… 48
3-2-3-4 單刀刃微刀具角度製作…………………… 49
3-2-4 單刀刃微刀具製作成果……………………… 51
第四章 空氣中極間微電流感測定位法……………………………………… 53
4-1 極間定位實驗配置與感測………………………………………… 55
4-2 微電流感測圖分析………………………………………………… 58
4-3 極間原點…………………………………………………………… 60
第五章 精微切削加工………………………………………………………… 63
5-1 壓電平台位移控制程式…………………………………………… 63
5-2 刀具剛性探討……………………………………………………… 66
5-2-1 微細刀刃剛性探討…………………………… 66
5-2-2 減少切削抵抗之探討………………………… 70
5-2-3 縮短微細刀刃固定端與微尖端刀刃距離之探討………74
5-2-4 增加切削刀刃的斷面二次矩之探討……………………74
5-2-5 微針尖刀具剛性對於精微切削加工之影響……………76
5-2-6 負切削角單刀刃微刀具剛性對於精微切削加工之影響…80
5-2-7 正切削角單刀刃微刀具剛性對於精微切削加工之影響……………………… 84
5-3 微細刀刃刀刃表面粗糙度對於精微切削加工之影響………………… 87
5-4 微針尖刀具切削……………………………………………………………… 90
5-5 微引伸孔製作………………………………………………………………… 95
5-6 單刀刃微刀具切削…………………………………………………………… 97
第六章 微流道散熱片製作…………………………………………………………… 102
6-1 四刀刃微刀具製作………………………………………………………… 104
6-1-1 製作四刀刃微刀具之製程…………………………… 104
6-1-1-1 四刀刃微刀具之厚度製作………………………… 105
6-1-1-2 四刀刃微刀具之正切削角製作……………………… 106
6-1-2 四刀刃微刀具成果圖…………………………………… 108
6-2 微流道散熱片製作…………………………………………………………… 110
6-2-1 微流道散熱片製作成果………………………………… 110
第七章 結論與未來展望……………………………………………………………… 115
7-1 結論…………………………………………………………………… 115
7-2 未來展望……………………………………………………………… 116
參考文獻……………………………………………………………………………… 117
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