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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳宗龍
研究生(外文):Chung -Lung Chen
論文名稱:雷射拋光參數對於光澤度的影響
論文名稱(外文):The Influence of Laser Polishing Parameters on the Glossiness
指導教授:湯華興
口試委員:蔡傳暉許東亞
口試日期:2009-06-26
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:製造科技研究所
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:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:104
中文關鍵詞:雷射拋光NAK80光澤度
外文關鍵詞:laserpolishingsurface roughnessNAK80glossiness
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這篇論文的目的是研究雷射拋光參數對於光澤度的影響,材料為塑膠模專用析出硬化型預硬鋼NAK80。於放電及雷射加工表面利用不同的功率47.7~89.7%、Q-SWITCH-OFF、頻率200~650mm/s等參數變化來加工金屬面。
由實驗中得知粗糙度降低則光澤度升高但非線性關係,雷射的功率直接影響光澤度,基礎表面的粗糙度直接影響拋光後的粗糙度,表面紋理越緻密拋光後的粗糙度越低銳利度越高,但功率過高及加工次數過多,表面粗糙度會劇升且光澤度劇降。
The purpose of this paper is to study the influence of laser polishing parameters on the glossiness. The material used is a special-purpose steel NAK80 for injection mold. With different power of 47.7~89.7%, frequency of 200~650mm/s and Q-switch OFF, metal surfaces pretreated by the electric discharge and laser beam were processed.
The results of the experiments show that the glossiness increases if the roughness is reduced; but it does not change linearly. The laser power influences the glossiness directly. The roughness of pretreated surface influences the roughness of the polishing surface also directly. More dense the surface texture is lower the roughness and higher the sharpness of the polishing surface. But if the power is too high and if process repeats many times, the surface roughness will be increased rapidly and the glossiness will be reduced very fast.
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
第二章 基本理論 4
2.1 雷射的基本特性及運用概要 4
2.1.1 Nd-YAG固態晶體雷射 4
2.1.2 光與介質的交互作用 5
2.1.3 發生吸收和釋放能量的條件 8
2.1.4 雷射的組成 10
2.1.5 雷射加工之特點 11
2.1.6 Q開關雷射簡介 11
2.2 析出硬化型預硬鋼NAK80 13
第三章 實驗方法及步驟 17
3.1 實驗設備 17
3.2 實驗方法與流程 21
3.2.1 實驗規劃 21
3.2.2 實驗步驟與流程 23
第四章 結果與討論 31
4.1 雷射功率對於表面粗糙度及光澤度之影響 31
4.1.1 粗糙度Ra,Rmax,Rz值的定義 34
4.2 雷射掃瞄速度對於表面粗糙度及光擇度之影響 36
4.3 雷射掃瞄次數對於表面粗糙度及光擇度之影響 40
4.4 金屬表面觀測 44
4.4.1 power=47.7%放電與雷射加工表面比較 44
4.4.2 power=65.7%放電與雷射加工表面比較 52
4.4.3 power=83.7%放電與雷射加工表面比較 59
4.5 雷射拋光的機制 66
第五章 雷射拋光之運用 71
5.1 習用之光柵產品設計 71
5.2 創新光柵設計 74
5.2.1 雷射加工程式及步驟 75
5.2.2 先進B軸方錐光柵設計製造方法 77
5.2.3 模仁成品 86
5.2.4 產品運用 93
第六章 結論 95
參考文獻 96
附錄 …99
作者簡介 ..104





表目錄

表2.1 各種雷射加工主要性能............................................... 12
表2.2 塑膠模具鋼之種類........................................... 13
表2.3 NAK80主要成份............................................. 14
表2.4 NAK80用途........................................... 15
表2.5 NAK80物理性質........................................... 15
表2.6 NAK80機械性質........................................... 16
表2.7 NAK80在高溫的機械性質........................................... 16
表3.1 APEX M32 影像測量系統........................................... 20











圖目錄

圖1.1 雷射離焦與焦點加工................................................ 3
圖2.1 Nd-YAG雷射結構圖............................................ 5
圖2.2 介質由E 能量降至E 狀態............................................ ..6
圖2.3 受激放射及其所產生雷射光的同質性...........................................6
圖2.4 雷射介質在吸收能量後進入群數反轉的過程................................7
圖2.5 雷射的基本結構反射鏡..................................................................8
圖3.1 DECKEL MAHO DML40s 4軸雷射加工機…..................................18
圖3.2 Mitutoyo SJ-201表面粗糙度儀...................................................18
圖3.3 KETT TMS-724表面光澤度儀........................................................19
圖3.4 APEX M32 影像測量系統...............................................................20
圖3.5 測試拋光用幾合圖形.....................................................................22
圖3.6 NAK80塊體放電表面雷射拋光加工...........................................24
圖3.7 NAK80塊體放電紋理雷射加工均勻化之後再進行雷射拋光…. 25
圖3.8 NAK80塊體放電紋理雷射加工使之均勻化............................... 25
圖3.9 模仁樣板完成圖............................................ 26
圖3.10 鹽酸清潔............................................ 27
圖3.11 表面粗糙度測量............................................ 27
圖3.12 光澤度儀校正............................................ 28
圖3.13 光擇度測量............................................ 28
圖3.14 表面觀測圖............................................ 29
圖3.15 實驗步驟圖........................................... 30
圖4.1 雷射功率與放電加工表面粗糙度(Ra)之關係.............................. 32
圖4.2 雷射功率與放電加工表面粗糙度(Rz)之關係............................. 32
圖4.3 雷射功率與放電加工表面GU值之關係........................................ 33
圖4.4 雷射功率與雷射加工表面粗糙度(Ra)之關係............................... 33
圖4.5 雷射功率與雷射加工表面粗糙度(Rz)之關係............................... 34
圖4.6 雷射功率與雷射加工表面GU值之關係........................................ 34
圖4.7 雷射掃描速度與放電加工表面粗糙度(Ra)之關係........................ 37
圖4.8 雷射掃描速度與放電加工表面粗糙度(Rz)之關係........................ 37
圖4.9 雷射掃描速度與放電加工表面GU值之關係................................ 38
圖4.10 雷射掃描速度與雷射加工表面粗糙度(Ra)之關係......................38
圖4.11 雷射掃描速度與雷射加工表面粗糙度(Rz)之關係..................... 39
圖4.12 雷射掃描速度與雷射加工表面GU值之關係............................... 39
圖4.13 雷射掃描次數與放電加工表面粗糙度(Ra)之關係......................41
圖4.14 雷射掃描次數與放電加工表面粗糙度(Rz)之關係.................... 41
圖4.15 雷射掃描速度與放電加工表面GU值之關係............................... 42
圖4.16 雷射掃描次數與雷射加工表面粗糙度(Rz)之關係.................... 42
圖4.17 雷射掃描次數與雷射加工表面粗糙度(Ra)之關係.................... 43
圖4.18 雷射掃描速度與雷射加工表面GU值之關係............................... 43
圖4.19 power=47.7% 2次 EDM........................................... 46
圖4.20 power=47.7% 4次EDM........................................... 47
圖4.21 power=47.7% 8次EDM........................................... 48
圖4.22 power=47.7% 2次LBM........................................... 49
圖4.23 power=47.7% 4次LBM........................................... 50
圖4.24 power=47.7% 8次LBM........................................... 51
圖4.25 power=65.7% 2次EDM........................................... 53
圖4.26 power=65.7% 4次EDM........................................... 54
圖4.27 power=65.7% 8次EDM........................................... 55
圖4.28 power=65.7% 2次LBM........................................... 56
圖4.29 power=65.7% 4次LBM........................................... 57
圖4.30 power=65.7% 8次LBM........................................... 58
圖4.31 power=83.7% 2次EDM........................................... 60
圖4.32 power=83.7% 4次EDM........................................... 61
圖4.33 power=83.7% 8次EDM........................................... 62
圖4.34 power=83.7% 2次LBM........................................... 63
圖4.35 power=83.7% 4次LBM........................................... 64
圖4.36 power=83.7% 8次LBM........................................... 65
圖4.37 雷射拋光......................................................................................66
圖4.38 雷射拋光......................................................................................66
圖4.39 雷射移除加工..............................................................................67
圖4.40 雷射移除加工...............................................................................67
圖4.41 雷射拋光對照..............................................................................68
圖4.42 雷射拋光對照..............................................................................68
圖4.43 雷射拋光對照..............................................................................69
圖5.1 機械光柵視意圖........................................... 72
圖5.2 中華民國50元銅幣........................................... 72
圖5.3 光柵折射原理........................................... 73
圖5.4 光柵折射原理........................................... 73
圖5.5 光柵CAD設計圖........................................... 74
圖5.6 3D著色........................................... 75
圖5.7 轉換座標........................................... 76
圖5.8 底層移除........................................... 76
圖5.9 加工區域選取........................................... 77
圖5.10 B軸光柵製作流程圖........................................... 78
圖5.11 三視圖........................................... 79
圖5.12 側視圖........................................... 79
圖5.13 角度旋轉........................................... 80
圖5.14 模仁三視圖........................................... 81
圖5.15 製具三視圖........................................... 81
圖5.16 模仁與製具裝配圖........................................... 82
圖5.17 雷射加工示意圖........................................... 83
圖5.18 雷射加工示意圖........................................... 83
圖5.19 雷射加工示意圖........................................... 84
圖5.20 模具示意圖........................................... 84
圖5.21 模內示意圖........................................... 85
圖5.22 成品圖........................................... 85
圖5.23 成品圖........................................... 86
圖5.24 條狀光柵側視圖........................................... 87
圖5.25 拋光加工面........................................... 88
圖5.26 矩形狀光柵測視圖........................................... 88
圖5.27 拋光加工面.......................................... 89
圖5.28 條狀光柵反射(右)........................................... 89
圖5.29 條狀光柵反射(左)........................................... 90
圖5.30 條狀光柵反射(上)........................................... 90
圖5.31 條狀光柵反射(下).......................................... 91
圖5.32 設計加工步驟.......................................... 92
圖5.33 產品運用.......................................... 93
圖5.34 產品運用.......................................... 94
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