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研究生:陳依剛
研究生(外文):Yi-Gang Chen
論文名稱:碳化鎢微細放電加工特性之研究
論文名稱(外文):A Study on theMicro-Elertrical Discharge Machining Characteristics For WC
指導教授:曾信智曾信智引用關係
指導教授(外文):Hsinn-Jyh Tzeng
學位類別:碩士
校院名稱:南台科技大學
系所名稱:奈米科技研究所
學門:工程學門
學類:材料工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:83
中文關鍵詞:微放電加工碳化鎢白層厚度材料移除率電極消耗率
外文關鍵詞:micro-EDMtungsten carbidewhite layermaterial removal rateelectrode removal rate
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由於精微加工技術日益精進發達,許多具有優越性質的材料已被廣泛的使用。以微孔為例,目前業界所使用的加工方法有微細放電、電子束、雷射、蝕刻、電化學及超音波加工等,這些方法由於加工機制不同,有其優缺點,所產生的加工效果也不一樣,其中以微細放電加工法,具有加工深寬比大及可加工3D複雜形狀的工件等優點。
本研究利用田口式實驗法規劃放電加工參數,放電電流、放電電壓、脈衝時間及休止時間,以及探討該參數對碳化鎢加工擴孔量、變質層厚度、表面粗糙度與電極消耗率等放電加工特性的影響,期以獲致最佳的加工參數值。
實驗分析結果得知,影響加工擴孔量之主要加工參數,為放電電流;影響變質層厚度之主要加工參數,為放電持續時間; 影響表面粗糙度之主要加工參數,為放電休止時間;影響電極消耗率及材料移除率之主要加工參數,為放電電壓。
As the microscopic processing methods develop increasingly, many materials with superior properties have been widely used in the industry. These methods include micro-EDM, electron beam, laser, etching, electrochemical and ultrasonic processing. Each method has different mechanism and owns their unique advantages and disadvantages. Consequently, the processing outcome of each method is different when compared with other methods. Among these methods, micro-EDM(Electrical Discharge Machining) has the advantages of higher depth-to-width ratio、better machinability for the 3D complex shape.
In this study, the Taguchi method was used to explore the effects of micro-EDM processing parameters on hole enlargement, white layer, surface roughness, material removal rate and electrode wear rate of tungsten carbide material.
The electric voltage (Vo), electric current (Ip), pulse-on (τon) and pulse-off (τoff) were selected as processing parameters of micro-EDM . Experimental results indicate that electric current (Ip), pulse-on (τon), pulse-off (τoff) and electric voltage (Vo) are the primary influencing parameters for the hole enlargement,, the thickness of the white layer, surface roughness, the material remove rate and relative electrode wear rate, respectively.
中文摘要------------------------------------------------------------I
英文摘要------------------------------------------------------------II
誌謝---------------------------------------------------------------III
目錄----------------------------------------------------------------IV
表目錄--------------------------------------------------------------VI
圖目錄------------------------------------------------------------VIII
符號說明-------------------------------------------------------------X
第一章、緒論---------------------------------------------------------1
1-1前言-------------------------------------------------------------1
1-2文獻回顧---------------------------------------------------------2
1-3研究動機與目的----------------------------------------------------6
1-4本文架構---------------------------------------------------------7
第二章、基本原理-----------------------------------------------------8
2-1放電加工原理------------------------------------------------------8
2-2線放電研磨法------------------------------------------------------12
2-3放電加工參數------------------------------------------------------13
2-4放電加工之材料特性------------------------------------------------14
2-5田口實驗計畫法----------------------------------------------------16
2-5-1田口實驗步驟---------------------------------------------------16
2-5-2田口常用名詞---------------------------------------------------17
2-5-3 S/N訊號雜訊比-------------------------------------------------19
2-5-4變異數分析------------------------------------------------------20
2-5-5預測值計算------------------------------------------------------20
第三章、實驗內容-----------------------------------------------------22
3-1實驗流程------------------------------------------------------22
3-2實驗規劃-----------------------------------------------------24
3-3實驗方法-------------------------------------------------------26
3-4實驗材料-------------------------------------------------------27
3-4-1電極材料-----------------------------------------------------28
3-5實驗設備與儀器--------------------------------------------------28
第四章、結果與討論-------------------------------------------------34
4-1田口實驗分析------------------------------------------------------34
4-1-1電極消耗率------------------------------------------------------34
4-1-2表面粗糙度------------------------------------------------------37
4-1-3加工擴孔量------------------------------------------------------45
4-1-4材料移除率------------------------------------------------------50
4-1-5變質層厚度------------------------------------------------------55
4-2 微孔放電加工特性探討----------------------------------------------57
4-2-1放電加工參數之貢獻度---------------------------------------------57
4-2-2最佳化參數對表面特性比較-----------------------------------------57
4-2-3與AISI 316L不鏽鋼之比較-----------------------------------------59
第五章、結論---------------------------------------------------------62
第六章、未來研究方向--------------------------------------------------64
參考文獻------------------------------------------------------------65
表2.1 L9(34)田口直交表-----------------------------------------------17
表3.1 水準值設定-----------------------------------------------------25
表3.2 控制因子名稱與L9直交表設定對照表 --------------------------------25
表3.3 放電加工條件設定表----------------------------------------------26
表3.4碳化鎢的主要化學成份---------------------------------------------27
表3.5碳化鎢電極組成元素之化學成分與機械性質-----------------------------28
表4.1電極消耗率實驗數據----------------------------------------------34
表4.2電極消耗率之S/N比-----------------------------------------------35
表4.3電極消耗率之S/N比回應表------------------------------------------35
表4.4 電極消耗率之變異數分析表(ANOVA)----------------------------------36
表4.5 電極消耗率最佳參數組合與驗證實驗----------------------------------37
表4.6 表面粗糙度實驗數據----------------------------------------------42
表4.7 表面粗糙之S/N比------------------------------------------------42
表4.8 表面粗糙度之S/N比回應表-----------------------------------------43
表4.9 表面粗糙度之變異數分析表(ANOVA)----------------------------------44
表4.10 表面粗糙度最佳參數組合與驗證實驗---------------------------------45
表4.11 加工擴孔量實驗數據--------------------------------------------47
表4.12 加工擴孔量之S/N比--------------------------------------------47
表4.13 加工擴孔量之S/N比回應表----------------------------------------48
表4.14 加工擴孔量之變異數分析表(ANOVA)--------------------------------49
表4.15 加工擴孔量最佳參數組合與驗證實驗------------------------------- 49
表4.16 料移除率量實驗數據------------------------------------------- 52
表4.17 材料移除率之S/N比---------------------------------------------52
表4.18 材料移除率之S/N比回應表----------------------------------------53
表4.19 材料移除率之變異數分析表(ANOVA)---------------------------------54
表4.20 材料移除率最佳參數組合與驗證實驗--------------------------------54
表4.21 放電加工參數之貢獻度分析表--------------------------------------57
表4.22 最佳化參數之數據-----------------------------------------------58
圖2.1放電加工過程示意圖-----------------------------------------------10
圖2.2單發放電,電流與電壓關係------------------------------------------11
圖2.3連續放電,電流與電壓關係------------------------------------------11
圖2.4傳統微細電極加工法-----------------------------------------------12
圖2.5 WEDG 電極加工法------------------------------------------------12
圖2.6直徑5μm電極-----------------------------------------------------13
圖2.7 RC迴路--------------------------------------------------------13
圖3.1放電加工示意圖--------------------------------------------------22
圖3.2實驗流程圖------------------------------------------------------23
圖3.3 實驗設備示意圖-------------------------------------------------27
圖3.4 碳化鎢電極-----------------------------------------------------28
圖3.5MD-22微放電加工機-----------------------------------------------29
圖3.6白光干涉儀------------------------------------------------------30
圖3.7 Hitachi S-3000N 掃瞄式電子顯微鏡--------------------------------31
圖3.8 XTL-3400連續變倍實體顯微鏡--------------------------------------31
圖3.9 研磨拋光機-----------------------------------------------------32
圖3.10 ACH-200A 砂輪切割機-------------------------------------------32
圖3.11 LEO150S超音波洗淨機-------------------------------------------33
圖4.1 電極消耗率之S/N比回應圖-----------------------------------------36
圖4.2~4.10 白光干涉儀量測-------------------------------------------38
圖4.11 表面粗糙度之S/N比回應圖---------------------------------------44
圖4.12田口L9實驗放電加工擴孔量SEM圖(x100)----------------------------46
圖4.13 加工擴孔量之S/N比回應圖---------------------------------------48
圖4.14 加工擴孔量驗證實驗SEM圖---------------------------------------50
圖4.15田口L9實驗放電加工材料移除率SEM圖--------------------------------51
圖4.16 材料移除率之S/N比回應圖----------------------------------------53
圖4.17 材料移除率驗證實驗SEM圖----------------------------------------55
圖4.18田口L9實驗放電加工材料移除率SEM圖--------------------------------56
圖4.19 各最佳化參數對電極消耗率之比較----------------------------------58
圖4.20 各最佳化參數對表面粗糙度之比較----------------------------------58
圖4.21 各最佳化參數對加工擴孔量之比較---------------------------------59
圖4.22 各最佳化參數對材料移除率之比較---------------------------------59
圖4.23擴孔量之比較--------------------------------------------------60
圖4.24材料移除率之比較-----------------------------------------------60
圖4.25 電極消耗率之比較----------------------------------------------60
圖4.26 變質層厚度比較------------------------------------------------61圖6.1以研磨混合液精修去除放電再鑄層之作動情形----------------------------64
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