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研究生:楊雁宇
研究生(外文):Yan-Yu Yang
論文名稱:於CNC工具機以自製拋光工具進行STAVAX模具用鋼之表面精加工研究
論文名稱(外文):Research on the Surface Finishing of the STAVAX Mold Steel on a CNC Machining Center Using the Lab-made Cylindrical Polishing Tool
指導教授:修芳仲
指導教授(外文):Fang-Jung Shiou
口試委員:修芳仲郭重顯陳品銓郭俊良
口試委員(外文):Fang-Jung ShiouChung-Hsien KuoPin-Chuan ChenChun-Liang Kuo
口試日期:2020-07-28
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:機械工程系
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:2020
畢業學年度:108
語文別:中文
論文頁數:122
中文關鍵詞:橡膠圓柱狀拋光工具球擠光加工田口法表面粗糙度五軸加工機
外文關鍵詞:Rubber cylindrical-shaped polishing toolball burnishingTaguchi’s experimental methodsurface roughnessfive-axis CNC machining center
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本論文研究主要目的為在CNC切削加工中心機上發展一中型工件表面之拋光加工製程,自行開發一新型橡膠圓柱狀拋光工具,其用途在於降低拋光球拋光大面積所產生加工時間過長之問題,並利用田口實驗計畫法探討STAVAX不銹模具鋼之建議拋光參數,將其應用於平面及曲面試件上。
研究中針對球擠光加工重新探討擠光參數,以縮短擠光加工時間,以及利用田口實驗計畫法決定不同直徑拋光工具之建議參數組合,經實驗結果得知建議擠光參數為:擠光力190 N、進給率1500 mm/min、間距0.03 mm,可使試件表面粗糙度由Ra 0.54 μm 改善至 Ra 0.087 μm;直徑10 mm拋光工具建議參數為:粒徑0.05 μm、轉速5000 rev/min、進給率60 mm/min、拋光力1.5 N、間距為拋光工具直徑百分比之15,可使試件表面粗糙度改善至Ra 0.073 μm;直徑20mm拋光工具建議參數為:粒徑1 μm、轉速3000 rev/min、進給率60 mm/min、拋光力1.5 N、間距為拋光工具直徑百分比之15,可使試件表面粗糙度改善至Ra 0.058 μm。
將建議之擠光及拋光參數應用於曲面,可使擠光後表面粗糙度由Ra 1.24 μm 改善至 Ra 0.117 μm,拋光後表面粗糙度可改善至Ra 0.083 μm。
The main purpose of this study is to develop a surface finishing process for a medium-sized workpiece on the CNC machining center. A new type of rubber cylindrical-shaped polishing tool has been developed to reduce the long processing time by using a polishing ball on a large area. The Taguchi Method of experiments has been applied to obtain the recommended polishing parameters for the STAVAX stainless mold steel, which have been applied to the plane and curved samples.
In the research, the parameters have been investigated for the ball burnishing process, to shorten the burnishing time. The recommended parameters of rubber cylindrical polishing tools with different diameters have been determined by the Taguchi Method of experiments. Based on the experimental results, the recommended burnishing parameters were as follows:the burnishing force of 190 N, the feed rate of 1500 mm/min, the stepover of 0.03 mm. The surface roughness of the test specimens could be improved from Ra 0.54 μm to Ra 0.087 μm. The recommended parameters for the polishing tool with 10 mm in diameter were as follows:the Al2O3 abrasive diameter of 0.05 μm, the spindle speed of 5000 rev/min, the feed rate of 60 mm/min, the polishing force of 1.5 N, the stepover of 15% of the diameter of the polishing tool , The surface roughness of the workpiece can be improved from Ra 0.083 μm to Ra 0.073 μm. The recommended parameters for the polishing tool with the 20 mm in diameter were as follows:the Al2O3 abrasive diameter of 1 μm, the spindle speed of 5000 rev/min, the feed rate of 60 mm/min, the polishing force of 1.5 N, the stepover of 15% of the diameter of the polishing tool, The surface roughness can be improved from Ra 0.083 μm to Ra 0.058 μm.
By applying the recommended burnishing and polishing parameters to the curved surface, the surface roughness can be improved from Ra 1.24 μm to Ra 0.117 μm after ball burnishing, and the surface roughness can be further improved to Ra 0.083 μm after the polishing process.
摘要 I
Abstract II
誌謝 IV
目錄 V
圖索引 IX
表索引 XII
符號說明 XIV
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1 擠光加工 2
1.2.2 拋光加工 4
1.3 研究方法與論與架構 8
第二章 相關理論介紹 9
2.1 擠光加工之原理 9
2.1.1 擠光力 9
2.1.2 進給率 10
2.1.3 間距 10
2.1.4 擠光加工之簡化塑性變形理論 10
2.2 拋光加工之原理 12
2.2.1 磨料 13
2.2.2 轉速 13
2.2.3 進給率 14
2.2.4 間距 14
2.2.5 壓深 14
2.3 表面粗糙度 15
2.3.1 表面粗糙度定義 15
2.3.2 表面粗糙度參數表示法 15
第三章 田口試驗法 18
3.1 田口實驗規劃簡介 18
3.2 參數設計 18
3.3 因子的分類 19
3.3.1 控制因子(Control factor) 19
3.3.2 信號因子(Signal factor) 19
3.3.3 干擾因子(Noise factor) 19
3.3.4 品質損失函數 19
3.4 直交表(Orthogonal array) 22
3.5 信號雜訊比(Signal to Noise Ratio) 23
3.6 變異數分析(Analysis Of Variation,ANOVA) 24
3.7 最適條件下的最佳估計值與確認實驗 25
第四章 實驗方法與程序 27
4.1 實驗方法 27
4.2 實驗試件設計 31
4.2.1 橡膠拋光工具模具設計 31
4.2.2 實驗試件之簡介及特性 33
4.2.3 平面加工設計 35
4.2.4 中型平面及曲面試件之設計 36
4.3 實驗設備 37
4.3.1 三軸加工中心機 37
4.3.2 五軸加工中心機 37
4.3.3 荷重計(Load Cell) 37
4.3.4 內建荷重計之擠光工具 39
4.3.5 內建荷重計之球拋光工具 41
4.3.6 電動研磨機 42
4.3.7 自動熱壓成型機 42
4.3.8 自製內含氧化鋁粉之橡膠拋光工具及拋光工具治具 43
4.3.9 Z軸設定器ZDE-50及3D尋邊器 45
4.3.10 表面粗糙度量測儀 46
4.4 擠、拋光加工參數 49
4.5 荷重計校驗 50
4.5.1 擠光用荷重計校正 51
4.5.2 拋光用荷重計校正 52
4.6 實驗步驟 53
第五章 實驗結果與分析 55
5.1 擠光加工實驗 55
5.1.1 擠光加工參數對表面粗糙度影響之探討 55
5.1.2 進給率 55
5.1.3 擠光力 57
5.1.4 間距 59
5.1.5 驗證實驗 61
5.2 拋光道次 62
5.3 拋光加工田口實驗 62
5.3.1 訊噪比(S/N ratio) 65
5.3.2 ANOVA變異數分析 71
5.3.3 表面粗糙度預估值 76
5.4 拋光加工參數對表面粗糙度影響之探討 79
5.4.1 拋光工具內之氧化鋁粉粒徑 79
5.4.2 轉速 80
5.4.3 進給率 80
5.4.4 拋光力 80
5.4.5 間距 81
5.5 最佳拋光參數應用 81
5.5.1 實驗試件之設計及加工路徑規劃 81
5.5.2 實驗試件之量測結果 86
第六章 結論與未來展望 89
6.1 結論 89
6.2 未來展望 90
附錄(一) STAVAX 不銹模具鋼材質證明 98
附錄(二) STAVAX 不銹模具鋼熱處理證明 99
附錄(三) NBR橡膠配方表 100
附錄(四) F分佈表(F0.05,v1,v2) 101
附錄(五)表面粗糙度量測報告 102
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