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研究生:吳永義
研究生(外文):WU, YUNG-YI
論文名稱:微電化學加工法對超硬合金加工之現象分析與探討
論文名稱(外文):Phenomenon Analysis and Investigation of micro-ECM for Tungsten Cemented Carbide
指導教授:許東亞
指導教授(外文):SHEU, DONG-YEA
口試委員:萬其超李碩仁蔡曜陽王立民李春穎許東亞
口試委員(外文):WAN, CHI-CHAOLEE, SHUO-RENTASI, YAO-YANGWANG, LI-MINLEE, CHUN-YINSHEU, DONG-YEA
口試日期:2021-04-20
學位類別:博士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:機電學院機電科技博士班
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:2021
畢業學年度:109
語文別:中文
論文頁數:88
中文關鍵詞:碳化鎢超硬合金微電化學加工微細孔微結構
外文關鍵詞:tungsten carbide (WC)tungsten cemented carbide (WC-Co)micro-ECMmicro-holesmicro-structures
DOI:orcid.org/0000-0002-2618-3402
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碳化鎢(WC)材料具有硬度高和磨損低的獨特優點,參雜微量鈷(Co)元素後燒結的碳化鎢之超硬合金(WC-Co) 可以降低WC脆性應用於特殊堅硬材料需求的工業,例如各種刀刃、鑽頭及各式射出、注入、噴霧、吸汲的噴嘴和抽線、拉絲的模具等等。然而電化學加工技術對相關於超硬合金材料的研究仍不清楚。微電化學加工(micro-electrochemical machining, micro-ECM)由於無工具磨損的優異特性更超越了微放電加工(micro-electrodischarge machining, micro-EDM),將成為超硬合金材料的最佳加工技術。在本研究中開發了一種微米級簡易的微電化學加工系統(Desktop micro-ECM System),可以在5 ~10V的直流單極性脈波工作電壓與混合電解液電解質溶液中,利用適當的加工參數,可以溶解去除WC-Co,以及在超硬合金材料上進行微細孔、微結構的各項微細電化學加工,且可達到無工具磨損及工件沒有任何毛邊的優質製造加工。探討有關微電化學加工在微細孔以及微結構加工,以及各項加工參數的特性,如:加工時間、相對電極工具磨損率、電解質濃度、表面品質和尺寸精度,利用模擬軟體通過電解的電位和電流大小,了解電解液的流場與電位場的關係,研究對於超硬合金在微電化學加工之現象分析與特性探討。
The material of tungsten carbide (WC) posesses the unique advantages of high hardness and low wear. After mixed trace amount of cobalt (Co) element and being sintered, the tungsten cemented carbide (WC-Co) can reduce the brittleness of WC and is applied in industries that require special hard materials in all kinds of blades, such as drills and various injection, injection, spray, suction nozzles and wire drawing, wire drawing molds and so on. However, the study of electrochemical machining (ECM) technology related to cemented carbide materials is still unclear. Micro-electrochemical machining (micro-ECM) surpasses micro-electrodischarge machining (micro-EDM) due to its excellent characteristics of tool-free wear, and will become the best processing technology for tungsten cemented carbide materials.
In this study, a convenient micron electrochemical machining system (Desktop micro-ECM System) was developed, which can operate in a DC unipolar pulse working voltage of 5V to 10V and in a mixed electrolyte electrolyte solution. With appropriate processing parameters, WC-Co can be dissolved and removed. It can perform various micro-electrochemical processing of micro-holes and micro-structures on cemented carbide materials, and achieves high-quality manufacturing and processing with tool wear free and burrs free on workpieces to discuss the characteristics of micro-ECM in micro-hole and micro-structure machining, as well as various machining parameters such as processing time, relative electrode tool wear rate, electrolyte concentration, surface quality and dimensional accuracy, using simulation software to understand the relationship between electrolyte and potential through electrolysis potential and current size. Utilizing simulation software to understand the relationship between electrolyte flow field and potential field through electrolysis potential and current size to research on the phenomenon analysis and characteristics of tungsten cemented carbide in micro-ECM.

摘 要 i
ABSTRACT ii
誌 謝 iv
目 錄 v
表目錄 viii
圖目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1研究背景與動機 1
1.2研究目的 2
1.3研究方法 3
1.4文獻回顧 4
1.5本文架構 8
第二章 電化學理論原理及加工系統 11
2.1電化學理論 11
2.1.1氧化還原反應與解離 12
2.1.2標準還原電位 14
2.1.3能斯特(Nernst)方程式 16
2.1.4普爾貝圖(Pourbaix Diagram) 17
2.1.5法拉第電解定律 17
2.2.微電化學加工原理 19
2.2.1微電化學加工原理 19
2.2.2電解質溶液與濃度 20
2.2.3電解液的阻抗 21
2.2.4電解電流的效率及加工速度 21
2.3微電化學加工系統 22
2.3.1 微電化學加工系統機構 23
2.3.2微電化學加工系統工作平台 24
2.3.3微電化學加工系統之電源回路 25
2.4微電化學加工之問題點 28
第三章 實驗設備與使用材料 29
3.1實驗設備 29
3.1.1脈波電源供應器 31
3.1.2桌上型微電化學加工機 32
3.1.3電解液的供給泵 32
3.1.4蒸餾水設備 33
3.2 量測設備 35
3.2.1 光學工具顯微鏡 35
3.2.2 表面3D輪廓量測儀 35
3.2.3 掃描電子顯微鏡 36
3.3 超硬合金材料特性 37
第四章 超硬合金微電化學加工方法 43
4.1超硬合金微細孔加工方法 43
4.1.1微電化學微細孔加工參數的研究 43
4.1.2微電化學微細孔加工現象 46
4.2微電化學微結構零件成形加工 50
4.2.1 微結構零件加工參數的研究 50
4.2.2 微結構零件成形加工現象 53
4.3微電化學加工的軟體模擬 56
4.3.1微電化學加工的模擬設計 57
第五章 微電化學加工現象分析與探討 59
5.1微電化學加工現象分析與探討 59
5.1.1 加工電源的現象分析與探討 59
5.1.2 電解液加工時的現象分析與探討 63
5.1.3 工具電極加工時的現象分析與探討 66
5.2微電化學加工的模擬分析 74
第六章 結論與未來展望 76
6.1 結論 76
6.2 未來展望 78
參考文獻 80
論文發表 86
作者簡介 87

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