目 錄 摘 要 ...................................................................................................................... i Abstract ................................................................................................................. ii 誌 謝 .................................................................................................................... iii 目 錄 .................................................................................................................... iv 圖目錄 ................................................................................................................. vii 表目錄 .................................................................................................................. ix 第一章 緒論 ....................................................................................................... 1 1-1 研究動機 ................................................................................................. 1 1-2 文獻回顧 ................................................................................................. 3 1-2-1 電化學放電加工機制文獻 .......................................................... 3 1-2-2 電化學放電加工製程特性文獻 .................................................. 4 1-3 研究目的 ................................................................................................. 6 第二章 實驗原理 ............................................................................................... 7 2-1 電化學放電加工原理 ............................................................................. 7 2-2 ECDM的電化學反應[5] ....................................................................... 9 2-3 ECDM的放電火花產生過程[6] ......................................................... 10 2-4 ECDM的材料移除機制 ...................................................................... 12 2-5 放電加工原理 ....................................................................................... 15 2-5-1 放電加工去除機制 .................................................................... 17 2-5-2 放電加工的優缺點 .................................................................... 20 2-5-3 放電加工參數與影響 ................................................................ 21 2-6 線放電研削加工原理[20] .................................................................... 24 2-7 表面張力原理 ....................................................................................... 26 第三章 實驗設備、材料與方法 ..................................................................... 27 3-1 實驗設備 ............................................................................................... 27 3-1-1 放電加工機 ................................................................................ 28 3-1-2 線放電研削（WEDG）機構 .................................................... 30 3-1-3 電化學放電加工機構 ................................................................ 31 3-1-4 X-Y Table電極旋轉夾持機構 ................................................... 32 3-1-5 CCD（Charge Coupled Device）顯微量測系統 ...................... 33 3-1-6 示波器 ........................................................................................ 33 3-1-7 電源供應器 ................................................................................ 34 3-1-8 真空濺鍍機 ................................................................................ 34 3-1-9 低真空掃瞄式電子顯微鏡 ........................................................ 35 3-1-10 精密電子天平 .......................................................................... 35 3-1-11 電磁加熱攪拌器 ....................................................................... 35 3-1-12 去離子純水系統 ...................................................................... 36 3-1-13 超音波洗淨機 .......................................................................... 36 3-2 實驗材料 ............................................................................................... 37 3-2-1 電解液 ........................................................................................ 37 3-2-2 刀具電極 .................................................................................... 38 3-2-3 石墨輔助電極 ............................................................................ 39 3-2-4 工件材料 .................................................................................... 40 3-2-5 線電極材料 ................................................................................ 40 3-3 實驗流程圖 ........................................................................................... 41 3-4 實驗步驟 ............................................................................................... 42 第四章 結果與討論 ......................................................................................... 46 4-1 氣膜結構的加工性能探討 ................................................................... 46 4-1-1 不同電壓之氣膜結構對於初始加工狀態的影響 .................... 46 4-1-2 不同電壓之氣膜結構對於加工性能的影響 ............................ 50 4-1-3 不同電壓之氣膜結構對於放電頻率的影響 ............................ 53 4-1-4 不同電解液濃度對於氣膜結構的影響 .................................... 56 4-2 圓柱電極穿孔加工之特性探討 .......................................................... 58 4-3 球狀電極穿孔加工之特性 ................................................................... 64 4-3-1 球狀電極初始狀態的探討 ........................................................ 64 4-3-2 球狀電極對穿孔加工之探討 .................................................... 66 第五章 結論 ..................................................................................................... 70 參考文獻 ............................................................................................................. 72 個人簡歷 ............................................................................................................. 75 圖目錄 圖1-1 不同電極形狀對材料移除現象[5] .......................................................... 4 圖2-1 電化學放電加工基本配置圖 .................................................................. 8 圖2-2 ECDM之I-V特性曲線圖[6] ................................................................ 11 圖2-3 EDM加工機制示意圖 ........................................................................... 16 圖2-4 放電加工材料去除機制示意圖 ............................................................ 19 圖2-5 放電加工波形示意圖 ............................................................................ 23 圖2-6 WEDG加工示意圖 ............................................................................... 24 圖2-7 柱狀電極放電加工示意圖 .................................................................... 25 圖2-8 WEDM加工示意圖 ............................................................................... 25 圖2-9 三相間之表面張力示意圖 .................................................................... 26 圖3-1 實驗設備示意圖..................................................................................... 27 圖3-2 放電加工機 ............................................................................................. 28 圖3-3 線放電研削機構示意圖 ........................................................................ 30 圖3-4 電化學放電加工機構示意圖 ................................................................ 31 圖3-5 電極夾持旋轉機構示意圖 .................................................................... 32 圖3-6 CCD顯微量測系統 ............................................................................... 33 圖3-7 示波器 ..................................................................................................... 33 圖3-8 可程式直流電源供應器 ........................................................................ 34 圖3-9 真空濺鍍機 ............................................................................................. 34 圖3-10 低真空掃描式電子顯微鏡 .................................................................. 35 圖3-11 實驗流程圖 ........................................................................................... 41 圖3-12 階級電極修整示意圖 .......................................................................... 42 圖3-13 球狀電極成形示意圖 .......................................................................... 43 圖3-14 圓柱電極與球狀電極之幾何外形與實際SEM圖 ............................ 43 圖4-1 圓柱電極加工機制示意圖 .................................................................... 48 圖4-2 不同電壓的加工時間與加工深度之比較 ............................................ 48 圖4-3 不同電壓與加工時間之微孔表面形貌 ................................................ 49 圖4-4 固定時間下，不同電壓對入口孔徑與加工深度的影響 .................... 51 圖4-5 不同電壓之微孔孔徑與剖面形貌 ........................................................ 52 圖4-6 不同電壓加工之電流波形 .................................................................... 54 圖4-7 不同電壓加工之放電頻率 .................................................................... 55 圖4-8 不同電壓加工後之微孔蝕刻形貌 ........................................................ 55 圖4-9 不同電解液濃度下的入口孔徑與加工時間之比較 ............................ 57 圖4-10 不同電解液濃度下之微孔尺寸差異 .................................................. 57 圖4-11 圓柱電極深孔加工之示意圖............................................................... 58 圖4-12 圓柱電極於不同深度下之入口孔徑與加工時間 .............................. 59 圖4-13 圓柱電極於不同深度的微孔形貌 ...................................................... 60 圖4-14 圓柱電極貫穿孔加工之剖面形貌 ...................................................... 61 圖4-15 孔壁缺陷的四種不同模式[21] ............................................................ 62 圖4-16 圓柱電極氣泡形成機制 ...................................................................... 63 圖4-17 球狀電極氣泡形成機制 ...................................................................... 63 圖4-18 初始加工之加工時間與加工深度的趨勢 .......................................... 64 圖4-19 球狀電極於不同時間之初始加工示意圖與微孔形貌 ...................... 65 圖4-20 球狀電極不同深度下之入口孔徑與加工時間 .................................. 66 圖4-21 球狀電極貫穿孔加工示意圖 .............................................................. 67 圖4-22 球狀電極於不同深度的微孔形貌與尺寸 .......................................... 68 圖4-23 球狀電極貫穿孔加工之剖面形貌 ...................................................... 69 表目錄 表2-1 二氧化矽在25°C不同的pH值下的溶解度 ....................................... 14 表2-2 二氧化矽在不同溫度的溶液(pH6~8)下之溶解度 .............................. 14 表3-1 放電加工機參數規格表 ........................................................................ 29 表3-2 離子遷移率與導電率 ............................................................................ 37 表3-3 碳化鎢的成分與機械物理性質 ............................................................ 38 表3-4 石墨的物理特性..................................................................................... 39 表3-5 石英的機械性質..................................................................................... 40 表3-6 線電極機械性質..................................................................................... 40 表3-7 電極修整參數......................................................................................... 44 表3-8 放電成球參數......................................................................................... 44