電化學微加工於精微球狀鎢電極精修製程之研究

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研究生：	王祥安 Hsiang-An Wang
論文名稱：	電化學微加工於精微球狀鎢電極精修製程之研究 Finishing process of a micro spherical tungsten electrode in electrochemical micro machining and its application
指導教授：	顏炳華 Biing-Hwa Yan
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 機械工程學系 Department of Mechanical Engineering
畢業學年度：	100
語文別：	中文
論文頁數：	69
中文關鍵詞：	微球狀電極
外文關鍵詞：	Electrochemical machining, Surface roughness, Tungsten, Spherical, Electric discharge machining
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本研究主要是利用微細電極前端以放電加工法形成一微球頭，於放電時瞬間熱能使電極前端產生熔融，因表面張力而收縮形成一微球頭，如此球頭部與電極根部形成直徑差，再以電化學加工法進行尺寸精修以達所需規格，期使獲得高精度之微型球狀探針電極，並藉由球狀探針電極達成高精度微孔電化學鑽孔加工加工目標。
由實驗結果可知電化學加工對放電修整後之電極表面具有拋光效果。放電修整完的電極表面粗糙度Ra值為0.304μm而採用電壓16V、加工時間0.5s、電解液濃度2 wt％加工參數進行電化學精修後Ra值降低至0.093μm。而對球形電極的表面具有精修效果，且電化學加工後球狀電極外形較為圓滑及可以控制球狀電極的直徑大小。在電化學鑽孔加工中，球狀電極比傳統圓柱電極有較小的環帶寬度及高精度的微孔直徑的之加工效果。

With the development of micro machining or measurement technology, the demand for micro-spherical tools or probes such as using for micro-hole machining, coordinate measuring machine (CMM) and chip test has been rapidly increasing. Electrochemical micro machining (ECMM) is one of nonconventional micromachining processes; its material removal is an anode electrochemical dissolution process. The anodic electrochemical dissolution occurs when a voltage is applied between anode and cathode placed in electrolyte. This paper demonstrates a finishing process using ECMM (ECMF) to build an accurate and smooth micro-spherical tungsten electrode. A micro tungsten electrode is made by several processes including wire electro-discharge grinding (WEDG), electric discharge machining (EDM) spherical forming, and ECMF. The influence of ECMF parameters on the EDMed surface and tool diameter is presented.
The experimental result shows a smooth micro-spherical tungsten electrode can be successfully finished and brightened with suitable ECMF parameters that are a voltage of 16 V, electrolyte concentration of 2 wt% and machining time of 0.5 second. When using this method, not only the micro tungsten electrode has a smooth surface and but also its diameter can be fine-tuned to get the high accuracy via the machining time control. Finally, the electrode is tested to drill a micro hole to compare with the machining performance by using conventional cylindrical electrode.

目  錄
中文摘要	i
英文摘要	ii
謝誌	iii
目  錄	iv
圖目錄	vi
表目錄	ix
第一章 緒論	1
1-1研究動機與目的	1
1-2文獻回顧	3
第二章 實驗基礎理論	6
2-1 放電加工基礎理論	6
2-1-1放電加工原理	6
2-1-2 放電加工移除機制	8
2-1-3放電加工的優缺點	11
2-1-4 放電加工的參數的影響	12
2-1-5線放電研削加工原理	15
2-1-6 表面張力原理           17
2-2 電化學加工的基礎理論	18
2-2-1電化學的反應機制	19
2-2-2法拉第定律(Faraday’s Law)	20
2-2-3歐姆定律(Ohm’s law)	21
2-2-4電極電位-金屬與溶液界面雙電層理論	22
2-2-5陽極極化曲線及其特徵	23
第三章 實驗設備與材料	25
3-1 基礎實驗相關設備	25
3-2 實驗材料	35
第四章微電化學精修加工特性之研究	38
4-1 實驗簡介	38
4-2 實驗設備	38
4-3 實驗流程與方法	40
4-4 結果與討論	48
4-4-1-1圓柱鎢電極電化學精修電壓及時間對與單位面積材料移除率之影響	48
4-4-1-2圓柱鎢電極電化學精修電極轉速及時間對與單位面積材料移除率之影響	51
4-4-1-3圓柱鎢電極電化學精修電解液濃度對與單位面積材料移除率之影響	53
4-4-1-4放電修整後之圓柱鎢電極電化學精修電壓及時間對與單位面積材料移除率之影響	54
4-4-1-5電化學加工前後表面差異 	56
4-4-2放電成球後之球狀電極電化學加工	60
4-4-2-1球狀鎢電極電化學精修電壓及時間對與單位面積材料移除率之影響	60
4-4-2-2對表面細緻改善探討	63
第五章 結論	65
參考文獻	66
圖目錄
圖2-1 EDM加工機制示意圖	7
圖2-2 放電加工材料去除機制示意圖	10
圖2-3放電加工波形示意圖	14
圖2-4 WEDG加工示意圖	15
圖2-5 柱狀電極放電加工示意圖	16
圖2-6 WEDM加工示意圖	16
圖2-7 三相間之表面張力示意圖	17
圖2-8 電化學反應示意圖	19
圖2-10 三種典型的陽極極化曲線	24
圖3-1放電加工機	25
圖3-2線放電研削機構示意圖	27
圖3-3 精密電子天平	28
圖3-4 去離子水系統	29
圖3-5 電磁加熱攪拌器	29
圖3-6 超音波洗淨機	30
圖3-7 微電化學鑚孔加工機	31
圖3-8 直流脈衝電源供應器	32
圖3-9 掃描式電子顯微鏡	33
圖3-10顯微影像量測儀	33
圖3-1原子力顯微鏡	34
圖4-1微電化學精修設備示意圖	39
圖4-2微電化學精修加工實驗流程圖	40
圖4-3階級電極修整示意圖	42
圖4-4球狀電極成形示意圖	43
圖4-5球狀電極之幾何外形與實際SEM圖	43
圖4-6 電壓及時間對與單位面積材料移除量之影響	49
圖4-7 電壓及時間對與鎢棒直徑之影響	50
圖4-8 電極轉速及時間對與單位面積材料移除量之影響	51
圖4-9 電極轉速及時間對與鎢棒直徑之影響	52
圖4-10電解液濃度及時間對單位面積材料移除率與鎢棒直徑之影響	..53
圖4-11放電修整後之圓柱鎢電極電化學精修電壓及時間對與單位面積材料移除量之影響	55
圖4-12 放電加工後電極的表面形貌	56
圖4-13 放電加工後電極的表面粗糙度	57
圖4-14放電加工後電極的3D表面形貌	57
圖4-15電化學精修後電極的表面形貌	58
圖4-16電化學精修後後電極的表面粗糙度	58
圖4-17電化學精修後電極的3D表面形貌	59
圖4-18球狀鎢電極電化學精修電壓及時間對與單位面積材料移除量之影響	60
圖4-19球狀鎢電極電化學精修前後的比較圖	61
圖4-20球狀鎢電極電化學精修前後的比較圖	62
圖4-21圓柱狀及球狀電極電化學鑽孔加工後的入出口端形貌	63
圖4-22柱狀及球狀電極電化學鑽孔加工後的入口端環帶寬度比較圖..	64
表目錄
表3-1 放電加工機參數規格表	26
表3-2 SUS304材料主要化學成分	35
表3-3氫氧化鈉之化學性質	36
表3-4鎢(Tungsten)之材料性質	37
表4-1 放電加工鎢棒的參數	44
表4-2 放電成球的參數	45
表4-3 單因子實驗參數之項目與設定值	46
表4-4 固定因子之項目與設定值	47
表4-5電化學鑽孔的參數	47

                                

[1] D. Y. Sheu “Multi-spherical probe machining by EDM: Combining WEDG technology with one-pulse electro-discharge” J. Mater. Process. Technol. Vol. 149, pp.597–603, 2004.
[2] D. Y. Sheu “Micro-spherical probes machining by EDM” J. Micromech. Microeng. Vol.15, No.1, pp.185–189, 2005.
[3] K. C. Fan, H. Y. Hsu, P. Y. Hung and W. Wang “Experimental study of fabricating a microball tip on an optical fibre” J. Opt. A: Pure Appl. Opt. Vol.8, pp.782–787, 2006.
[4] J. C. Hung, S. C. Lien, J. K. Lin, F. Y. Huang and B. H. Yan “Fabrication of a micro-spherical tool in EDM combined with Ni-diamond co-deposition” J. Micromech. Microeng. Vol.18, pp.045010 (10pp),2008.
[5] H. P. Tsui, J. C. Hung, J. C. You and B. H. Yan “Improvement of electrochemical microdrilling accuracy using helical tool” Mater. Manuf. Process. Vol.23, pp.499–505, 2008.
[6] T. Kurita, M. Hattori, “Development of new-concept desk top size machine tool”, International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol.45, pp.959-965, 2005.
[7] B. H. Kim, C. W. Na, Y. S. Lee, D. K. Choi, C. N. Chu, “Micro Electrochemical Machining of 3D Micro Structure Using Dilute Sulfuric Acid”, CIRP Annals - Manufacturing Technology, Vol.54, pp.191-194, 2005.
[8] T. Kurita, K. Chikamori, S. Kubota, M. Hattori, “A study of three-dimensional shape machining with an ECMM system”, International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol.46, pp.1311-1318, 2006.
[9] M. Sen, H.S. Shan, “A review of electrochemical macro- to micro-hole drilling processes”, International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol.45, pp.137-152, 2005.
[10] B. J. Park, B. H. Kim, C. N. Chu, “The Effect of Tool Electrode Size on Characteristics of Micro Electrochemical Machining”, CIRP Annals - Manufacturing Technology, Vol.55, pp.197-200, 2006.
[11] B. Bhattacharyya, M. Malapati, J. Munda, A. Sarkar, “Influence of tool vibration on machining performance in electrochemical micro-machining of copper”, International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol.47, pp.335-342, 2007.
[12] J. Munda, M. Malapati, B. Bhattacharyya, “Control of micro-spark and stray-current effect during EMM process”, Journal of Materials Processing Technology, Vol.194, pp.151-158, 2007.
[13] W. Natsu, T. Ikeda, M. Kunieda, “Generating complicated surface with electrolyte jet machining”, Precision Engineering, Vol.31, pp.33-39, 2007.
[14] L. Staemmler, K. Hofmann, H. Kuck, “Hybrid tooling by a combination of high speed cutting and electrochemical milling with ultrashort voltage pulses”, Microsyst Technol, Vol.14, pp.249-254, 2008.
[15] Chan Hee Jo, Bo Hyun Kim, Chong Nam Chu, “Micro electrochemical machining for complex internal micro features”, CIRP Annals - Manufacturing Technology, Vol.58, pp.181-184, 2009.
[16] Insoon Yang, Min Soo Park, Chong Nam Chu, “Micro ECM with ultrasonic vibrations using a semi-cylindrical tool”, International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, Vol.10, pp.5-10, 2009.
[17] S. Ali, S. Hinduja, J. Atkinson, M. Pandya, “Shaped tube electrochemical drilling of good quality holes”, CIRP Annals - Manufacturing Technology, Vol.58, pp.185-188, 2009.
[18] Shi Hyoung Ryu, “Micro fabrication by electrochemical process in citric acid electrolyte”, Journal of Materials Processing Technology, Vol.209, pp.2831-2837, 2009.
[19] Eun-Sang Lee, Tae-Hee Shin, Baek-Kyoum Kim, Seung-Yub Baek, “Investigation of short pulse electrochemical machining for groove process on Ni-Ti shape memory alloy”, International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, Vol.11, pp.113-118, 2010.
[20] M. Kunieda , K. Mizugai ,S. Watanabe ,N. Shibuya , N. Iwamoto, “Electrochemical micromachining using flat electrolyte jet” ,Manufacturing Technology,VOL.60, PP.251–254,2011
[21] Yuang-Cherng Chiou, Rong-Tsong Lee, Tai-Jia Chen, Jing-Mei Chiou “Fabrication of high aspect ratio micro-rod using a novel electrochemical micro-machining method”, Precision Engineering, vol.36 pp.193-202,2012
[22] T. Masuzawa, M. Fujino, K. Kobayashi and T. Suzuki, “Wire Electro-Discharge Grinding for Micro-Machining ”, Annals of the CIRP, Vol. 34, pp. 431-434, 1985
[23] 朱樹敏，電化學加工技術，化學工業出版社，2006。
[24] 莊正賢，針錐狀與圓柱狀微電極電解加工之研發，國立雲林科技大學機械工程系，碩士論文，2004
[25] 廖哲範，脈衝微電化學之加工應用與評估，國立中央大學機械工程系，碩士論文，2005。
[26] 崔海平，電化學結合電泳精密拋光不銹鋼基材加工研究，國立中央大學機械工程系，博士論文，2008。
[27] 楊曜光，磁場輔助微電化學銑削加工特性之研究，國立中央大學機械工程系，碩士論文，2009。
[28] 林聖育，磁場輔助微電化學鑽孔加工特性研究，國立中央大學機械工程系，碩士論文，2010

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