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研究生： 邱寬和
Qiu-Kuan Her
論文名稱： 高鎳合金微細放電加工之特性研究
Micro Electrical Discharge Machining Characteristics of Nikel-Molybdenum Alloy
指導教授： 顏炳華
B.H. 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： 90
語文別： 中文
論文頁數： 80
中文關鍵詞： 微細放電加工 、線放電研磨加工 、高鎳合金 、微細孔 、微細孔陣列 、高導磁性材料
外文關鍵詞： Micro-EDM, WEDG, High Ni Alloy, Hymu, Micro-hole
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    • 在微機電系統(Micro-Electro Mechanical Systems)專業領域裡，微放電加工(Micro Electrical Discharge Machining,Micro-EDM)是製造微細機械元件與微結構的重要技術，其優點為加工材料範圍較廣泛、不需要昂貴設備且經濟效益大及可加工複雜的三次元微型元件。本研究將利用放電加工機Z軸加裝四軸加工機構，配合微控制器，結合線放電研磨加工(Wire Electro-Discharge Grinding,WEDG)原理，在傳統雕模放電加工機平台上，建立起微細放電加工系統來進行實驗。
    本文主要研究重點在於工具電極的修整及高鎳合金微細放電加工之特性探討，由實驗結果得到工具電極粗加工與精加工之較佳加工條件分別在放電電流2A、500mA，脈衝時間5μs，引弧電壓250V以及極間電壓90V、45V時，可得到穩定順暢的加工狀態。在進行高鎳合金微細孔放電加工時，放電電流500mA與脈衝時間10μs為較佳的加工參數，無論是擴孔量、入出口直徑差、電極消耗長度與材料去除率等皆有較佳的結果。
    實驗的應用面中可以製造出異形微細電極、異形微細孔以及可利用放電加工機多點定位功能，進行微細孔陣列加工，可提高微細模具的製造技術，增加實驗設備架設於傳統雕模放電加工機的附加價值。

    Micro Electrical Discharge Machining Characteristics of Nikel-Molybdenum Alloy

    總 目 錄 摘要 Ⅰ 總目錄 Ⅱ 圖目錄 Ⅳ 表目錄 Ⅷ 第一章 緒論 1-1前言 1 1-2研究動機與目的 2 第二章 放電加工之基本原理 2-1放電加工基本原理 3 2-2線切割放電加工基本原理 5 2-3放電加工之材料去除機構 6 2-4 WEDG微細放電加工法介紹 10 2-5磁力研磨原理 12 2-6放電加工參數 13 2-7放電加工特性 15 第三章、實驗設備及方法 3-1實驗設備 19 3-2 X-Y table、電極旋轉夾治具機構與微控制器介紹 26 3-3 放電加工機電路上加串降低放電能量之調整箱 28 3-4 實驗材料 31 3-5 實驗方法 34 3-5-1實驗參數設定 38 3-5-2 實驗流程 40 第四章 結果與討論 4-1 碳化鎢(WC) 工具電極的線放電修整 41 4-1-1 極間電壓對WC電極材料去除率的影響 41 4-1-2 不同的放電電流對WC電極表面粗糙度的影響 44 4-1-3 主軸轉速對WC電極材料去除率的影響 45 4-1-4 圓棒工具電極之SEM圖形 46 4-1-5 電極表面白色附著物的磁力研磨去除 47 4-2高鎳合金材料的微細孔放電加工特性探討 49 4-2-1 放電電流對高鎳合金材料微細孔特性的影響 49 4-2-2 放電電流對高鎳合金微細孔影響之SEM比較圖 54 4-2-3 脈衝時間對高鎳合金材料微細孔特性的影響 58 4-2-4 脈衝時間對高鎳合金微細孔影響之SEM比較圖 62 4-3 高鎳合金微細孔孔壁表面性質之研磨改善 65 4-4 實驗的應用面 68 4-4-1 異形微細電極與異形微細孔 68 4-4-2 微細孔陣列 73 第五章 結論 5-1 結論 77 參考文獻 78 圖 目 錄 圖2-1 放電加工示意圖 4 圖2-2 線切割加工機構 6 圖2-3 放電加工材料去除機構 9 圖2-4 WEDG加工法 10 圖2-5柱狀電極放電成形法 11 圖2-6線切割放電加工法 11 圖2-7本實驗中磁力研磨機構示意圖 12 圖2-8 放電穿孔側邊加工擴孔現象 16 圖2-9 不同表面粗糙度的測量方式 17 圖2-10 放電加工波形示意圖 18 圖3-1 放電加工機 22 圖3-2 X-Y table、電極旋轉夾治具與線電極送線機構 22 圖3-3 CCD顯微量測系統 23 圖3-4 超音波洗淨機 23 圖3-5 表面粗糙度儀 24 圖3-6 掃描式電子顯微鏡 24 圖3-7 張力測量儀 25 圖3-8 導電率量測儀 25 圖3-9 單軸位移table 27 圖3-10 電極夾持旋轉機構 28 圖3-11 電流調整箱 29 圖3-12 電壓調整箱 29 圖3-13 放電能量調整箱電路圖 30 圖3-14 實驗設備示意圖 34 圖3-15 修整電極加工步驟示意圖 35 圖3-16 工具電極修整後線上微細孔放電加工示意圖 36 圖3-17 實驗流程圖 40 圖4-1 放電電流1A時引弧電壓對修整WC電極材料去除率的影響 43 圖4-2 放電電流2A時引弧電壓對修整WC電極材料去除率的影響 43 圖4-3 電流大小對WC電極表面粗糙度的影響 44 圖4-4 主軸轉速對WC電極材料去除率的影響 45 圖4-5 長度1000μm直徑20μm之圓棒電極 46 圖4-6 長度600μm直徑15μm之圓棒電極 46 圖4-7 磁力研磨去除附著物示意圖 47 圖4-8 低放電能量加工後電極表面白色附著物SEM圖 48 圖4-9 磁力研磨後電極表面附著物去除改善況狀之SEM圖 48 圖4-10 電流大小對微細孔擴孔量的影響 50 圖4-11 電流大小對微細孔入出口直徑差的影響 51 圖4-12 電流大小對電極消耗長度的影響 52 圖4-13 加工極性對電極消耗長度的影響 52 圖4-14 電流大小對微細孔材料去除率的影響 53 圖4-15 放電電流50mA時微細孔之入出口與孔壁剖面狀態SEM圖 54 圖4-16 放電電流100mA時微細孔之入出口與孔壁剖面狀態SEM圖 55 圖4-17 放電電流125mA時微細孔之入出口與孔壁剖面狀態SEM圖 55 圖4-18 放電電流200mA時微細孔之入出口與孔壁剖面狀態SEM圖 56 圖4-19 放電電流500mA時微細孔之入出口與孔壁剖面狀態SEM圖 56 圖4-20 放電電流1A時微細孔之入出口與孔壁剖面狀態SEM圖 57 圖4-21 放電電流2A時微細孔之入出口與孔壁剖面狀態SEM圖 57 圖4-22 脈衝時間對微細孔擴孔量的影響 58 圖4-23 脈衝時間對微細孔入出口直徑差的影響 59 圖4-24 脈衝時間長短對電極消耗長度的影響 60 圖4-25 脈衝時間對微細孔材料去除率的影響 61 圖4-26 脈衝時間4μs時微細孔之入出口與孔壁剖面狀態SEM圖 62 圖4-27 脈衝時間10μs時微細孔之入出口與孔壁剖面狀態SEM圖 63 圖4-28 脈衝時間30μs時微細孔之入出口與孔壁剖面狀態SEM圖 63 圖4-29 脈衝時間50μs時微細孔之入出口與孔壁剖面狀態SEM圖 64 圖4-30 高鎳合金微細孔孔壁表面性質研磨加工示意圖 65 圖4-31 微孔放電加工後有、無經過SiC研磨加工之SEM比較圖 66 圖4-32 三角形電極 68 圖4-33 四角形電極 69 圖4-34五角形電極 69 圖4-35 螺旋狀電極Ⅰ 70 圖4-36螺旋狀電極Ⅱ 70 圖4-37 尖狀電極 71 圖4-38 30μm微孔 材料：高鎳合金 厚度：50μm 71 圖4-39 邊長150μm三角形微孔 材料：高鎳合金 厚度：50μm 72 圖4-40 邊長150μm四角形微孔 材料：高鎳合金 厚度：350μm 72 圖4-41 110個30μm微孔陣列 材料：高鎳合金 厚度：50μm 73 圖4-42 100個圓形微孔陣列 材料：高鎳合金 厚度：50μm 74 圖4-43 10個圓形微孔陣列 材料：純鈦 厚度：300μm 74 圖4-44 100個正方形微孔陣列 材料：高鎳合金 厚度：50μm 75 圖4-45 100個三角形微孔陣列 材料：高鎳合金 厚度：50μm 75 圖4-46 放電加工英文縮寫微孔陣列 材料：高鎳合金 厚度：50μm 76 圖4-47 20個50μm微孔陣列 材料：電解銅線 直徑：200μm 76 表 目 錄 表3-1 放電加工機參數規格 19 表3-2 PLC控制器之規格表 26 表3-3 高鎳合金之成分與機械物理性質 31 表3-4 碳化鎢之成分與機械物理性質 32 表3-5 七三黃銅線之機械性質 33 表3-6 修整工具電極實驗參數設定值 38 表3-7 高鎳合金微細孔加工實驗參數設定值 39 表4-1 磁力研磨加工條件 47 表4-2 放電加工與研磨加工參數條件 67

    參 考 文 獻
    1. T. Masuzawa , “An Approach to Micromachining through Machine Tool Technology” , Annals of the CIRP, 34 , 1 , pp.419-425,1985.
    2. T, Masuzawa , M. Fujino , K. Kobayashi and T.Suzuki, “Wire Electro-Discharge Grinding for Micro-Machining “ , Annals of the CIRP, 34 , 1 , pp.431-434 ,1985.
    3. K. Kagaya, Y. Oishi, K.Yada,” Micro-electrodischarge machining using water as a working Fluid-I: Micro-hole Drilling” , Precision Engineering , 8 , 3 , pp.156-162 , 1986.
    4. T. Masuzawa , M. Yamamoto and M. Fujino, ” A Micropunching System Using Wire-EDM “ , Proc. of Int‘l Symposium for Electromachining (ISEM-9) , pp.86-89 , 1989.
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    11. Domoiniek Reynaerts , Paul-Henri’s Heeren , Hendrik Van Brussel , “Microstructuring of silicon by elelctro - discharge machining(EDM) Part I : theory “, Sensors and actuators , A60 , pp212-218 , 1997.
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    14. 倉藤尚雄、鳳誠三郎著，鄒大鈞譯，“放電加工”，復漢出版社。
    15. 鳳誠三郎、蒼藤尚雄，”放電加工”，復漢出版社。
    16. 張渭川編譯，”放電加工的結構與實用技術”，全華科技圖書。
    17. 董光雄編著，”放電加工”，復文書局。
    18. 楊景棠著，“微細極開發與微細深孔放電加工之研究”，國立中央大學碩士論文，民國85年。
    19. 卓漢明著，“鈦合金之微細放電加工特性研究”，國立中央大學博士論文，民國88年。
    20. 李東山著，“臥式微小放電加工機之開發與10μm以下微細電極加工之研究”，國立雲林科技大學碩士論文，民國88年。
    21. 施瑞堯著，“旋轉式線電極之線切割加工性研究”，國立中央大學碩士論文，民國90年。
    22. 張榮顯 著，”磁力研磨加工應用於放電加工表面改善之研究”，國立中央大學碩士論文，民國90年。

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