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研究生： 王陳鴻
Chen-Hong Wang
論文名稱： 加工液中添加Al-Cr混合粉末對工具鋼放電加工特性之影響
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： 88
語文別： 中文
論文頁數： 131
中文關鍵詞： 放電加工 、表面改質 、材料去除率 、表面粗糙度
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    • 由於田口方法能在最短的時間、最低的成本與最少的實驗次數下完成參數的最適化，因此實驗中搭配田口實驗計劃法來設計實驗，針對材料去除率、電極消耗率與表面粗糙度三個加工特性來分析，藉此找出最佳放電參數與粉末混合參數的組合。在以田口實驗計劃法所得之最佳放電參數與粉末混合參數，進行混合粉末放電加工特性研究，實驗中針對影響放電加工特性較顯著的參數做進一步的研究分析，最後將表面機械性質與加工表面改質的機制做深入的評估與探討。
    實驗結果顯示，經田口法分析後，欲獲得最佳的表面粗糙度，應以正極性加工，搭配較小的電流與脈衝時間，並選擇較小的粉末粒徑為佳。在煤油中添加鋁粉及鉻粉進行放電加工，會由於導電性粉末降低了加工液的絕緣程度，使之增大極間間隙，有助於加工的穩定，因此可提高材料去除速度；再加上導電性粉末所造成的放電能量分散效果，因此可以改善表面粗糙度。較小的粉末粒徑，會由於粒子數較多與重量較輕，而增加其在加工液中的懸浮性，並提高極間架橋的機會，以促進放電分散的進行，如此可獲得較佳的表面粗度。經腐蝕與微硬度測試後發現，由於鉻粉在放電的高溫中擴散滲入工件表面，因此可提升加工表面的耐蝕能力與增加表面硬度。

    總目錄 摘要I 總目錄II 圖目錄V 表目錄VIII 第一章 緒論1 1-1研究背景1 1-2研究動機與目的2 1-3研究方法4 第二章 放電加工之基本原理5 2-1放電加工基本原理5 2-2放電加工之材料去除機構7 2-3放電加工參數及其影響10 2-4放電加工特性14 第三章 田口法簡介16 3-1田口式品質工程簡介16 3-2參數種類20 3-3直交陣列表21 3-4可控因子與水準25 3-5訊號/噪音比26 3-6變異數分析27 3-7驗證實驗29 第四章 實驗設備及方法30 4-1實驗設備30 4-2檢測儀器33 4-3實驗材料38 4-4實驗材料準備43 4-5實驗設計45 4-6實驗流程52 第五章 結果與討論53 5-1田口法分析與最佳化53 5-1.1材料去除率53 5-1.2電極消耗率59 5-1.3表面粗糙度64 5-1.4驗證實驗69 5-2放電特性探討71 5-2.1不同加工液對放電特性的影響71 5-2.2極間間隙討論77 5-2.3放電波形討論81 5-2.4放電參數對混合粉末放電特性影響之探討88 5-2.5材料對加工特性的影響102 5-2.6粉末粒度對加工特性的影響107 5-3表面特性探討111 5-3.1元素分析探討111 5-3.2腐蝕試驗117 5-3.3微硬度試驗119 5-3.4再鑄層觀察與探討120 第六章 結論125 參考文獻126 附錄A重要名詞縮寫131 圖目錄 圖2-1放電加工示意圖6 圖2-2放電加工之材料去除機構示意圖9 圖2-3放電加工波形示意圖11 圖3-1田口式品質工程系統圖19 圖4-1慶鴻50NZ數位可程式放電加工機34 圖4-2 CREST超音波洗淨機34 圖4-3電子天平35 圖4-4表面粗度儀35 圖4-5 YOKOGAWA示波器36 圖4-6電流感測器36 圖4-7 HITACHI掃描式電子顯微鏡37 圖4-8放電加工常用材料調查圖38 圖4-9實驗材料尺寸圖40 圖4-10電極材料加工流程44 圖4-11實驗之加工機構示意圖50 圖4-12實驗流程圖52 圖5-1材料去除率之因子效果圖58 圖5-2電極消耗率之因子效果圖63 圖5-3表面粗糙度之因子效果圖68 圖5-4 不同加工液放電後之材料去除率比較73 圖5-5不同加工液放電後之電極消耗率比較73 圖5-6不同加工液放電後之表面粗糙度比較74 圖5-7不同加工液放電後之表面SEM圖75 圖5-8添加鋁粉與鉻粉在不同濃度下對表面粗糙度比較74 圖5-9煤油中添加鋁粉在不同濃度下之表面粗糙度76 圖5-10煤油中添加鉻粉在不同濃度下之表面粗糙度76 圖5-11煤油中添加粉末對極間間隙的影響78 圖5-12煤油中添加不同粉末之極間間隙示意圖78 圖5-13煤油中添加鋁粉及鉻粉之極間粉末顆粒示意圖79 圖5-14不同混合粉末的混合比例對極間間隙之比較80 圖5-15不同加工液在峰值電流5A，脈衝時間3?S下之放電波形83 圖5-16不同加工液在峰值電流5A，脈衝時間25?S下之放電波形84 圖5-17不同加工液在峰值電流1A，脈衝時間3?S下之放電波形85 圖5-18放電分散示意圖86 圖5-19單一脈衝之放電分散示意圖87 圖5-20 不同極性在不同脈衝時間下對材料去除率的影響91 圖5-21 不同極性在不同脈衝時間下對電極消耗率的影響91 圖5-22 不同極性在不同脈衝時間下對電極消耗比的影響92 圖5-23 不同極性在不同脈衝時間下對表面粗糙度的影響92 圖5-24 不同極性下純煤油與添加混合粉末放電之表面SEM圖93 圖5-25 不同峰值電流在不同脈衝時間下對材料去除率的影響95 圖5-26 不同峰值電流在不同脈衝時間下對電極消耗率的影響95 圖5-27 不同峰值電流在不同脈衝時間下對電極消耗比的影響96 圖5-28 不同峰值電流在不同脈衝時間下對表面粗糙度的影響96 圖5-29 不同峰值電流下之表面SEM圖97 圖5-30 不同脈衝時間下正極性加工之表面SEM圖100 圖5-31 不同脈衝時間下負極性加工之表面SEM圖101 圖5-32 不同材料在正極性加工下對材料去除率的影響103 圖5-33 不同材料在負極性加工下對材料去除率的影響103 圖5-34 不同材料在正極性加工下對電極消耗率的影響104 圖5-35 不同材料在負極性加工下對電極消耗率的影響104 圖5-36 不同材料在正極性加工下對表面粗糙度的影響105 圖5-37 不同材料在負極性加工下對表面粗糙度的影響105 圖5-38 SKD61與SKD11之表面SEM圖106 圖5-39 不同粉末粒徑在不同脈衝時間下對材料去除率的影響108 圖5-40不同粉末粒徑在不同脈衝時間下對電極消耗率的影響108 圖5-41不同粉末粒徑在不同脈衝時間下對表面粗糙度的影響109 圖5-42 不同粉末粒度之表面SEM圖110 圖5-43 純煤油與添加鋁粉放電後加工斷面之EPMA元素檢測113 圖5-44 純煤油與添加鉻粉放電後加工斷面之EPMA元素檢測113 圖5-45母材表面之EDAX成份分析114 圖5-46 純煤油放電後表面之EDAX成份分析115 圖5-47 純煤油中添加鉻粉放電後表面之EDAX成份分析116 圖5-48 不同加工液下腐蝕時間與重量損失之關係118 圖5-49 純煤油與煤油中添加混合粉末的重量損失之比較118 圖5-50 純煤油放電與母材之加工斷面微硬度分佈比較121 圖5-51 不同加工液下之加工斷面微硬度分佈比較121 圖5-52 純煤油中添加鋁粉放電後加工表面之化合物成份分析122 圖5-53 純煤油中添加鉻粉在不同電流下之微硬度比較123 圖5-54 純煤油與添加混合粉末放電後之微硬度比較123 圖5-55 純煤油與添加混合粉末放電後之再鑄層比較圖124 表目錄 表3.1 L9直交陣列表23 表3.2 L18直交陣列表24 表4.1慶鴻50NZ數位可程式放電加工機功能規格表30 表4.2 PIKA10/11鏡面迴路加工之材料光澤度比較.39 表4.3 SKD61之化學組成成份39 表4.4 電極材料之機械及物理性質表41 表4.5 METALWORK ED放電加工液特性表42 表4.6實驗設計之參數與水準值47 表4.7實驗選用之L18直交陣列表48 表4.8實驗設定之L18直交陣列表49 表4.9混合粉末放電之放電參數條件51 表5.1材料去除率之L18表及實驗值.55 表5.2材料去除率之L18表及訊號/噪音比56 表5.3材料去除率之S/N回應表57 表5.4材料去除率之變異數分析及F檢定57 表5.5電極消耗率之L18表及實驗值60 表5.6電極消耗率之L18表及訊號/噪音比61 表5.7電極消耗率之S/N回應表62 表5.8電極消耗率之變異數分析及F檢定62 表5.9表面粗糙度之L18表及實驗值65 表5.10表面粗糙度之L18表及訊號/噪音比66 表5.11表面粗糙度之S/N回應表67 表5.12表面粗糙度之變異數分析及F檢定67 表5.13 (A)材料去除率最佳值與驗證實驗值比較表69 表5.13 (B)電極消耗率最佳值與驗證實驗值比較表70 表5.13 (C)表面粗糙度最佳值與驗證實驗值比較表70 表5.14鋁及鉻粉末之物理性質表79 表5.15 SKD11及SKD61之化學成分表102

    1.B. H. Yan and S. L. Chen, “Effect of Dielectric with Suspended Aluminum Powder on EDM.”, J.Chinese Society of Mechanical Engineers, pp.307-312, 1993.
    1.B. H. Yan and S. L. Chen, “Effect of Dielectric with Suspended Aluminum Powder on EDM.”, J.Chinese Society of Mechanical Engineers, pp.307-312, 1993.
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