跳到主要內容

簡易檢索 / 詳目顯示

回結果列表
研究生： 張崇新
Chung-hsin Chang
論文名稱： 具極短脈衝之三維電化學加工之實驗與分析
Experiment and Aalysis of 3-D Electrochemical Machining with Ultra Short pulses voltage
指導教授： 洪勵吾
Hourng, Lih-Wu
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： 97
語文別： 中文
論文頁數： 78
中文關鍵詞： 特性吸附離子 、微電化學 、側邊加工 、脈衝電壓
外文關鍵詞： Pulse voltage, Micro electrochemical, Side cutting, Specifically adsorbed ions
相關次數： 點閱：6  下載：0 
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報

    • 電化學（Electrochemical Machining，簡稱ECM）擁有加工速度快、刀具電極不易損壞、加工材料不受硬度限制、無表面應力及表面粗糙度佳的優勢，再加上及短脈衝相輔，能使精度達到數微米，此方法具有極大的發展潛力。本文利用單一因子法針對鑽孔與側邊加工進行研究，其變因包括:操作電壓、頻率、脈衝放電時間、加工深度、進給速度、特性吸附，並分析各項變因與加工精度之關係。最後由刀具電極直徑50μm製作出孔徑約70μm成品和溝槽寬度約60μm的成品。

    Electrochemical Machining (ECM) has numerous advantages, such as high metal removal rate, no tool wear, regardless of material hardness, no surface stress on the workpiece and good surface roughness. Furthermore, by using ultra short pulses, the machining precision can even reach several micrometers and make this method a great developing potential. In this paper, the single factor method was used to analyze the influences of machining parameters, including electrolyte concentration, applied voltage, pulse frequency, pulse duration, hole depths, tool electrode feed rates and ions specifically adsorbed, On the micro electrochemical drilling and side cutting. Finally, a micro-hole with 70μm diameter and a micro-channel with 60μm width were fabricated by using a WC tool electrode of 50μm diameter.

    目錄 摘要……………………………………………………………………….I Abstract II 表目錄 VI 圖目錄 VII 符號說明 X 第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2電化學加工 1 1-3 微機電系統 4 1-4 文獻回顧 5 1-5 研究目的 11 第 二 章 理論基礎 13 2-1 電化學加工基本理論 13 2-2電雙層理論 15 2-2.1電流效率與電流密度……………….…………………..16 2-2.2電解液導電度 17 2-3 電化學反應式 18 2-4 極化(polarization) 19 第三章 實驗設備與步驟 22 3-1實驗設備 22 3-1.1 機台結構設計 22 3-1.2 刀具進給控制系統 23 3-1.3 脈衝電源供應系統 24 3-1.4 伺服馬達 25 3-2 實驗材料 25 3-2.1 電解液 25 3-2.2 陰極刀具 25 3-2.3 陽極工件 26 3-3 實驗步驟及注意事項 26 第四章 結果與討論 28 4-1 鑽孔 28 4-1.1 電解液濃度 28 4-1.2 操作電壓 30 4-1.3 頻率 31 4-1.4 脈衝放電時間 32 4-1.5 加工深度 34 4-1.6 進給速度 34 4-1.7 進刀與不進刀之比較 36 4-1.8 特性吸附 36 4-2 側邊加工 38 4-2.1 操作電壓 38 4-2.2 頻率 39 4-2.3 脈衝放電時間 40 4-2.4 加工深度 41 4-2.5 有無貫穿之側邊加工長度比較 41 4-3 實驗成果 42 第五章 結論 44 5-1 結論 44 5-2 未來展望 45 參考文獻 46 附表 49 附圖 50 表目錄 表 2-1 HCl在不同濃度下之導電度 49 圖目錄 圖 1-1 微電化學加工系統示意圖[2] 50 圖 2-1 電雙層[23] 50 圖 2-2 等效電路圖 51 圖 3-1 實驗裝置設備圖 51 圖 3-2 3-D懸臂式機械手臂 52 圖 3-3 3-D實體加工機台 52 圖 3-4 示波器(上)與脈衝電源供應器(下) 53 圖 4-1 濃度0.2M與0.3M之IV曲線圖 53 圖 4-2 各種濃度下之加工圖，a:0.1M、b:0.2M、c:0.3M、d:0.4M，代號1為頂孔，代號2為底孔…………………………………..54 圖 4-3 電解液濃度與過切量之關係圖 55 圖 4-4 電解液濃度與錐度之關係圖 55 圖 4-5 圖a:3V、b:3.5V、c:4V、d:4.5V、e:5V表示操作電壓之加工圖，1表示頂孔，2表示底孔……………….…………..…………56 圖 4-6 操作電壓與過切量之關係圖 57 圖 4-7 操作電壓與錐度之關係圖 57 圖 4-8 在實驗即將貫穿底孔時，其工件底部就有氫氣泡附著在工件底部………………………………………………...…………..58 圖 4-9 圖a:0.2MHz、b:0.4MHz、c:0.6MHz、d:0.8MHz、e:1MHz表示脈衝頻率之加工圖，代號1表示頂孔，代號2表示底孔….59 圖4-10 脈衝頻率與過切量之關係圖 60 圖 4-11 脈衝頻率與錐度之關係圖 60 圖 4-12 脈衝放電時間與過切量之關係圖 61 圖 4-13 圖a:30ns、b:40ns、c:50ns、d:60ns、e:70ns表示脈衝放電時間之加工圖，代號1表示頂孔，代號2表示底孔……..…62 圖 4-14 脈衝放電時間與錐度之關係圖 63 圖 4-15 加工深度與過切量之關係圖 63 圖 4-16 進給速率與過切量之關係圖 64 圖 4-17 進給速率與錐度之關係圖 64 圖 4-18 在不進刀情況下過切量和時間之關係圖 65 圖 4-19 進刀與不進刀之加工時間與過切量之關係圖 65 圖 4-20 Grahame之電雙層模型(a)無特性吸附時 為正值之示意圖，(b)有特性吸附時 為負值之示意圖[35]…………………....66 圖 4-21 特性吸附之加工時間與過切量之關係圖 66 圖 4-22 圖a:3V、b:3.5V、c:4V、d:4.5V、e:5V表示操作電壓之加工圖，代號1表示上方溝槽，代號2表示下方溝槽…………….67 圖 4-23 操作電壓與過切量之關係圖 68 圖 4-24 操作電壓與錐度之關係圖 68 圖 4-25 圖a:0.2MHz、b:0.4MHz、c:0.6MHz、d:0.8MHz、e:1MHz分別表示脈衝頻率之加工圖，代號1表示上方溝槽，代號2表示下方溝槽…………………………………………………...69 圖 4-26 脈衝頻率與過切量之關係圖 70 圖 4-27 脈衝頻率與錐度之關係圖 70 圖 4-28 圖a:30ns、b:40ns、c:50ns、d:60ns、e:70ns表示脈衝放電時間之加工圖，代號1表示頂孔，代號2表示底孔…………71 圖 4-29 脈衝放電時間與頂端過切量之關係圖 72 圖 4-30 脈衝放電時間與底端過切量之關係圖 72 圖 4-31 脈衝放電時間與錐度之關係圖 73 圖 4-32 側邊加工深度與過切量之關係圖…………………………...73 圖 4-33 在厚度100μm與200μm的鎳基材做深度100μm之側邊加工，比較有無貫穿底部之加工方式與過切量之關係圖….....74 圖 4-34 鑽孔之較佳參數:電解液濃度0.2M，脈衝頻率1MHz，操作電壓3V脈衝放電時間30ns，進給速度0.05μm/s，(a)頂孔，(b)底孔………………………………………………………..75 圖 4-35 側邊加工之較佳參數:電解液濃度0.2M，脈衝頻率1MHz，操作電壓3V，脈衝放電時間40ns，進給速度0.05μm/s (a)上方溝槽，(b) 下方溝槽............................................................76 圖 4-36 側邊加工之較佳化參數所製作出之蛇行流道 77 圖 4-37 側邊加工之較佳化參數所製作出之2D為散熱器 77 圖 4-38 側邊加工三角形柱 78

    1. K. P. Rajurkar, G. Levy and A. Malshe, Micro and Nano Machining by Electro-Physical and Chemical Processes, Annals of the CIRP, Vol. 55, pp. 643-658 (2006)
    2. B. H. Kim, S. H. Ryu, D. K. Choi and C. N. Chu, Micro electrochemical milling, Journal of Micromechanics and Microengineering, Vol. 15, No. 1, pp. 124-129 (2005).
    3. 木本康雄著，賴耿陽譯著，精密加工之電學應用，復漢出版社(1982).
    4. 佐藤敏一著，賴耿陽譯著，金屬腐蝕加工技術， 復漢出版社(1986).
    5. 陳炳煇編著，微機電系統，五南圖書(2001)
    6. J. A. McGeough, Principles of Electrochemical Machining, Chapman Hall, London (1974).
    7. R. Schuster, V. Kirchner, and P. Allongue, Electrochemical Micro- Machining, Science, Vol. 289, No. 5, pp. 98-101 (2000).
    8. V. Kirchner, L. Cagnon, R. Schuster, and G. Ertl, Electrochemical Machining of Stainless Steel Microelements with Ultrashort Voltage Pulses, Applied Physics Letters, Vol. 79, No. 11, pp. 1721-1723 (2001).
    9. M. Kock,V. Kirchner, R. Schuster, Electrochemical Micromachining with Ultrashort Voltage Pulses a Versatile Method with Lithographical Precision, Electrochimica Acta, Vol. 48, pp. 3213-3219 (2003).
    10. A. L. Trimmer, J. L. Hudson, M. Kock and R. Schuster, Single-step Electrochemical Machining of Complex Nanostructures with Ultrashort Voltagepulses. Applied Physics Letters, Vol. 82, No. 19, pp. 3327-3329 (2003).
    11. B. Bhattacharyya and J. Munda, Experimental Investigation on the Influent of Electrochemical Machining Parameters on Machining Rate and Accuracy in Micromachining Domain, International Journal of Machine Tool and Manufacture, Vol. 43, pp. 1301-1310 (2003).
    12. M. Kock, V. Kirchner and R. Schuster, Electrochemical Micromachining with Ultrashort Voltage Pulses a Versatile Method with Lithographical Precision, Electrochemical Action, Vol. 48, pp. 3213-3219 (2003).
    13. Y. Li, Y. Zheng, G. Yang and L. Q. Peng, Localized Electrochemical Micromachining with Gap Control, Sensors and Actuators, Vol. 108, pp. 144-148 (2003).
    14. P. Allongue, P. Jiang, V. Kirchner, A. L. Trimmer and R. Schuster, Electrochemical Micromachining of p-Type Silicon, Journal of Physical Chemistry B, Vol. 108, pp. 14434-14439 (2004).
    15. S. H. Ahn, S. H. Ryu, D. K. Choi and C. N. Chua, Electro-chemical Micro Drilling Using Ultra Short Pulses, Precision Engineering.Vol. 28, pp. 129-134 (2004).
    16. B. Bhattacharyya , M. Malapati and J. Munda, Advancement in Electrochemical Micro-machining, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 169, pp. 485-492 (2005).
    17. J. A. Kenney and G.S. Hwang, Electrochemical Machining with Ultra Voltage Pulses: Modeling of Charge Dynamics and Feature Profile Evolution, Nanotechnology, Vol. 16, pp. S309-S313 (2005).
    18. J. A. Kenney and G. S. Hwang, Etch Trends in Electrochemical Machining with Ultrashort Voltage Pulses, Electrochemical and Solid-State Letters, Vol. 9, No. 1, pp. D1-D4 (2006).
    19. J. A. Kenney and G. S. Hwang, Computational Analysis of Intratool Interactions in Electrochemical Micromachining with Multitip Tool Electrodes, Electrochemical and Solid-State Letters, Vol. 9, No. 9, pp. D21-D23 (2006).
    20. T. Kurita, K. Chikamori, S. Kubota and M. Hattori, A Study of Three-dimensional Shape Machining with an ECM system, International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 46, pp. 1311-1318 (2006).
    21. Y. F. Luo, Differential Equation for the Ultra-Fast Transient Migration in Electrolytic Dissolution, Electrochemistry Communications, Vol. 8, pp. 353-358 (2006).
    22. B. J. Park, B. H. Kim, C. N. Chu, The Effects of Tool Electrode Size on Characteristics of Micro Electrochemical Machining, Annals of the CIRP Vol. 55, No. 1, 197-200 (2006).
    23. E. S. Lee, S. Y. Baek, and C. R. Cho, A study of The Characteristics for Electrochemical Micromachining with Ultrashort Voltage Pulses, International Journal of Advanced Manufacture Technology, Vol. 31, pp. 762-769 (2007).
    24. D. Zhu1, K. Wang and N. S. Qu, Micro Wire Electrochemical Cutting by Using in Situ Fabricated Wire Electrode, CIRP Annals - Manufacturing Technology, Vol. 56, pp. 241-244 (2007).
    25. B. Bhattacharyya, M. Malapati, J. Munda and A. Sarkar, Influence of Tool Vibration on Machining Performance in Electrochemical Micro-machining of Copper, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 47, pp. 335-342 (2007).
    26. S. H. Ryu, Micro fabrication by electrochemical process in citric acid electrolyte, Journal of Materials Processing Technology, Vol. 209, pp. 2831-2837 (2008).
    27. C. H. Jo, B. H. Kim and C. N. Chu, Micro electrochemical machining for complex internal micro features, CIRP Annals - Manufacturing Technology, Vol. 384, pp. 247-250 (2009).
    28. R. Maeda, K. Chikamori and H. Yamamoto, Feed Rate of Wire Electrochemical Machining Using Pulsed Current, Precision Engineering, Vol. 31, pp. 193-199 (1984).
    29. D. Zhu, K. Wang and N. S. Qu, Micro Wire Electrochemical Cutting by Using In Situ Fabricated Wire Electrode, Annals of the CIRP , Vol. 56, pp. 241-244 (2007).
    30. H. S. Shin, B. H. Kim and C. N. Chu, Analysis of the Side Gap Resulting Form Micro Electrochemical Machining with a Tungsten Wire and Ultrashort Voltage Pulses, Journal of Macromechanics and Microengineering, Vol. 18, pp. 1-6 (2008).
    31. M. Datta and D. Landolt, Fundamental Aspects and Applications of Electrochemical Microfabrication, Electrochemical Acta, Vol.45, pp. 2535–2558 (2000).
    32. J. F. Thorpe and R. D. Zerkle, Theoretical Analysis of the Equilibrium Sinking of Shallow, Axially Symmetric, Cavities by Electrochemical Machining, Electrochemical Society, Princeton, pp. 1-39 (1971).
    33. 田扶助編著，電化學基本原理與應用，五洲出版社(2004)
    34. 胡啟章編著，電化學原理與方法，五南圖書(2002).
    35. 吳浩青、李永舫編著，電化學動力學，科技圖書(2001)

    QR CODE
    :::