微磨料噴射對加工表面之影響-淡江大學機械與機電工程學系.doc
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淡江大學機械與機電工程學系
專題論文報告
微磨料噴射對加工表面之影響
指導教授:趙崇禮
組員:王冠智
楊宗祐
劉信毅
張哲堯
目錄
緒論
1-1前言 1
1-2研究背景 2
文獻回顧與理論基礎
2-1理論基礎 4
2-2文獻回顧 9
實驗規劃與設備
3-1實驗原理 15
3-2實驗規畫及流程 17
3-3實驗設備 18
結果與討論
結果與討論 22
結論
結論 24
參考文獻 25
圖目錄
圖2-1實驗原理 4
圖2-2加工表面狀況 5
圖2-3棕色氧化鋁 7
圖2-4白色氧化鋁 7
圖2-5粉紅氧化鋁 8
圖2-6金鋼砂 8
圖2-7黑色碳化矽 15
圖2-8綠色碳化矽 15
圖3-1傳統磨料噴射加工設備示意圖之ㄧ 22
圖3-2傳統磨料噴射加工設備示意圖之二 22
圖3-3實驗流程 17
圖3-4在一定的氣體壓力下,磨料質量流動率與氣體流動率的關係 18
圖3-5材料去除率與速度和混合比之間的關係 19
圖3-6噴嘴外型 20
圖3-7直徑噴嘴之典型切銷作用 20
圖4-1磨料噴射技術加工材料移除機制示意圖 22
圖4-2脆性材料的磨料噴射去除機制 23
緒論
前言
隨著近年來科學及技術的進步,使得相關電子、通訊與科技產業蓬勃發展,各式新型產品不僅以高科技多功能為訴求,且外型也趨向於輕薄短小,相對導致產品品質要求極高的表面光滑度,使得精密的研磨拋光在產品的製作過程上成為相當重要的一部分。尤以現今產品製程絕大部分還是以各式模具製造生產為主,例如沖壓或射出等各種模具,模具仍然為我國對產品量產的一項重要工具與技術。而模具的主要製程可分為模具設計、模具加工及模具組立三個階段,在製作過程中,普遍以傳統切削技術,如車、刨、鑽孔、銑削、研磨等加工方式為主,但加工之後表面卻容易產生許多無法避免的加工缺陷,如毛邊、銑刀刮痕等,且因現今利用微加工技術的機會愈來愈多,傳統切削技術漸漸難於滿足近年來對於工件加工精度及經濟上的要求,然而工件表面的優劣將直接影響到後續產品的品質,當模具表面過於粗糙的話,很容易使得產品在脫模的時候造成刮傷而產生出不良品,相對的也會使得模具的壽命縮短。
對於這些缺陷,模具產業為使產品品質達到極高表面精度的要求,經常利用研磨加工來作為工件表面最後修整的工作,而「拋光」更是最常使用的加工方法。但業界常礙於產品形狀與尺寸的侷限而只能單純利用傳統手動拋光方式進行研磨拋光,徒然浪費許多時間與成本,由此可以發現加工後段對於表面的拋光處理步驟顯得相當重要,故如何有效去除這些毛邊、銑刀刮痕,以降低模具表面粗糙度、減少拔模阻力及增加表面光澤度,使產品品質獲得提高,為模具表面後處理製程中,相當重要的一環。故如何發展出高效率、低成本與操作容易簡便的精密拋光技術,利用此技術獲得極細緻的表面就成為非常值得研究與探討的課題【1】。
研究背景
過去業界為使金屬工件表面呈現光滑,普遍利用各式傳統拋光材料(如砂紙、拋光石、鑽石膏...等)或、氣動研磨機、輪磨機等處理方式。傳統拋光材料常依工件表面粗糙度差異,而利用一系列由粗漸細的磨粒來進行研磨拋光,雖然具簡便、容易操作等優點,但常限於形狀簡單且規則的工件表面,同時在拋光過程中必需仰賴技術純熟的工程師執行,且也需不斷檢驗與修正,才能達到期望的光滑表面,否則容易因工程師研磨經驗不足或施力不均而造成工件表面傷害或平面不一的情況發生。顯得使用手動拋光方法則相當費時費力,亦較難達到精密拋光的目的。而氣動研磨機是利用氣動工具結合特定磨輪的方式加工,但仍有因研磨經驗不足而造成對於工件表面變形或傷害的情況發生,目前仍多應用在平面研磨、內管研磨等形狀對稱的工件拋光。輪磨機單純結合特定磨輪的方式加工,卻只能應用在平面工件的研磨拋光。上述兩種研磨方式雖都沒有傳統拋光工具費時費力的缺點,但都有磨粒因切削而鈍化的現象產生,同時在加工處容易產生過熱效應,使材料因為局部過熱,而發生局部膨脹、變形,甚至可能發生裂紋,影響材料強度等不良的情況產生,且研磨後的砂輪形狀必須經過修整後才可保持其形狀精度。多數拋光方式很依賴於加工者的經驗技術和受限於工件表面的形狀,很難達到精密拋光的目的。
本論文中研討非傳統加工法中屬於撓性拋光方式的磨料噴射加工法,所謂撓性拋光加工,為研磨過程中,磨料介質不受工件表面形態改變,而影響其研磨能力,因此對於自由曲面的拋光非常適合,主要利用高壓氣體使磨粒產生高速的動能,並藉由磨料粒徑、形狀差異,使每個磨粒會隨著不同加工角度而對工件表面產生不同切削效果,如對延性材料而言,磨粒若與工件表面稍微接觸,則工件表面只會產生彈性變形無切屑被去除。但磨粒若和工件接觸更深,此時磨粒會沒入工件,而把一小部份的工件材料推往磨粒的前方,形成一個小切屑而容易脫落。所以一般常應用於毛邊去除、表面霧化等加工,
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