加工液中添加鎳粉對 微放電加工特性之探討 戴子堯1、謝聖尉2、傅玉豪2、蔡智凱2、卓首屹2 1南台科技大學機械工程系助理教授 2南台科技大學機械工程系研究生 日期:21.11.09
大綱 前言 實驗方法 實驗結果 討論 結論
前言 隨著線放電研磨法(WEDG)加工法的逐漸普遍應用,使得放電加工進入微放電加工(Micro-EDM)領域,在電極尺寸微小化後,微放電加工有著高電極消耗率的問題存在。近年來常見的抑制電極消耗率與改善表層缺陷的複合加工法,為多在複合電極或加工液中添加粉末,因此本研究將探討利用加工液中添加粉末之放電加工技術(PMD-EDM)來進行探討,但以往文獻在添加粉末的實驗中,多以大面積加工為主,也較少以添加鎳粉進行實驗,而鎳具有導電性良好與在低溫下保持沃斯田體的特性,故此本實驗則針對加工液中添加鎳粉,並探討微放電加工之電流與濃度對加工特性影響,並期望能提昇加工效率與機械性質,並有效的降低電極消耗率與白層缺陷,以改善機械性質並提升加工品質。
實驗方法1/2 本實驗所使用微放電CNC加工機,由聯盛機電公司(MIRDC)與金屬中心(ARISTECH)合作開發的電晶體迴路之型號MD-22機種。 加工試片:SKD11 加工電極:1.顆粒大小0.6μm的超微粒碳化鎢電極。 2.電極直徑為0.25mm、 90 ° V-cut 加工時間:6分鐘 加工液:煤油
實驗方法2/2 未添加鎳粉之放電加工參數 粉末濃度與放電加工參數 放電加工參數 設定值 放電電流(Ip) 0.1A、0.2A、0.3A 放電電壓(Vs) 40V、120V 放電持續時間(τon) 0.5μs、1μs、2μs、4μs 放電休止時間(g/l) 4μs 放電加工參數 設定值 放電電流(Ip) 0.1A、0.3A、0.5A、1A 放電電壓(Vs) 90V 放電持續時間(τon) 0.5μs 放電休止時間(τoff) 4μs 顆粒大小 1μm ~3μm 濃度比(g/l) 0g/l、7g/l、9g/l 未添加鎳粉之放電加工參數 粉末濃度與放電加工參數
3. 實驗結果 3.1 未添加鎳粉之電極消耗率 電流與電極消耗率關係圖 放電持續時間與電極消耗率關係圖
3.2 添加鎳粉之表面粗糙度1/2 添加粉末後放電電流與表面粗糙度關係圖
(粉末濃度7g/l、放電電流0.3A、放電電壓90V) 3.2 添加鎳粉之表面粗糙度2/2 雷射共軛焦掃瞄顯微鏡量測圖 (粉末濃度7g/l、放電電流0.3A、放電電壓90V)
3.3 添加鎳粉之電極消耗率 添加粉末後放電電流與電極消耗率關係圖
3.4 添加鎳粉之白層厚度 添加粉末後放電電流與白層厚度關係圖
3.5 裂紋密度 添加粉末後放電電流與裂紋密度關係圖
(電流0.3A、電壓90V、脈寬0.5us 添加濃度:7g/l、粒徑:1μm ~3μm) 4. 討論 4.1 鎳粉添入情況分析 1/2 再鑄層EDS成分分析之位置 (電流0.3A、電壓90V、脈寬0.5us 添加濃度:7g/l、粒徑:1μm ~3μm)
4.1 鎳粉添入情況分析2/2 元素 Ni Fe Cr Wt% 3.02 70.41 10.58 Mo W C 1.12 8.24 6.63 再鑄層之成份比例
4.3表面形貌觀察 1/3 未添加鎳粉與電流0.3 A之表面形貌
4.3表面形貌觀察 2/3 添加濃度7g/l與電流0.3 A之表面形貌
4.3表面形貌觀察 3/3 添加濃度9g/l與電流0.3 A之表面形貌
4.4 白層剖面形貌觀察 1/3 未添加鎳粉與電流0.3 A之白層表面形貌
4.4 白層剖面形貌觀察 2/3 添加濃度7g/l與電流0.3 A之表面形貌
4.4 白層剖面形貌觀察 3/3 添加濃度9g/l與電流0.3 A之表面形貌
5.結論 未添加鎳粉時,電極消耗率與再鑄層缺陷隨放電能量的增加而提升,而添鎳粉後,能有效的降低電極消耗率與再鑄層缺陷,且觀察添加鎳粉濃度7g/l與未添加鎳粉的單一放電痕形貌,在電壓90V時,比較電流0.1A與電流0.3A,發現到粉末對能量分散,所造成的表面形貌差異,添加鎳粉的單一放電痕的痘瘡形貌,有的接近圓形的完整外型,且表面的平均度較好,由粗糙度的抑制效果也證明,鎳粉對放電能量的分散效果,有效的降低表面粗糙度。 由EDS證實,鎳粉確實有添入再鑄層中,並形成新的合金表層,而由Mapping也顯示鎳粉多集中在加工面周圍,因粉末顆粒較大,不易進入其中。 電壓、電流的提升,均可增加極間間隙之粉末的飽和量,合適的粉末濃度,可保證極間間隙內的粉末流動順暢,降低粉末所產生的放電干擾,經由實驗證明,濃度7g/l的能量分散效果要優於濃度9g/l 雖然電壓與電流的增加,會相對提高加工速度,但也相對增加電極消耗率、裂紋密度、白層厚度與表面粗糙度,而過低的電壓與電流,因放電間隙過低,粉末不易進入,也容易產生放電干擾,且實驗結果顯示,合適的放電電流與粉末濃度,可有效的提升抑制效果,增加加工效率,才能符合本身所需的加工需求。
報告結束 謝謝指教