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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:
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大綱 前言 實驗方法 實驗結果 討論 結論
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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。
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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
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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
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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
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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
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(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)
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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
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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
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3.5 裂紋密度 添加粉末後放電電流與裂紋密度關係圖
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(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)
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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。
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報告結束 謝謝指教
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