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系統識別號 U0002-1509201704325000
中文論文名稱 磁性流體拋光模具材料之研究
英文論文名稱 Study on Magnetic Fluid Polishing of Various Mold Materials
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 105
學期 2
出版年 106
研究生中文姓名 張耕維
研究生英文姓名 Keng-Wei Chang 張耕維
學號 604350115
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2017-07-18
論文頁數 81頁
口試委員 指導教授-趙崇禮
委員-馬廣仁
委員-周文成
中文關鍵字 磁性流體  拋光  表面粗糙度  模具材料 
英文關鍵字 Magnetic Fluid  Polishing  Surface Roughness  Mold Materials 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本篇論文之研究目的是建立一套能對於加工過後的模具在不破壞表面形貌的情況下再次進行表面粗糙度修整的精密拋光儀器,透過實驗與觀察了解新型磁流體拋光的拋光特性與表面品質的改善情況,並建立各參數對於表面粗糙度改善之關係。
根據實驗觀察,使用不同粒徑的四氧化三鐵、加工距離與轉速對於表面粗糙度的影響,對於新型磁流體拋光方式四氧化三鐵粒徑與加工距離影響最大,在各材料表面粗糙度的改善,以不破壞表面形貌的情況下,使用1µm氧化鋁作為磨料能將黃銅試片Ra降至18nm,無氧銅試片Ra降至27nm,無電解鎳試片Ra降至16nm,使用#8000 碳化矽做為磨料能將H13模具鋼試片Ra降至29nm,達到表面改善之目的,而新型磁流體拋光機台的架構簡單、加工方式簡單且成本低廉。
英文摘要 This research aims to build a preliminary magnetic abrasive polishing machine to polish various mold materials such as stainless steel, electroless nickel and OFCu. Ferromagnetic particles (Fe3O4) are homogeneously mixed with fine abrasive particles (Al2O3 or SiC) in this study to work as magnetic abrasive. The main polishing action is done by those abrasive particles trapped inside the ferromagnetic particles brush shaped by rotating electromagnet pole (magnetic field). Effort has been made to investigate the effect of abrasive particle size, ferromagnetic particles size, and gap between the workpiece and electromagnet pole on the achievable surface roughness. The results show that gap distance has very profound effect on the attainable surface roughness. Surface roughness (Ra) of 18 nm, 27 nm,16 nm and 29 nm are achieved on copper, OFCu, electroless nickel and stainless steel(H13) specimens respectively.
論文目次 目錄
第1章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 2
第2章 文獻回顧與理論基礎 3
2.1 磁場輔助拋光(Magnetic-field-assisted Polishing) 3
2.1.1 磁性磨料拋光(Magnetic Abrasive Polishing) 3
2.1.2 磁性流體(Magnetic Fluid) 5
2.1.3 磁流變流體拋光(Magnetorheological Fluid Polishing) 6
2.1.4 磁性複合流體拋光(Magnetic Compound Fluid Polishing) 7
2.2 化學機械拋光 9
2.3 碳化鎢材料特性 9
2.4 硬脆材料移除機制 11
第3章 實驗方法與設備 12
3.1 拋光設備設計與作動方式 12
3.1.1 拋光設備-主軸 12
3.1.2 拋光設備-X軸移動平台 13
3.1.3 拋光設備-拋光盤 16
3.1.4 拋光設備-Pump 18
3.1.5 加工系統整合及作動方式 19
3.2 量測設備及其他使用設備 20
3.2.1 光學顯微鏡 20
3.2.2 共軛交雷射顯微鏡 21
3.2.3 線切割放電加工機(Wire Cut EDM) 23
3.2.4 電子磅秤 24
3.2.5 超音波震洗機 25
3.3 磁性複合流體 26
3.3.1 載流體 26
3.3.2 磁性材料 27
3.3.3 磨料 29
3.3.4 拋光液之調配 30
3.4 實驗試片 31
3.5 實驗步驟與流程圖 32
第4章 結果與討論 34
4.1 各參數對於拋光之影響 34
4.1.1 四氧化三鐵之粒徑 34
4.1.2 加工距離 40
4.1.3 轉速 49
4.2 各材料拋光 52
4.2.1 黃銅 52
4.2.2 6061鋁合金 63
4.2.3 無氧銅 68
4.2.4 H13模具鋼 71
4.2.5 無電解鎳 74
第5章 結論與未來展望 77
5.1 結論 77
5.2 未來展望 78
參考文獻 79

圖目錄
圖 2 1 磁性磨料與磁力線分布之示意圖 4
圖 2 2 磁性流體在強力磁鐵下的表現 5
圖 2 3 磁流變流體拋光示意圖 6
圖 2 4 磁性流體氧化圖 8
圖 2 5 磁場較弱導致磁簇無法產生 8
圖 2 6 碳化鎢微結構圖 10
圖 3 1 直流馬達 12
圖 3 2 直流馬達調速器 13
圖 3 3 步進馬達 14
圖 3 4 步進馬達驅動器 14
圖 3 5 脈衝控制器 15
圖 3 6 X軸作動示意圖 15
圖 3 7 N45釹鐵硼強力磁鐵高斯量測圖 16
圖 3 8 N35釹鐵硼強力磁鐵高斯量測圖 17
圖 3 9 拋光具示意圖 17
圖 3 10 拋光具實際圖 18
圖 3 11 沉水馬達 18
圖 3 12 加工系統示意圖 19
圖 3 13 光學金相顯微鏡 20
圖 3 14 共軛焦顯微鏡 21
圖 3 15 線切割放電加工機 24
圖 3 16 電子磅秤 25
圖 3 17 超音波震洗機 25
圖 3 18 棕櫚酸異丙脂 26
圖 3 19 1µm Fe3O4拋光後的表面高度圖39
圖 3 20 5µm鐵粉OM圖 28
圖 3 21 10µm鐵粉OM圖 28
圖 3 22 氧化鋁平均粒徑1µm磨料 29
圖 3 23 GC碳化矽#8000磨料 30
圖 3 24 拋光試片 31
圖 3 25 實驗流程圖 33
圖 4 1使用粒徑 1µm Fe3O4 加工表面之立體圖 35
圖 4 2使用粒徑 5µm Fe3O4 加工表面之立體圖 36
圖 4 3 使用粒徑 10µm Fe3O4 加工表面之立體圖 37
圖 4 4 不同粒徑之鐵粉在d=1mm之Sa比較圖 38
圖 4 5 使用1µm Fe3O4拋光後的表面高度圖 39
圖 4 6 使用5µm Fe3O4 800rpm加工後表面20倍OM圖 41
圖 4 7 使用5µm Fe3O4 1200rpm加工後表面20倍OM圖 42
圖 4 8使用5µm Fe3O4 1600rpm加工後表面20倍OM圖 43
圖 4 9 5µm Fe3O4各轉速之加工距離的Sa曲線圖 44
圖 4 10 使用10µm Fe3O4 800rpm加工後表面20倍OM圖 45
圖 4 11 使用10µm Fe3O4 1200rpm加工後表面20倍OM圖 46
圖 4 12 使用10µm Fe3O4 1600rpm加工後表面20倍OM圖 47
圖 4 13 10µm Fe3O4各轉速之加工距離的Sa曲線圖 48
圖 4 14 使用5µm Fe3O4各加工距離在各轉速的Sa比較圖 50
圖 4 15 使用10µm Fe3O4各加工距離在各轉速的Sa比較圖 50
圖 4 16不同粒徑鐵粉在d=1mm時各轉速之Sa比較圖 51
圖 4 17 黃銅加工前原始表面Sa=1.704 53
圖 4 18 黃銅使用GC碳化矽加工5分鐘Sa=0.173 53
圖 4 19 黃銅使用GC碳化矽加工10分鐘Sa=0.084 54
圖 4 20 黃銅使用GC碳化矽加工15分鐘Sa=0.072 54
圖 4 21 黃銅使用GC碳化矽加工20分鐘Sa=0.070 55
圖 4 22 黃銅使用氧化鋁加工30分鐘Sa=0.075 56
圖 4 23 黃銅使用氧化鋁加工45分鐘Sa=0.072 56
圖 4 24 黃銅使用氧化鋁加工60分鐘Sa=0.065 57
圖 4 25 黃銅使用氧化鋁加工75分鐘Sa=0.062 57
圖 4 26 黃銅使用氧化鋁加工90分鐘Sa=0.048 58
圖 4 27 黃銅使用氧化鋁加工120分鐘Sa=0.047 58
圖 4 28 黃銅使用氧化鋁加工150分鐘Sa=0.035 59
圖 4 29 黃銅使用氧化鋁加工180分鐘Sa=0.031 59
圖 4 30黃銅使用氧化鋁加工210分鐘Sa=0.028 60
圖 4 31 黃銅使用氧化鋁加工240分鐘Sa=0.022 60
圖 4 32 使用碳化矽作為磨料拋光時間與表粗曲線圖 61
圖 4 33 使用氧化鋁作為磨料拋光時間與表粗曲線圖 62
圖 4 34 6061鋁合金使用氧化鋁拋光各時間之OM圖 64
圖 4 35 6061鋁合金使用氧化鋁拋光各時間之OM圖 65
圖 4 36 6061鋁合金使用氧化鋁拋光各時間之OM圖 66
圖 4 37 使用氧化鋁為磨料拋光6061鋁合金之時間與表粗之曲線圖 67
圖 4 38 無氧銅使用氧化鋁拋光各時間之OM圖 69
圖 4 39 使用氧化鋁為磨料拋光無氧銅之時間與表粗之曲線圖 70
圖 4 40 實際加工後所得到的無氧銅試片 70
圖 4 41 H13模具鋼使用GC碳化矽拋光4小時OM圖 72
圖 4 42 H13模具鋼使用GC碳化矽拋光4小時OM圖 72
圖 4 43 使用SiC為磨料拋光H13模具鋼之時間與表粗曲線圖 73
圖 4 44 無電解鎳加工30分鐘OM圖 75
圖 4 45無電解鎳加工30分鐘OM圖 75
圖 4 46 使用氧化鋁為磨料拋光無電解鎳之時間與表粗曲線圖 76
表目錄
表 3 1 共軛交顯微鏡規格表 22
表 3 2 Wi-430S之規格表 23
表 3 3 電子磅秤規格 24
表 3 4 磨料的機械性質 29
表 3 5 試片機械性質 31
表 4 1 使用不同粒徑之鐵粉拋光參數 34
表 4 2 在不同加工距離下之加工參數 40
表 4 3 在不同轉速下加工參數 49
表 4 4 使用磨料GC碳化矽#8000之加工參數 52
表 4 5 使用使用磨料Al2O3#8000之加工參數 55
表 4 6 6061鋁合金之拋光參數 63
表 4 7 無氧銅之拋光參數 68
表 4 8 H13模具鋼之拋光參數 71
表 4 9 無電解鎳之拋光參數 74

參考文獻 參考文獻
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