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系統識別號 U0002-2307200816315200
中文論文名稱 以浮動拋光法拋光精密圓柱件之研究
英文論文名稱 Precision Polishing of Cylindrical Specimen by Float Polishing Method
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 96
學期 2
出版年 97
研究生中文姓名 郭家維
研究生英文姓名 Chia-Wei Kuo
學號 695370147
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2008-06-06
論文頁數 100頁
口試委員 指導教授-趙崇禮
委員-簡錫新
委員-劉道恕
委員-陳大同
委員-陳盈同
委員-趙崇禮
中文關鍵字 拋光  圓柱型試件  浮動拋光  滾筒拋光 
英文關鍵字 Polishing  Cylindrical specimen  Float polishing  Cylinder polishing 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本論文之研究目的在建立一套能對於圓柱型試件進行表面品質改善的精密拋光系統,透過實驗與觀察了解對圓柱型試件進行拋光的特性與表面品質的改善情況,並建立表面粗糙度、材料移除率對於各參數的關係。
根據實驗觀察,速度、磨粒大小、試件與拋光工具之間隙影響著材料移除的速率,而材料移除速率越快會使得表面粗糙度的改善更有效率、更快速,並且可透過磨粒磨耗半經驗材料移除公式大約預測出材料之移除率;在表面粗糙度改善方面使用粒徑0.3μm之磨料、主軸轉速10000rpm、與拋光工具之間隙0.5mm能將試件表面粗糙度由13nm Ra 降至2nm Ra,達到表面改善之目的,並且真圓度與圓筒度也能改善。
英文摘要 This research aimed to design and develop a polishing system for precision polishing cylindrical specimen to nanometer surface finish. An experimental polishing system was built in the present study to polish stainless steel and nickel plated specimens with various polishing compounds. The polished specimens were subsequently examined by Alfa-step, OM and SEM for surface finish, morphology and microscopic analysis respectively. The obtained surface condition and material removal rate were correlated to the polishing parameters such as rotation speed, abrasive concentration, and abrasive grit size for the improvement of the polishing effect. Cylinders of 5mm in diameter were successfully polished to a surface roughness better than 2nm Ra in several hours without damaging the roundness and cylindricalness using abrasive of 0.3μm, 10000rpm polishing speed and 0.5mm gap distance between polisher and the specimen. A semi-empirical model of polishing was also developed in the study for predicting the materials removal rate.
論文目次 目錄
中文摘要 I
英文摘要 VIII
誌謝 XIII
目錄 IV
圖目錄 VIII
表目錄 XIII
符號表 XV
第一章 序論 1
1-1 前言 2
1-2 研究背景 2
1-3 研究動機與目的 3
第二章 文獻回顧與理論基礎 5
2-1 各類磨粒加工法介紹及其材料移除機制 5
2-1-1 化學機械拋光 5
2-1-2 浮動拋光 7
2-1-3 磁力研磨 8
2-1-4 磁浮拋光法 9
2-1-5 彈性發射加工以及液動壓拋光法 10
2-1-5 螺旋式磨料流動研拋法 12
2-1-6 研磨液噴射加工 13
2-2 論文實驗所使用之拋光法介紹 14
2-3 液動壓拋光法之切削剪應力 16
2-4 拋光特性之極限 18
2-5 磨粒磨耗型態 21
2-6 材料移除率預測 22
2-6-1 材料移除模型之建立方式 22
2-6-2 材料移除模型 23
第三章 實驗設備與方法 26
3-1 抛光設備建立與做動方法 26
3-1-1 拋光設備-主軸 26
3-1-2 拋光設備-Z軸移動裝置 27
3-1-3 拋光設備-拋光具 29
3-1-4 拋光設備-Pump 30
3-1-5 系統結合與作動方式 31
3-2 檢測設備 32
3-2-1 光學顯微鏡 32
3-2-2 掃描式電子顯微鏡 33
3-2-3 表面粗度儀 34
3-2-4 表面輪廓儀 34
3-2-5 位移感測器 35
3-2-6 真圓度與圓筒度量測系統 37
3-3 研磨液調配 38
3-4 實驗試件 39
3-5 實驗步驟與流程圖 40
3-6 實驗規劃 42
3-6-1 材料移除分析 42
3-6-2 加工參數對拋光之影響 44
3-6-3 表面粗糙度之改善情況 46
第四章 結果與討論 48
4-1 移除率與真圓度、圓筒度之分析 48
4-1-1 材料移除均勻度分析 48
4-1-2 表面凹槽評估材料移除 52
4-1-2-1主軸轉速與材料移除的關係 54
4-1-2-2 磨粒大小與材料移除的關係 58
4-1-3真圓度與圓筒度之分析 63
4-2 各參數對拋光之影響 66
4-2-1 表面粗糙度起始值對拋光之影響 66
4-2-1-1未初拋部份 67
4-2-1-2初拋部份 69
4-2-1-3整合比較 71
4-2-2磨粒大小對拋光之影響 73
4-2-3 主軸速度對拋光之影響 76
4-2-4 試件與拋光具間距對拋光之影響 79
4-2-5 各參數與拋光之影響總表 82
4-3表面粗糙度之改善情況 83
4-3-1 不鏽鋼表面之表面粗糙度改善情況 83
4-2-2表層鍍鎳試件之表面粗糙度改善情況 89
第五章 結論 95
參考資料 97

表目錄
表3- 1 PUMP抽水參數 30
表3- 2 磨料機械性質 38
表3- 3 試件機械性質 39
表3- 4 實驗參數總表 45
表4- 1 移除均勻度分析實驗加工參數表 48
表4- 2主軸轉速與材料移除關係實驗加工參數表 52
表4- 3主軸轉速與材料移除關係實驗加工參數表 54
表4- 4 10shot部份速度與凹槽平均移除深度比較表 56
表4- 5 改變速度之磨粒磨耗移除模型預測值與實際移除量比較 57
表4- 6 磨粒大小與材料移除實驗加工參數表 58
表4- 7 改變磨粒尺寸之磨粒磨耗移除預測值與實際移除量比較 62
表4- 8 拋光對真圓度與圓筒度影響分析之加工參數表 63
表4- 9表面粗糙度起始值對拋光之影響加工參數表 66
表4- 10 初始表粗起始值之表面粗糙度改善率比較表 72
表4- 11磨粒大小對拋光之影響實驗加工參數表 73
表4- 12 磨粒大小與表面粗糙度改善率比較表 75
表4- 13主軸速度對拋光之影響實驗加工參數表 76
表4- 14 主軸轉速之表面粗糙度改善率比較表 78
表4- 15試件與拋光具間距對拋光之影響實驗加工參數表 79
表4- 16 度鎳試件與拋光具間距之表面粗糙度改善率比較表 81
表4- 17各參數與拋光之影響總表 82
表4- 18 不鏽鋼初步拋光加工參數表 83
表4- 19不鏽鋼進階拋光加工參數 86
表4- 20 4mm表層鍍鎳初步拋光加工參數 89
表4- 21 4mm表層鍍鎳進階拋光加工參數 91
表4- 22 5mm表層鍍鎳最終抛光加工參數 93

圖目錄
圖1- 1 Roll to roll真空乾式塗佈製程 4
圖2- 1 CMP拋光示意圖 6
圖2- 2 浮法拋光工作狀態之液體流動示意圖 7
圖2- 3 磁力研磨機制示意圖 8
圖2- 4 磁浮拋光法示意圖 9
圖2- 5 液動壓拋光法移除機制示意圖 11
圖2- 6 螺旋式磨料流動研拋法示意圖 12
圖2- 7 AWJM加工示意圖 13
圖2- 8 論文實驗之拋光法研磨液流動圖 14
圖2- 9 論文實驗之拋光法凸出結構示意圖 15
圖2- 10 研磨液受凸出結構影響之流動情況 15
圖2- 11 表面粗度移除示意圖 20
圖2- 12 Preston移除模型之材料移除模式 23
圖2- 13 Finnie移除模型之材料移除模式 24
圖3- 1 NSK E400 主軸,最高轉速40000rpm 26
圖3- 2 Z軸高度移動裝置與高速主軸配合 27
圖3- 3 Z軸移動裝置之作用於拋光具上示意圖 28
圖3- 4 拋光具作用示意圖 29
圖3- 5 拋光具中凸出結構示意圖 29
圖3- 6 PUMP照片 30
圖3- 7 拋光設備示意圖 31
圖3- 8 Olympus 金相顯微鏡 32
圖3- 9 掃描式電子顯微鏡(HITACHI S4160型) 33
圖3- 10 Taylor Hobson surtronic 3+表面粗度儀 34
圖3- 11 KLA-Tencor αstep-500表面輪廓儀 35
圖3- 12 位移感測器量測試意圖 36
圖3- 13 外徑變化量測儀器照片 37
圖3- 14 真圓度與圓筒度量測系統(Talyrond 365) 37
圖3- 15 試件尺寸示意圖 39
圖3- 16 試件照片 39
圖3- 17 實驗流程圖 41
圖3- 18 雷射加工示意圖 43
圖3- 19 凹槽深度示意圖 44
圖3- 20 試件初拋式意圖 45
圖4- 1 2.5μm SiO2磨料、主軸轉速10000rpm試件靠近研磨液進口處之表面照片 49
圖4- 2 2.5μm SiO2磨料、主軸轉速10000rpm試件非靠近研磨液進口處之表面照片 50
圖4- 3 試件靠近研磨液進口處與非靠近進口處之半徑變化量 51
圖4- 4 試件前、中、後分部份之半徑變化量 51
圖4- 5 2.5μmSiO2磨料之表層度鎳拋光後表面照片 52
圖4- 6 2.5μmSiO2磨料、主軸轉速10000rpm之表層度鎳拋光2小時表面輪廓曲線(a)拋光前(b)拋光後 53
圖4- 7 0.3μmAl2O3磨料之表層度鎳10shot-1部份拋光後表面照片 55
圖4- 8 0.3μmAl2O3磨料之表層度鎳10shot-2部份拋光後表面照片 55
圖4- 9 0.3μmAl2O3磨料之表層度鎳10shot-3部份拋光後表面照片 56
圖4- 10 試件表面體積移除率與速度關係方格圖 57
圖4- 11 2.5μm SiO2磨料、主軸轉速10000rpm之表層度鎳20shot-1部份凹槽拋光3小時前後照片與深度 59
圖4- 12 2.5μm SiO2磨料、主軸轉速10000rpm之表層度鎳20shot-2部份凹槽拋光3小時前後照片與深度 59
圖4- 13 2.5μm SiO2磨料、主軸轉速10000rpm之表層度鎳20shot-3部份凹槽拋光3小時前後照片與深度 60
圖4- 14 2.5μm SiO2磨料、主軸轉速10000rpm之表層度鎳30shot-1部份凹槽拋光3小時前後照片與深度 60
圖4- 15 2.5μm SiO2磨料、主軸轉速10000rpm之表層度鎳30shot-2部份凹槽拋光3小時前後照片與深度 61
圖4- 16 2.5μm SiO2磨料、主軸轉速10000rpm之表層度鎳30shot-3部份凹槽拋光3小時前後照片與深度 61
圖4- 17 使用2.5μm SiO2磨料、轉速15Krpm拋光不鏽鋼試件未初拋部分照片 67
圖4- 18 未初拋部份時間與平均Ra關係圖 68
圖4- 19 使用2.5μm SiO2磨料、轉速15Krpm拋光不鏽鋼試件初拋部份照片 69
圖4- 20 初拋部份時間與平均Ra關係圖 70
圖4- 21 未初拋部分與初拋部分平均Ra比較曲線圖 71
圖4- 22 1.9μm SiO2磨料、主軸轉速15000rpm拋光2小時後不鏽鋼表面照片與Ra 74
圖4- 23 2.5μm SiO2磨料、主軸轉速15000rpm拋光2小時後不鏽鋼表面照片與Ra 74
圖4- 24 0.3μm Al2O3磨料主軸轉速5000rpm拋光2小時之鍍鎳試件表面情況與Ra 76
圖4- 25 0.3μm Al2O3磨料主軸轉速10000rpm之拋光2小時鍍鎳試件表面情況與Ra 77
圖4- 26 0.3μm Al2O3磨料主軸轉速15000rpm之拋光2小時鍍鎳試件表面情況與Ra 77
圖4- 27 0.3μm Al2O3磨料、主軸轉速10000rpm、間距1mm之拋光2小時後度鎳試件表面情況與Ra 80
圖4- 28 0.3μm Al2O3磨料、主軸轉速8000rpm、間距0.5mm之拋光2小時度鎳試件之表面情況與Ra 80
圖4- 29 1.9μm SiO2磨料、主軸轉速15000rpm不鏽鋼試件拋光後表面照片 84
圖4- 30 1.9μm SiO2磨料、主軸轉速15000rpm不鏽鋼拋光之時間與平均Ra關係曲線圖 85
圖4- 31 0.3μm Al2O3磨料、主軸轉速10000rpm不鏽鋼試件拋光後表面照片 87
圖4- 32 0.3μm Al2O3磨料、主軸轉速10000rpm不鏽鋼試件拋光之時間與平均Ra關係曲線圖 88
圖4- 33 0.3μm Al2O3磨料、主軸轉速15000rpm不鏽鋼試件拋光之表面照片 88
圖4- 34 2.5μm SiO2磨料、主軸轉速10000rpm、4mm表層鍍鎳試件拋光後表面照片 90
圖4- 352.5μm SiO2磨料、主軸轉速10000rpm、4mm表層鍍鎳試件拋光時間與Ra關係曲線圖 90
圖4- 36 0.3μm Al2O3磨料、主軸轉速10000rpm、4mm表層鍍鎳試件拋光表面照片與Ra 92
圖4- 37 0.3μm Al2O3磨料、主軸轉速10000rpm、5mm表層鍍鎳試件抛光後表面照片 94
圖4- 38 0.3μm Al2O3磨料、主軸轉速10000rpm、5mm表層鍍鎳試件抛光時間與Ra關係曲線圖 94




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