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研究生: 李尚軒
Li, Shang-Xuan
論文名稱: 超聲輔助磨削之切屑構形分析
A Study on Ultrasonic Assisted Grinding Chip Formation
指導教授: 左培倫
Tso, Pei-Lum
口試委員: 羅展興
顏丹青
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年: 2013
畢業學年度: 101
語文別: 中文
論文頁數: 86
中文關鍵詞: 超聲輔助磨削切屑構形接觸弧長最大未變形切屑厚度碳化鎢
外文關鍵詞: Ultrasonic Assisted Grinding, chip formation, grinding force, material removal rate, tungsten carbide
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  • 超聲輔助磨削已被證實有助於難削材如碳化鎢等材料的磨削加工,但至今未有一套完整的理論說明超聲輔助磨削的機制為何。本論文由切屑構形為切入點,分析超聲輔助磨削與傳統磨削的切屑構形,建立超聲輔助磨削的幾何切屑構形理論,得到超聲輔助磨削與傳統磨削的切屑在接觸弧長及最大未變形切屑厚度的差異,以及此差異對於磨削加工的影響,並且由切屑構形來說明超聲輔助磨削適用於難削材磨削之原因。最終以碳化鎢以及鋼材進行對照實驗,並以磨削力、移除量、表面粗糙度、切屑分析為判斷依據,驗證此理論的正確性。


    Ultrasonic Assisted Grinding(UAG) has been verified that it can be used to grind difficult-to-cut materials such as tungsten carbide efficiently. But there is still not a complete theory to interpret the grinding mechanism of UAG. In this thesis, the chip formation of UAG has been established and compared with the conventional grinding. By the analysis of UAG chip formation and the numerical simulation, we find that the reasons for why UAG can help to grind more efficiently. Finally, we did the experiments to verify the correctness of the chip formation mechanism of UAG with grinding force, surface roughness and material removal rate.

    摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VII 表目錄 X 第1章 簡介 1 1.1 高硬度合金 1 1.2 高硬度材料之應用 1 1.3 磨削加工 2 1.4 超聲振動輔助加工 3 1.4.1 原理 3 1.4.2 超聲波產生器 4 1.4.3 壓電效應 4 1.4.4 壓電基本公式[6][7] 5 1.4.5 機電耦合係數[6][7] 6 1.5 研究動機與目的 7 第2章 文獻回顧 9 2.1 超聲輔助加工 9 2.2 超聲輔助磨削 10 2.3 磨削切屑 11 2.4 尺寸效應 15 第3章 幾何學之磨削理論 20 3.1 接觸弧長[26] 20 3.2 最大未切削厚度[26] 21 3.3 等效切削厚度 23 3.4 磨削力 23 3.5 比磨削能 24 3.6 磨削比 24 第4章 超聲振動輔助磨削機制 26 4.1 徑向超聲振動 26 4.2 軸向超聲振動 26 4.3 二維超聲振動[5] 27 4.3.1 磨粒運動軌跡 27 4.3.2 相位差 28 4.4 磨粒軌跡程式運算探討 29 4.4.1 磨粒運動方程式 29 4.4.2 施加超聲振動之磨粒軌跡程式模擬 31 4.4.3 施加徑向超聲振動之接觸弧長 36 4.4.4 接觸弧長對磨削之影響 38 4.4.5 施加徑向超聲振動之最大未變形切屑厚度 40 4.4.6 切屑厚度對磨削之影響 43 4.4.7 超聲振動對於磨削加工之幫助 45 第5章 實驗規劃與設備 46 5.1 實驗規劃 46 5.1.1 實驗流程圖 46 5.2 實驗設備 47 5.2.1 建德KGS-250WM1型平面磨床 47 5.2.2 先寧公司STC-4SH5028壓電換能器 48 5.2.4 超聲振動平台 49 5.2.5 GW Instek GFG-8216A訊號產生器 49 5.2.6 儀器科技研究中心製功率放大器 50 5.2.7 Tektronix DPO2014B示波器 50 5.2.8 KISTLER Type 9257B動力計 51 5.2.9 Mitutoyo SJ-301表面粗度測定機 51 5.2.10 Precisa XS1220M電子天平 52 5.2.11 Olympus 光學顯微鏡 52 5.2.12 JEOL JSM-5610LV掃描式電子顯微鏡 53 5.3 實驗設備架設配置 54 5.4 實驗材料 55 5.4.1 工件 55 5.4.2 砂輪 55 5.4.3 磨削液 56 5.5 磨削實驗 57 5.5.1 改變切深參數之實驗 57 5.5.2 改變超聲振幅參數之實驗 57 第6章 實驗結果分析與討論 59 6.1 移相電路製作 59 6.1.1 移相電路實際測試 60 6.2 功率放大器特性量測 62 6.3 實驗結果分析 64 6.3.1 磨削力分析 64 6.3.2 材料移除量 66 6.3.3 表面粗糙度分析 67 6.3.4 比磨削能 70 6.3.5 切屑分析 71 第7章 結論與未來展望 80 7.1 結論 80 7.1.1 超聲輔助磨削的幾何數值分析 80 7.1.2 磨削力 81 7.1.3 比磨削能 81 7.1.4 材料移除量 82 7.1.5 表面粗糙度 82 7.1.6 切屑分析 83 7.2 未來展望 83 參考文獻 85

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