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研究生: 林文鴻
Lin, Wen Hung
論文名稱: 具溝槽紋路砂輪對磨削硬脆材料之研究
A study on grinding brittle material with pattern-dressed wheel
指導教授: 左培倫
Tso, Pei Lum
口試委員: 羅展興
趙崇禮
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: 2015
畢業學年度: 103
語文別: 中文
論文頁數: 61
中文關鍵詞: 硬脆材料砂輪修整磨削加工比磨削能
外文關鍵詞: Brittle materials, Dressing, Grinding, Specific grinding energy
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  • 硬脆材料高硬度的特性令其在使用傳統砂輪加工效率不佳,多利用鑽石砂輪進行磨削加工。比磨削能為廣泛用來衡量加工效率的指標,根據相關理論與比磨削能計算公式,磨削之比磨削能隨著砂輪磨削面積改變,降低砂輪表面積可有效提升比磨削能;現有研究成果則顯示砂輪表面形貌與磨削加工結果之間具有高度相關,於砂輪表面修整出溝槽除提升比磨削能外,更可達到降低磨削熱之效果。為了使傳統砂輪提升磨削效能,降低鑽石砂輪於製程中之使用量,本研究的目的為使用經特別修整後之傳統砂輪進行磨削加工,從軟材到硬脆材料,以比磨削能為指標,探討不同修整方法對於提高硬脆材料磨削加工效率的效果。本研究結果顯示,經過特別修整後之傳統砂輪能提升對硬脆材料之材料移除率,在切深20μm以下使用菱格狀修整,20μm以上則使用溝槽狀修整能得到較佳之材料移除率。


    The high hardness property of brittle materials make it hard to machining with traditional grinding wheels ,so it usually uses diamond grinding wheels to improve the poor processing efficiency. Specific grinding energy is an indicator used to measure processing efficiency widely, According to the theory and specific grinding energy formula, the specific grinding energy in grinding process is changed as grinding wheel surface changed, reducing the surface area of the grinding wheel can effectively enhance the specific grinding energy; The existing studies show a high relation between the surface topography of grinding wheels and the grinding results. Conditioning grooves on grinding wheels not only enhance the specific grinding energy, but also achieve the effect of reducing the heat during the grinding processes. In order to reduce the amount of diamond grinding wheel used in the manufacturing process, to reach the goal of reducing costs, the purpose of this study is using conventional grinding wheels after the special conditioning in grinding processes, from soft materials to brittle materials, as the specific grinding energy an indicator, to study the different method of dressing improve the efficiency of grinding brittle materials. The results of this study show that, the traditional grinding wheel after dressing especially can improve the removal of brittle materials, at the cutting depth 20μm or less using the rhombic pattern, at 20μm or more, then using groove-like pattern can be better of the material removal rate.

    目錄 摘要 I 目錄 II 圖目錄 V 表目錄 VII 第1章 簡介 1 1.1 硬脆材料-藍寶石 1 1.2 硬脆材料之加工 1 1.3 比磨削能 4 1.4 砂輪之特別修整法 4 第2章 研究動機與目的 5 2.1 研究動機 5 2.2 研究目的 5 第3章 文獻回顧 7 3.1 砂輪修整 7 3.2 硬脆材料磨削加工 15 第4章 磨削理論 20 4.1 磨削力 20 4.2 比磨削能 21 4.3 接觸弧長 22 第5章 砂輪表面修整 23 5.1 砂輪選用 23 5.2 砂輪修整 24 5.3 砂輪修整設計 24 5.3.1 溝槽狀砂輪修整設計 25 5.3.2 菱格狀砂輪修整設計 28 5.3.3 菱格紋路程式模擬 29 第6章 實驗規劃與設備 35 6.1 實驗規劃 35 6.1.1 實驗流程圖 36 6.2 實驗設備 37 6.2.1 建德KGS-250WM1型平面磨床 37 6.2.2 KISTLER Type 9257B動力計 38 6.2.3 Precisa XS1220M電子天平 38 6.2.4 Olympus 光學顯微鏡 39 6.3 實驗設備架設配置 40 6.4 實驗材料 41 6.4.1 試片 41 6.4.2 砂輪 42 6.4.3 砂輪修刀 43 6.5 磨削實驗 43 6.5.1 砂輪表面形貌之磨削實驗 43 第7章 實驗結果分析與討論 45 7.1 磨削力分析 45 7.2 比磨削能分析 49 7.3 材料移除量 52 7.4 效率比較 55 第8章 結論與未來展望 57 8.1 結論 57 8.1.1 磨削力 57 8.1.2 比磨削能 57 8.1.3 材料移除量 58 8.1.4 砂輪修整方式選用 58 8.2 未來展望 59 參考文獻 60   圖目錄 圖1.1 以球面壓子壓入的變形、破壞規格[1] 2 圖1.2 維克氏壓子壓入時的變形模式[1] 3 圖3.1 砂輪修整前後之表面形貌[2] 7 圖3.2 材料表面燒傷分佈[3] 7 圖3.3 砂輪修整示意圖[12] 8 圖3.4 不同有效磨削面積磨削結果[12] 9 圖3.5 3M公司所生產拋光墊磨粒層SEM [4] 10 圖3.6 a.轉速比與重疊比對磨粒密度影響 b.轉速比與重疊比對比磨削能影響c.轉速比與重疊比對砂輪磨耗影響d.砂輪磨耗對比磨削能影響[5] 11 圖3.7 雷射加工砂輪表面示意圖;(左)未使用雷射加工表面(右) 使用雷射加工表面(間距70μm)[14] 12 圖3.8 BK7玻璃次表面損傷觀察(SEM)[14] 13 圖3.9 溝槽間距對材料表面粗糙度影響[14] 13 圖3.10 電鍍法砂輪之表面形貌模型[15] 14 圖3.11 CBN磨粒砂輪表面損傷:(a) 磨粒焊料因溫度熔化;(b) 電鍍層剝離[15] 15 圖3.12 延性磨削面與脆性破壞面[6] 15 圖3.13 比磨削能與無因次磨粒切深關係圖[6] 16 圖3.14 切深與比磨削能關係圖 17 圖3.15 振幅與表面粗糙度關係圖 17 圖3.17 ASP60之比磨削能與無因次磨削厚度關係圖[8] 18 圖3.18 藍寶石磨削表面延性-脆性加工[9] 19 圖4.1 磨削力示意圖 20 圖5.1 砂輪表面修整前後示意圖 24 圖5.2 單點鑽石修刀修整示意圖 24 圖5.3 以雷射加工之燒結法砂輪[16] 25 圖5.4 進給速率及修整深度對於磨削力、材料表面粗糙度關係圖[11] 26 圖5.5 移動間距對修整影響示意圖 27 圖5.6 砂輪修整表面形貌示意圖 27 圖5.7 具溝槽狀砂輪之表面形貌 28 圖5.8 砂輪表面紋路模擬 29 圖5.9 菱格紋模擬圖(Ⅰ) 31 圖5.10 菱格紋模擬圖(Ⅱ) 32 圖5.11 菱格紋模擬圖(Ⅲ) 33 圖5.12 具菱格狀砂輪之表面形貌 34 圖6.1 實驗流程圖 36 圖6.2 建德KGS-250WM1型平面磨床 37 圖6.3 KISTLER Type 9257B動力計 38 圖6.4 Precisa XS1220M電子天平 39 圖6.5 Olympus 光學顯微鏡 39 圖6.6 實驗前砂輪修整架構配置圖 40 圖6.6 磨削實驗架構配置圖 41 圖7.1 SK3鋼料加工之磨削力 47 圖7.2 碳化鎢加工之磨削力 47 圖7.3 藍寶石加工之磨削力 48 圖7.4 SK3鋼料加工之比磨削能 50 圖7.5 碳化鎢加工之比磨削能 51 圖7.6 藍寶石加工之比磨削能 51 圖7.7 碳化鎢材料移除量 53 圖7.8 碳化鎢每單位有效磨削寬度材料移除量 53 圖7.9 藍寶石材料移除量 54 圖7.10 藍寶石每單位有效磨削寬度材料移除量 54 圖7.11 乾濕磨削法向磨削力 56 圖7.12 法向磨削力降低百分比 56   表目錄 表5-1 氧化鋁砂輪修整參數 26 表6-1 建德KGS-250WM1型平面磨床工作範圍 37 表6-4 實驗材料規格 41 表6-5 砂輪規格 43 表6-6 修刀規格 43 表6-7 改變砂輪表面形貌實驗參數設定表 44

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