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研究生: 林憲志
Shian-Jr Lin
論文名稱: 厚度10 μm鑽石輪刀開發與光學玻璃切溝研究
Development of the diamond-wheel-tool with 10µm in thickness and research of the micro groove machining on the optical glass
指導教授: 陳順同
Chen, Shun-Tong
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工業教育學系
Department of Industrial Education
論文出版年: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 69
中文關鍵詞: 鑽石輪刀微放電加工複合式電鑄高速快淺研削
英文關鍵詞: Diamond wheel, Micro EDM, Composite electroforming, High-speed & fast-shallow grinding
論文種類: 學術論文
相關次數: 點閱:357下載:22
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  • 本研究旨在開發超薄型電鑄圓盤鑽石輪刀,專用於脆性材料如光學玻璃的開溝加工等所需之微型圓盤刀具。文中使用一種複合式的電鑄技術,利用鑽石微粉與鎳鑄液的均勻混合,進行低成本的超薄型圓盤鑽石切割刀具製作。首先,以鈦金屬製成精密電鑄模具,再以複合電鑄將粒徑0-2μm的鑽石顆粒電著於模具上,以達到圓盤輪刀胚料的製作。電鑄過程中,為使槽體內部的鑄液具有良好的對流性,也提出一種陣列式微孔隔板設計,它能有效降低鑄液的衝擊,減緩鑄液對微粒鑽石的沖襲能量,並提高鑽石的均布率與鎳離子的置換性。於電鑄完成後,利用微放電加工技術,將電鑄完成之圓盤輪刀粗胚修整薄化成型,輪刀厚度可至10μm。經由化學方式的銳化製程,鑽石能迅速裸露並提供足夠的切刃供研削使用。以製作完成的微鑽石輪刀,使用高速快淺研削對光學玻璃進行微細開溝加工。由多次實驗證明,本研究能成功切割出微細溝槽,這項技術將轉換至金屬模具的細溝加工。

    The major purpose of the thesis is to develop an approach what fabricating the ultra thin diamond grinding wheel to grind the micro grooves on the hard-brittle material such as the optical glass. An economical composite electroforming that mixes the fine-grain diamonds and nickel sulfa mate solution evenly is employed for making the blank of grinding wheel. The blank of the wheel is fabricated through plating process, the micro diamonds with grain size of 0-2 μm is uniform deposited onto the substrate that made of titanium (Ti) alloy. A partition plate that with an array of drilled holes is designed to ensure good convection in the electroforming solution is proposed. The energy with which the solution impacts the micro substrate is reduced; the diamond grains are uniformly dispersed in the tank and increasing the displacement of nickel ions. The finished wheel blank is thinned with micro EDM process to true and form the micro disk down to the size of 10 μm in thickness. The diamond grains can be emerged from the grinding wheel after etching process so that provides sufficient amounts of cutting edges to grind the micro grooves. A high-speed and fast-shallow grinding technique is utilized for precisely making the micro grooves on the optical glass. Experimental results demonstrate satisfactory grooves’ geometric accuracy, dimensional accuracy and surface roughness. Furthermore, the micro grooves can be fabricated efficiently using the proposed technique.

    中文摘要………………………………………………………………Ⅰ 英文摘要………………………………………………………………Ⅱ 目錄……………………………………………………………………Ⅲ 圖目錄…………………………………………………………………Ⅶ 表目錄…………………………………………………………………Ⅹ 符號說明………………………………………………………………XI 第一章 緒論……………………………………………………………1 1-1 前言………………………………………………………………1 1-2 研究動機…………………………………………………………2 1-3 研究目的…………………………………………………………2 第二章 應用原理分析…………………………………………………3 2-1 電鑄基本原理……………………………………………………3 2-1-1 電鍍原理與應用………………………………………………3 2-1-2 電鑄原理與應用………………………………………………4 2-1-3 複合電鑄原理…………………………………………………6 2-1-4 鑄液成份及其功能……………………………………………8 2-2 放電加工基本原理………………………………………………9 2-2-1 放電加工原理…………………………………………………9 2-2-2 放電加工之材料去除機制……………………………………10 2-2-3 放電加工的優缺點……………………………………………12 2-3 線放電加工研削加工原理………………………………………13 2-4 平面研削基本原理………………………………………………14 2-4-1 平面研削基本原理……………………………………………14 2-4-2 平面研削加工的特色…………………………………………15 第三章 實驗設備設計…………………………………………………16 3-1 小型電鑄槽設計…………………………………………………16 3-2 迴轉機構設計……………………………………………………17 3-3 複合電鑄硬體簡介………………………………………………19 3-3-1 溫度控制器……………………………………………………19 3-3-2 耐酸鹼泵………………………………………………………19 3-3-3 電源供應器……………………………………………………20 3-4 複合式CNC微型加工機應用………………………………………21 3-5 微放電加工迴路……………………………………………………22 3-6 高速主軸……………………………………………………………23 3-7 工具顯微鏡…………………………………………………………24 3-8 實驗材料……………………………………………………………25 3-8-1 刀具材料…………………………………………………………25 3-8-2 電極材料…………………………………………………………26 第四章 實驗方法…………………………………………………………27 4-1 輪刀模具設計………………………………………………………27 4-1-1 降低電流集中效應設計…………………………………………27 4-1-2 結果與討論………………………………………………………29 4-2 電鑄液流動模式實驗………………………………………………30 4-2-1 沈降法……………………………………………………………30 4-2-2 循環法……………………………………………………………31 4-2-3 隔板法……………………………………………………………32 4-2-4 結果與討論………………………………………………………33 4-3 最適鑄區實驗………………………………………………………33 4-3-1 實驗方法…………………………………………………………34 4-3-2 結果與討論………………………………………………………35 4-4 單位面積磨粒含量實驗……………………………………………35 4-4-1 實驗方法…………………………………………………………36 4-4-2 結果與討論………………………………………………………37 4-5 鑽石圓盤脫模實驗…………………………………………………41 4-5-1 浸泡脫模劑………………………………………………………42 4-5-2 結果與討論………………………………………………………44 4-6 鑽石圓盤胚料放電修整成型實驗…………………………………44 4-6-1 圓盤偏心修整……………………………………………………45 4-6-2 圓盤刀具成型修整………………………………………………48 4-6-2 結果與討論………………………………………………………49 第五章 玻璃微溝磨削實驗………………………………………………50 5-1 玻璃微溝磨削加工…………………………………………………50 5-1-1 玻璃微溝研削之硬體安置………………………………………50 5-2 輪刀周速的影響……………………………………………………51 5-2-1 輪刀周速對溝槽品質的影響……………………………………52 5-2-2 輪刀周速對溝槽表面粗糙度的影響……………………………53 5-3 進給速度的影響……………………………………………………54 5-3-1 進給速度對溝槽寬度的影響……………………………………54 5-3-2 進給速度對溝槽邊緣品質的影響………………………………56 5-3-3 進給速度對溝槽表面粗糙度的影響……………………………57 5-4 切削深度的影響……………………………………………………59 5-4-1 切削深度對溝槽邊緣品質的影響………………………………59 5-4-2 切削深度對表面粗糙度的影響…………………………………60 5-5 磨粒含量的影響……………………………………………………61 5-5-1 磨粒含量對溝槽品質的影響……………………………………62 5-5-2 磨粒含量對表面粗糙度的影響…………………………………64 5-6 結果與討論…………………………………………………………64 第六章 結論………………………………………………………………65 6-1 結果…………………………………………………………………65 6-2 未來展望……………………………………………………………67 參考文獻…………………………………………………………………68

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