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研究生: 林孫鵬
Sun-peng Lin
論文名稱: 7075-T651鋁合金之球擠光製程研究
A study of the aluminum alloy 7075-T651 surface finishing by ball-burnishing process
指導教授: 林原慶
Yuan-ching Lin
口試委員: 向四海
Su-hai Hsiang
陳炤彰
Chao-chang Chen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 122
中文關鍵詞: 球擠光加工表面粗糙度邊界潤滑
外文關鍵詞: ball burnishing, surface roughness, boundary lubrication
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  • 本文主要探討廣泛使用之7075-T651鋁合金,使用硬化AISI 52100軸承鋼珠擠光(Ball Burnishing)時之加工機制及製程參數的影響。擠光實驗利用CNC車床進行,以田口直交表實驗方法規劃不同參數組合,以了解各控制因子的不同參數水準對各品質特性的影響,並以多目標函數的方式評估各參數對表面粗糙度、真圓度及硬度這三種品質特性的綜效影響,作為改善7075-T651鋁合金擠光後表面品質的參考。
    實驗結果顯示,7075-T651鋁合金擠光時影響表面粗糙度之最顯著因子為接觸壓力;潤滑油的種類則對真圓度及硬度的影響最大。以最適條件因子組合進行驗證實驗,可得到RZ=0.53μm及Ra=0.07μm的最佳表面粗糙度;對真圓度及硬度的改善幅度則超過30%,明顯改善表面品質。此外,從潤滑劑對擠光區域潤滑模式的影響,以及與接觸應力交互作用的機制,可得知最佳的擠光品質應位於邊界潤滑區。運用擠光因子的觀念,則可以在獲得相同表面品質的前提下,適度調配各控制因子的水準組合。


    This paper used hardened AISI 52100 bearing steel as a tool for ball burnishing processes. In the burnishing process, as machining 7075- T651 Aluminum alloy work piece was burnished by the tool in order to get finishing surface. The ball burnishing is performed on a CNC turning center. The optimal parameters of surface roughness, roundness and hardness have been determined after conducting the Taguchi's L18 (matrix) experiments, respectively. Finally, the optimal burnishing parameters are obtained in accordance with multi-objective function. Experimental result shows that contact pressure is the most significant factors for surface roughness and lubricant is a significant factor for roundness and hardness. After burnishing processes, the surface roughness can achieve RZ=0.53 μm and Ra= 0.07 μm and its roundness and hardness can be improved over 30 %. From tribology concept, the best condition for burnishing process should be controlled under the boundary lubrication region. This research can help engineers acquire a satisfied surface for ball burnishing 7075- T651 aluminum alloy.

    中文摘要 Ⅰ 英文摘要 Ⅱ 誌 謝 Ⅲ 目 錄 Ⅳ 圖表索引 Ⅷ 第一章 緒論 1 1.1 研究動機及目的 1 1.2 研究方法與論文架構 2 第二章 文獻回顧 4 2.1 擠光相關文獻 4 2.2 球擠光加工之原理 7 2.3 金屬的彈性接觸 7 2.4 擠光加工區域的潤滑模式 10 2.4.1 邊界潤滑 11 2.4.2 混合潤滑 13 2.4.3 液動壓潤滑 13 2.4.4 彈性液動壓潤滑 13 2.5 表面粗糙度 13 2.5.1 表面粗糙度的各項名詞定義 14 2.5.2 表面粗糙度參數之表示方法 15 2.6 真圓度 16 2.7 硬度 17 2.8 田口品質工程 17 2.8.1 品質的定義 17 2.8.2 因子的分類 20 2.8.3 品質特性與損失函數 21 2.8.4 直交表的介紹 23 2.8.5 信號雜訊比 24 2.8.6 變異數分析 25 2.8.7 最適條件與確認實驗 27 第三章 實驗方法與步驟 29 3.1 實驗方法 29 3.2 實驗試片及刀具 29 3.3 實驗用的刀把機構 29 3.4 潤滑油 30 3.5 實驗設備 30 3.5.1 試片加工及擠光設備 30 3.5.2 表面粗糙度及外形量測系統 31 3.5.3 真圓度量測 31 3.5.4 硬度量測 31 3.5.5 直徑量測 32 3.6 實驗程序 32 3.6.1 擠光實驗前的準備工作 32 3.6.2 擠光實驗的進行程序 32 3.7 擠光接觸應力之計算 33 3.8 各項因子對品質特性的影響評估方法 34 第四章 實驗結果與討論 35 4.1 影響表面粗糙度之因子效應分析 35 4.1.1 擠光接觸壓力對表面粗糙度的影響 36 4.1.2 擠光速度對表面粗糙度的影響 38 4.1.3 擠光速度對表面粗糙度的影響 38 4.1.4 潤滑油對表面粗糙度的影響 38 4.2 影響真圓度之因子效應分析 39 4.2.1 球擠光對真圓度的影響 41 4.3 影響硬度之因子效應分析 41 4.3.1 球擠光對硬度的影響 43 4.4 以多目標函數輸出之最適條件預估值與驗證實驗 43 4.5 擠光因子與表面粗糙度之關係 46 第五章 結論與建議 48 5.1 結論 48 5.2 未來研究方向與建議 49 參考文獻 51 作者簡介 122

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