簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 黃仕儒
Shih-Ju Huang
論文名稱: 新型內建荷重計球擠光工具整合於CNC車床對塑膠模具鋼表面精加工之研究
Research on the surface finish of a plastic mold steel using a new ball-burnishing tool embedded with a load cell on a CNC lathe
指導教授: 修芳仲
Fang-Jung Shiou
口試委員: 鐘俊輝
none
郭俊良
none
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: 2016
畢業學年度: 105
語文別: 中文
論文頁數: 99
中文關鍵詞: 擠光加工CNC車床田口實驗法表面粗糙度真圓度表面硬度
外文關鍵詞: Ball burnishing tool, CNC lathe, Roundness
相關次數: 點閱:358下載:4
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報

本研究旨在研發一新型內建荷重計球擠光工具,於CNC車床上進行SUS420J2塑膠模具鋼表面精加工之研究,其目的為探討擠光加工後之表面粗糙度、真圓度以及表面硬度改善情況,本研究以田口實驗法對SUS420J2塑膠模具鋼探討圓柱形試件滾動式最佳化參數,再將其參數應用於具有錐度之試件上。
本研究之最佳滾動式擠光加工參數係以田口實驗L18直交表進行,經由變異數分析,探討滾動式擠光加工參數對於表面粗糙度、真圓度及表面硬度之影響,再進行驗證實驗以取得最佳化滾動式擠光參數。由實驗結果得知最佳化滾動式擠光加工參數為:擠光球材質-碳化鎢、擠光力-650N、進給率-0.05mm/rev、速度-25m/min、潤滑劑-切削劑(1:20)及擠光次數-3次。應用最佳化滾動式擠光加工參數於SUS420J2塑膠模具鋼之圓柱形試件,表面粗糙度可由Ra1.1μm改善至Ra0.02μm(Rmax0.202μm);真圓度可由2.150μm改善至1.235μm;表面硬度可由51HRc改善至53.8HRc。以最佳化滾動式擠光參數應用於不同錐度之試件,其平均粗糙度介於Ra0.04~0.06μm (Rmax0.33~0.63μm)之間。


The objective of this research is to develop a new ball-burnishing tool embedded with a load cell integrated with a CNC lathe, to improve the surface roughness, roundness and hardness of the SUS420J2 plastic mold steel. The optimal ball burnish process parameters of the cylindrical part have been determined by conducting the Taguchi’s L18 matrix experiments, the ANOVA analysis, and the verification tests. Based on the experimental results, the optimal combination of the process parameters is as follows: the ball material of WC, the burnishing force of 650 N, the feed rate of 0.05 mm/rev, the velocity of 25 m/min, the lubricant of the cutting fluid (oil/water ratio of 1/20) and the number of pass of 3. The surface roughness of the test specimen could be improved from Ra 1.1 μm to Ra 0.02 μm (Rmax 0.202 μm), the roundness could be improved from 2.150 μm to 1.235 μm and the hardness could be increased from HRc 51 to HRc 53.8 using the optimal process parameters. The influences of the process parameters on the surface roughness, roundness and hardness have also been discussed. Applying the optimal process parameters to a workpiece with different tapers, then the surface roughness could be improved from Ra 1.0 μm to Ra 0.04-0.06 μm on average.

摘要 Abstract 誌謝 目錄 圖索引 表索引 第一章 緒論 1.1 研究動機與目的 1.2 文獻回顧 1.3 研究方法及論文架構 第二章 理論介紹 2.1球擠光加工原理 2.2 擠光加工之重要參數 2.2.1 擠光球材質(Ball material) 2.2.2 擠光力(Burnishing force) 2.2.3 進給率(Feed rate) 2.2.4 潤滑劑(Lubricant) 2.3 金屬之彈性接觸 2.4 擠光加工區域的潤滑模式 2.4.1 邊界潤滑 2.4.2 混合潤滑 2.4.3 液動潤滑 2.5 表面粗糙度 2.5.1 表面粗糙度定義 2.5.2 表面粗糙度參數表示 2.6 維氏硬度 第三章 田口實驗計畫法 3.1田口實驗計畫法簡介 3.2 參數設計 3.3 因子之分類 3.1.1 信號因子 3.1.2 雜音分子 3.1.3 控制因子 3.4 信號雜訊比 3.5 變異數分析(ANOVA) 3.6 F分布 3.7 直交表 3.8 最佳預估及驗證實驗 第四章 新型內建荷重計球擠光工具之研製 4.1 新型內建荷重計球擠光工具之設計 4.2 新型內建荷重計球擠光工具之實驗系統整合 4.3 新型內建荷重計球擠光工具之荷重計的校驗 第五章 實驗方法及程序 5.1 實驗方法及系統架構 5.1.1 實驗方法 5.1.2 實驗系統及架構 5.2 擠光試件材料 5.3 實驗設備 5.3.1 CNC車床 5.3.2 表面粗糙度儀 5.3.3 真圓度測定儀 5.3.4 三次元量測儀(CMM) 5.3.5 硬度試驗機 5.3.6 動力計(Dynamometer) 5.3.7 荷重計(Load cell) 5.3.8 無線傳輸裝置 5.4 實驗流程 第六章實驗結果與數據分析 6.1 滾動式擠光加工田口實驗之參數設計 6.2 S/N Ratio計算 6.3 ANOVA變異數分析 6.4 粗糙度預估及驗證 6.5 表面觀察 6.6 真圓度分析 6.7 表面硬度分析 6.8 錐度試件之最佳滾動式擠光加工應用 第七章 結論及未來展望 7.1 結論 7.2 未來展望 參考文獻 附件一 兩圓球間的彈性接觸 附件二 力量運算 附件三 常見的表面粗糙度表示法 附件四 擠光加工圖 附件五 動力計規格 附件六 F分佈臨界值表(F0.05,v1,v2) 附件七 分佈臨界值表(F0.01,v1,v2) 附件八 試件表面

1.陳建樺,”塑膠模壓鑄用鋼之球擠光加工研究”,國立台灣科技大學機械工程學系碩士論文,2001.
2.N. H. Loh, S. C. Tam, S. Miyazawa, “A study of the effects of ball-burnishing parameters on surface roughness using factorial design”, Journal of Mechanical Working Technology, Vol. 18, Jan. 1989, p53-61.
3.N. H. Loh, S. C. Tam, “Effects of Ball Burnishing Parameters on Surface Finish-A Literature Survey and Discussion”, Precision Engineering, Vol. 10, No. 4, Oct. 1988, p215-220.
4.林孫鵬,”7075-T651鋁合金之球擠光製程研究”,國立台灣科技大學機械工程學系碩士論文,2008.
5.Gwidon W. Stachowiak, Andrew W. Batchelor, “Engineering Tribology”, Elsevier, Third edition, 2005.
6.莊俊雄,”創新型內建式荷重計擠光工具應用於工具鋼自動化表面精加工之研究”,國立台灣科技大學機械工程學系碩士論文,2007.
7.Shirsat U. M., B. B. Ahuja, “Effect of lubrication on surface finish and surface hardness of burnishing component”, Journal of the Institution of engineers: Mechanical Engineering, Division. 86, July 2005, p91-94.
8.Morimoto T., Tamamura K., “Burnishing Process Using a Rotating Ball-Tool-Effect of Tool Material on the Burnishing Process”, Wear, Vol. 147, No. 1, Jul. 1991, p185-193
9.賴憲耀,”製程參數對表面擠光粗糙度的影響”,國立台灣科技大學機械工程學系碩士論文,2000.
10.Liviu Luca, Sorin Neagu-Ventzel, Ioan Marinescu, ”Effect of Working Parameters on Surface Finish in Ball-Burnishing of Hardened Steels”, Precision Engineering, Vol. 29, No. 2, Apr. 2005, p253-256.
11.L.N. López de Lacalle, A. Lamikiz, J. Muñoa and J. A. Sánchez, “Quality Improvement of Ball-End Milled Sculptured Surfaces by Ball Burnishing ”, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Volume 45, Issue 15, December 2005, P 1659-1668
12.Aysun Sagbas, “Analysis and optimization of surface roughness in the ball burnishing process using response surface methodology and desirability function”, Advances in Engineering Software, Vol. 42, No. 11, Nov. 2011, p992-998.
13.Lars Hiegemann, Christian Weddeling, Nooman Ben Khalifa, A. Erman Tekkaya, “Analytical Prediction of Roughness after ball burnishing of thermally coated surfaces”, Procedia Engineering, Vol. 81, Oct. 2014, p1921-1926.
14.Tao Zhang, Nilo Bugtai, Loan D. Marinescu, “Burnishing of aerospace alloy: A theoretical-experimental approach”, Journal of Manufacturing Systems, Vol. 37, No. 2, Oct. 2015, p472-478.
15.Tokio Morimoto, Kentaro Tamamura, “Burnishing Process Using a Rotating Ball-Tool—Effect of Tool Material on the Burnishing Process”, Wear, Vol. 147, No. 1, Jul. 1991, p185-193.
16.張培華,”電腦數值控制車床程式設計及應用”,全華出版社,1992。
17.邱如德,”以球擠光與拋光之製程對自由曲面模具之表面精加工之研究”,國立台灣科技大學機械工程學系碩士論文,2002。
18.Y. C. Lin, S. W. Wang, H. Y. Lai, “The relationship between surface roughness and burnishing factor in the burnishing process”, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 23, May. 2004, P666-671.
19.徐智誠,”以球擠光與球拋光製程作塑膠模具用鏡面不鏽鋼之自動化表面精加工研究”,國立台灣科技大學機械工程學系碩士論文,2005。
20.邱泓翔,”以振動式球拋光製程做鏡面不銹鋼之自動化表面精加工研究”,國立台灣科技大學機械工程學系碩士論文,2006.
21.澎國元,”創新式內建式荷重計之微型球擠光工具之研製”, 國立台灣科技大學機械工程學系碩士論文,2011。
22.Masato Olada, Shohei Suenobu, Kei Watanabe, Yorihiro Yamashita, Naoki Asakawa, “Development and burnishing characteristics of roller burnishing method with rolling and sliding effect”, Mechatronics, Vol. 29, Aug. 2014, p110-118
23.Goutam, D. Revankar., Raviraj, Shetty., Shrikantha, S. Rao., Vinayak, N. Gaitonde., “Analysis of surface roughness and hardness in ball burnishing of titanium alloy”, Measurement, Vol. 58, Dec. 2014, p256-268.
24.徐銘良,”於CNC工具機進行自動球拋光之定力控制研究”,國立台灣科技大學機械工程學系碩士論文,2015。
25.李冠宗,”潤滑學”, 高立圖書有限公司,1992 年,第五版。
26.范光照編著,”精密量測”,高立書局,2000年二版。
27.張郭益、許全守編著,”精密量測”,全華書局,2003年初版。
28.楊榮顯,”工程材料學”,全華出版社,2011年四版。
29.Taguchi G., Yokoyama T., “Taguchi Methods: Design of Experiments”, Dearborn, Ml, 1993.
30.李建良,”品質損失於穩健化容差設計之研究”,著者出版社,1999。
31.田口玄一,”田口統計解析法”,五南出版社,2003。
32.劉克琪,”實驗設計與田口式品質工程”,華泰書局,台北,1994.
33.李輝煌,”田口方法:品質設計的原理與實務”,高立圖書有限公司,2013第四版。
34.蔡錫鐃,”材料實驗”,新文京開發出版,2004年,初版。
35.邱六合、李勁宏、葉書宏、羅萬中、黃建龍,”真空熱處理對不銹鋼系模具鋼耐蝕性之研究”,中華民國防蝕工程學會98年度防蝕工程會暨論文發表會。
36.台灣盛百股份有限公司,http://www.assab-taiwan.com.
37.凱樂士股份有限公司,http://www.kallex.com.tw/comparison.php.
38.HYDRO CARBIDE, INC.,www.hydrocarbide.com.

QR CODE