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系統識別號 U0026-3108201214514900
論文名稱(中文) 能量參數對雷射輔助硬銑削製程之影響
論文名稱(英文) Effect of Energy Parameters on Laser Assisted Hard Milling Process
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 機械工程學系碩博士班
系所名稱(英) Department of Mechanical Engineering
學年度 100
學期 2
出版年 101
研究生(中文) 蘇家賦
研究生(英文) Jia-Fu Su
學號 n16991570
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 78頁
口試委員 口試委員-李偉賢
口試委員-林震銘
指導教授-王俊志
中文關鍵字 雷射輔助銑削  刀腹磨耗  比切削係數  犁切效應  雷射能量參數 
英文關鍵字 Laser assisted milling  Flank wear  Specific cutting constant  Plowing  Laser energy parameters 
學科別分類
中文摘要 本文針對脈衝與連續波兩種不同雷射輔助方式對不同硬度之模具鋼加工進行探討。由文獻得知相關研究多僅使用連續波雷射為輔助熱源,未有同時比較脈衝與連續波雷射輔助加工之差異,本研究針對此方向進行深入探討。由雷射輔助切削硬化模具鋼之磨耗實驗中可得出連續波雷射輔助加工時降低刀腹磨耗效果較脈衝雷射輔助加工為佳,因脈衝雷射高集中能量之特性會將材料汽化而加速能量散失。本文利用銑削力模式建立切向犁切比切削常數與刀腹磨耗值之關係,並進一步求得比磨耗能以利往後銑削磨耗之預測。本論文於刀腹磨耗實驗中比較有無雷射輔助加工之效應,結果發現在相同磨耗值下,由於工件受熱軟化增加犁切效應,所以雷射輔助銑削之切向犁切比切削常數會高於無雷射輔助銑削。最後進行工件表面觀察,發現雷射輔助銑削硬化模具鋼可有效改善工件毛邊情形,但加工未硬化模具鋼卻成相反趨勢。
英文摘要 The main objective of this work was to compare the results of processing hardened and unhardened tool steel with two kinds of laser assistant method, pulsed laser and continuous wave laser. In the past literature, most research about laser assisted machining only using continuous wave laser, none of them compare impulse an continuous wave laser in the same time, this thesis study in the topic. The result of the wearing experiment obtained that continuous wave laser assistant is the best reducing flank wear, and impulse laser makes is the next best. Next, Ktp of processing hardened tool steel was determined in milling force model, and combined with the measured flank wear value to obtain the specific wearing energy. Compared with the effect reduce flank wearing, under the situation of the same wearing value, because the plowing effect increases due to the softening of heated work piece, the Ktp of milling with laser assistant is higher than that without laser assistant. Otherwise, by observing of the processed work piece, laser assistant milling makes the burr and the roughness of processed unhardened tool steel worse, but improves those properties of hardened tool steel.
論文目次 總目錄
中文摘要 I
ABSTRACT II
致謝 III
總目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 X
符號說明 XII
第一章 1
緒論 1
1.1研究動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1 銑削力模式建立文獻回顧 2
1.2.2 各種磨耗量測與判斷之相關文獻 4
1.2.3 雷射輔助加工相關文獻 4
1.3研究範疇及論文架構 6
第二章 7
端銑刀之銑削力模式 7
2.1 前言 7
2.2銑刀座標系統 7
2.3包含剪切、犁切局部側銑模式 10
2.3.1 LGCC局部銑削力模式 11
2.3.2 DGCC局部銑削力模式 12
2.4單刃側銑總銑削力 14
2.4.1屑寬密度函數 14
2.4.2 刀刃序列函數 15
2.4.3 總銑削力 16
2.4.4比切削係數的辨識方法 16
第三章 18
實驗設備 18
3.1前言 18
3.2 脈衝式光纖雷射設備 22
3.3 實驗材料 24
3.4實驗刀具 25
第四章 26
雷射能量參數探討 26
4.1 雷射能量參數 26
4.2 不同能量參數下雷射溝槽觀察 29
4.2.1 光學顯微鏡觀察結果 29
4.2.2 3D雷射共軛焦顯微鏡觀察結果 33
第五章 40
雷射輔助銑削實驗 40
5.1雷射輔助銑削實驗流程 40
5.2 前導實驗-不同切削長度之切削常數 41
5.3刀腹磨耗實驗 47
5.3.1刀具磨耗端銑銑削力模式 47
5.3.2刀腹磨耗實驗參數規劃 48
5.3.3刀腹磨耗定義 50
5.3.4刀腹磨耗在不同雷射輔助方式下對切向犁切力常數之影響 53
5.3.5驗證實驗 61
5.4工件表面觀察 63
5.5雷射離焦效果探討 66
第六章 72
結論與建議 72
6.1結論 72
6.2建議 74
參考文獻 75

圖目錄
圖1- 1未變形之切屑厚度 2
圖2- 1銑刀之座標定義 7
圖2- 2端銑刀徑向及軸向幾何 9
圖2- 3剪切力與犁切力作用位置及方向 11
圖2- 4軸向切深與屑寬密度函數的關係 15
圖2- 5刀具序列函數 15
圖3- 1實驗儀器配置圖 20
圖3- 2 (A) LEADWELL MCV-610AP (B) 普慧高速主軸 E0410-24 20
圖3- 3 SPI G3脈衝式光纖雷射 22
圖3- 4 西門德克 MESS2 4MM碳化鎢銑刀 25
圖4- 1 雷射脈衝頻率對脈衝能量與平均輸出功率關係圖 28
圖4- 2 SPI G3雷射MODE 0~MODE 10脈衝頻率與峰值功率的關係圖 28
圖4- 3 光束腰與聚焦深度示意圖, 30_Toc334114256
圖4- 4 雷射設備架設傾斜角示意圖 30
圖4- 5不同脈衝頻率雷射作用在未硬化SKD61模具鋼(HRC20)的100X顯微鏡照片 31
圖4- 6 不同脈衝頻率雷射作用在硬化SKD61模具鋼(HRC45)的100X顯微鏡照片 32
圖4- 7 KEYENCE VK-9700 色彩3D雷射共軛焦顯微鏡 33
圖4- 8 3D雷射共軛焦顯微鏡量測資訊示意圖 34
圖4- 9 物體表面受雷射作用示意圖, D.T. PHAM (2006) 34
圖 4- 10 不同頻率下30W功率雷射對硬化鋼(HRC45)作用溝槽表面形貌(A) CW (B) 30kHz (C)50 kHz (D)100 kHz (E)500 kHz 36
圖4- 11 不同頻率下24W功率雷射對硬化鋼(HRC45)作用溝槽表面形貌(A) CW (B) 30 kHz (C)50 kHz (D)100 kHz (E)500 kHz 37
圖4- 12 不同頻率下18W功率雷射對硬化鋼(HRC45)作用溝槽表面形貌(A) CW (B) 30 kHz (C)50 kHz (D)100 kHz (E)500 kHz 38
圖5- 1 雷射輔助銑削時域力量變化圖(連續波, 功率30W) 41
圖5- 2 SKD61_HRC45無雷射輔助切削實驗與模擬銑削力 (Kt= 38459.6 (N/mm2) , Kr= 0.5) 43
圖5- 3 SKD61_HRC45脈衝雷射(30kHz)切削實驗與模擬銑削力 (Kt= 8200 (N/mm2) , Kr= 0.436) 44
圖5- 4 SKD61_HRC45連續波雷射切削實驗與模擬銑削力 (Kt= 13301 (N/mm2) , Kr= 0.718 ) 44
圖5- 5不同條件下切削長度對未硬化SKD61模具鋼Kt之關係 45
圖5- 6不同條件下切削長度對未硬化SKD61模具鋼Kr之關係 45
圖5- 7不同條件下切削長度對硬化SKD61模具鋼Kt之關係 46
圖5- 8不同條件下切削長度對硬化SKD61模具鋼Kr之關係 46
圖5- 9 雷射作用點與順銑加工示意圖 49
圖5- 10 雷射設備架設與實際加工情形 49
圖5- 11 全新刀具的刀腹照片 50
圖5- 12刀腹磨耗量測示意圖 50
圖5- 13 刀腹磨耗值與切削距離關係圖 52
圖5- 14 無雷射輔助切削 X與Y方向之時域力量訊號 53
圖5- 15 脈衝雷射輔助切削 X與Y方向之時域力量訊號 54
圖5- 16 連續波雷射輔助切削 X與Y方向之時域力量訊號 54
圖5- 17 磨耗實驗中切削距離與切向比切削常數之關係 56
圖5- 18 磨耗實驗中切削距離與徑向切削常數之關係 56
圖5- 19 Ktp對切削距離之關係 57
圖5- 20不同雷射輔助方式下刀腹磨耗所對應之切向犁切常數 59
圖5-21不同微量潤滑方式下刀腹磨耗所對應之切向犁切常數…………60
圖 5-22 驗證實驗X方向時域力量圖 62
圖5-23驗證實驗Y方向時域力量圖 62
圖5- 24 未硬化模具鋼銑削後表面毛邊高度與俯瞰照片(A)無雷射輔助切削(B)脈衝雷射輔助切削(C)連續波雷射輔助切削 64
圖5- 25 未硬化模具鋼銑削後表面毛邊高度與俯瞰照片(A)無雷射輔助切削(B)脈衝雷射輔助切削(C)連續波雷射輔助切削 65
圖5-26 離焦實驗雷射作用點示意圖 66
圖5-27 離焦實驗離焦0MM(焦距)X方向力量 68
圖5-28 離焦實驗離焦0MM(焦距)Y方向力量 68
圖5-29 離焦實驗離焦4MM,X方向力量 69
圖5-30 離焦實驗離焦4MM,Y方向力量 69
圖5-31 離焦實驗離焦4MM,X方向力量 70
圖5-32 離焦實驗離焦4MM,X方向力量 70

表目錄
表3- 1實驗儀器 19
表3- 2 LEADWELL MCV-610AP型三軸立式綜合加工機規格表 21
表3- 3 雷射設備規格 23
表3- 4 SKD61實驗材料化學成份 24
表3- 5 碳化鎢銑刀規格表 25
表4- 1 Waveform Reference Table 27
表4- 2 不同能量參數對雷射溝槽影響實驗參數 35
表5- 1前導實驗加工參數及材料選用 42
表5-2刀腹磨耗實驗加工參數 48
表5- 3不同雷射輔助刀腹磨耗量測結果 51
表5- 4 磨耗實驗中切削距離與切削常數結果 55
表5- 5 Ktp對切削距離的關係 57
表5- 6不同雷射輔助方式之實驗線性方程式 59
表5- 7不同微量潤滑方式之實驗線性方程式, 郭晉瑋(2011) 60
表 5-8 驗證實驗加工參數 61
表5- 9 不同雷射輔助切削未硬化模具鋼的毛邊高度 64
表5- 10 不同雷射輔助切削硬化模具鋼的毛邊高度 65
表 5-11 離焦實驗加工參數 67
表5-12 離焦實驗銑削力峰值變化百分比 71


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郭晉瑋,微量潤滑對刀腹磨耗及銑削穩定性之影響,國立成功大學機械研究所,一百年碩士論文
論文全文使用權限
  • 同意授權校內瀏覽/列印電子全文服務,於2017-09-04起公開。
  • 同意授權校外瀏覽/列印電子全文服務,於2017-09-04起公開。


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