結論與未來展望 - 高效能精微線切割放電加工電源開發

本章節係對前述章節的實驗結果，進行統整分析及比較。首先對各材料的不同放電電源之火花腐蝕能力，進行比較，並推估出多重「電阻-電容」

放電電源的火花腐蝕能力的方程式。接續，對各材料的不同放電電源之切割效能，進行分析比較。然後再對使用不同放電電源切割後的材料，進行析出物的比較與分析。最後總結出本論文的研究成果，並針對其貢獻進行陳述。

6-1 多重「電阻-電容」放電電源之火花腐蝕能力(SEA)探討

本研究以多重「電阻-電容」放電電源、單「電阻-電容」放電電源及電晶體放電電源，分別對多種材料，包括：鋁、銅、鎢、導電陶瓷及含硼聚晶鑽石(依熔點高低)，進行微細線切割放電加工的火花腐蝕能力比較，如圖6-1 所示。所有材料皆以單「電阻-電容」放電電源火花腐蝕能力最好，主要是因為多重「電阻-電容」放電電源頻率高，使每發放電不一定都對工件進行加工，因此單位庫倫電荷之金屬移除量較單「電阻-電容」放電電源低；而電晶體放電加工電源則無法產生尖峰放電電流，使每庫倫電荷的金屬移除率無法提升。若只探討本研究開發的多重「電阻-電容」放電電源，對5種材料的火花腐蝕能力，如圖6-2所示，依熔點高低排列，其火花腐蝕能力呈指數曲線關係。當熔點越低，其火花腐蝕能力越高。本研究依實驗所獲得的火花腐蝕能力趨勢圖，運用熔點推估出火花腐蝕能力值；只對高熔點的難切削材料而言，則可運用熔點推估出更精準的火花腐蝕能力值。此圖主要目的在：

當其他非此5類金屬被所開發的多重「電阻-電容」放電加工電源切割加工時，

提供推估其火花腐蝕能力，再由此火花腐蝕能力，轉換到最佳切割進給率(非

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伺服電壓模式控制下)，如式6-1所示。所以，當被切材料已知其熔點時，便可由下述曲線關係，使用最佳的切割進給速率，以提高其切割速度。

F=3×SEA (6-1)

其中，SEA為火花腐蝕能力, M.P.為切割材料的熔點, F為最佳切割進給率(非 伺服電壓模式控制下)

(a) 金屬移除率比較 (b) 火花腐蝕能力比較圖 6-1 三種放電電源對各種材料之金屬移除率與火花腐蝕能力比較

(a) 5種材料的火花腐蝕能力比較 (b) 難削材料的火花腐蝕能力比較圖 6-2 多重「電阻-電容」放電電源對各種材料之火花腐蝕能力比較

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6-2 多重「電阻-電容」放電電源切割效能(C

)探討

如前所述，本研究定義之「精微放電加工切割效能評估準則(Cutting performance assessment criterion)」，係指該電源的本身所產生的單位時間金屬移除量與其表面粗糙度及放電間隙之比值。所以，若將所開發的多重「電阻-電容」放電電源與其他放電電源，對上述 5 種材料的切割效能進行比較，

如圖 6-3 所示，對於電晶體放電電源而言，因單發放電的能量均較「電阻-電容」放電電源來得大，雖可使放電加工速度增快，但卻讓表面粗糙度變粗及放電間隙變大；而在單「電阻-電容」放電電源中，雖可獲致良好的表面粗糙度，不過因電容器需有足夠充放電時間，致使充放電的時間增加，放電頻率不如電晶體放電電源(衝擊係數低)來得高，換句話說，相同放電能量下，

單位時間的材料移除量低，切割效能無法提升；反之，以本研究開發的多重

「電阻-電容」放電電源加工，對單位時間的材料移除量而言，雖無法媲美電晶體放電電源，但比起單「電阻-電容」放電電源，最快的單位時間的材料移除量可達 2 倍以上；在表面粗糙度表現方面，更比其他放電加工的電源好，遂能有效提升其切割效能，達到本研究所需高效能精微放電加工功效。

圖 6-3 三種放電電源對各種材料之切割效能比較

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6-3 不同放電電源對切割金屬的析出物(鈷)的影響

由於放電電源不同，線切割放電加工過程中，所施予材料的能量亦隨之而異。因此，火花放電後材料表層的組織結構也可能因金屬燃燒的能量不同而不同，故本章節以能量分析光譜儀(Energy dispersive X-ray spectrometry, EDS)分析上述三種高熔點高硬度難削材料---碳化鎢、導電陶瓷及含硼聚晶

171 放電電源來得低，所以放電能量在切割金屬的表面熱影響(Heat affecting)方面也較少，因此鈷的析出量也較低，對於上述三種材料的強度影響，自然比

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(a) 原始材料 (b) 單「電阻-電容」放電電源

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(a) 原始材料 (b) 單「電阻-電容」放電電源

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高熔點的碳化鎢材料，則可提高至2倍的切割速度。

e). 本研究開發之多重電阻電容放電電源，經多次實驗，證實，其所加工出的溝槽其尺寸公差可達±0.5µm。而最佳的加工表面粗糙度更可達Ra 0.14µm以下。

6-4-2 本研究貢獻

a). 本研究成功研發出多重「電阻-電容」放電電源，放電頻率及切割進給率，

分別可達原單「電阻-電容」放電電源的3倍及2倍以上。

b). 經實驗證實，本研究開發之多重「電阻-電容」放電電源較單「電阻-電容」放電電源表面粗糙度，可改善60%以上；而尺寸精度可維持與單「電阻-電容」放電電源相同，其誤差值在±0.5 μm內。

c). 實驗證實，多重「電阻-電容」放電電源之放電時間極短，極間恢復絕緣時間極快，材料熱影響區少，故金屬析出物極低。

d). 本研究提出線切割放電加工電源之「精微放電加工切割效能評估準則 (Cutting performance assessment criterion)」，當工件切割的面粗度值愈小、

放電間隙越小或金屬移除率愈大時，表示切割效能Cp值愈大，意味著此一放電電源的切割效能愈好。

e). 在已知材料熔點條件下，若使用本研究開發的多重「電阻-電容」放電電源，則透由火花腐蝕能力曲線轉換，可獲得被切材料的最適切割進給率。

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6-5 未來展望

本研究開發之多重電阻電容放電電源，研究初步已針對多種材料進行切割加工，並得到良好的加工成果，不過尚有諸多問題有待改善，未來可朝下列幾點持續進行研究：

a). 電路元件的選用：本研究在所選用的電晶體雖可達到一定的切換速度，

但如可尋找到更快且更耐高壓的電晶體，可使本研究開發之電源具有更快的切換，以達到更小能量更高頻率的放電加工。

b). 電容的改變：本研究開發之電源，可有效將較大電容轉以較小的電容，

但卻不使加工進給率下降。可運用此特性，以多顆較小的電容配合純水加工，利用小能量的放電，降低水的熱漲冷縮現象，避免斷線。

c). 即時檢測：本研究開發之電源在放電加工過程中，並無即時檢測系統，

使本研究在實驗時，求得進給率為最保守參數，如可設計出即時的檢測系統，可使放電加工過程中更為順暢，且更高的加工速度。

d). 整合型應用：本研究將多重電阻電容放電電源建構於精微線切割放電加工機上，日後可將本電源建構於其他的加工機上以增加電源應用性，如：

建構於精微銑削機台上，可即時修整刀具，可減少刀具組裝誤差。

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