4.1 火焰拋光參數取捨與實驗的必要性 (Introduction)
由於實驗有多重的控制條件,為了減少實驗的次數,並且合理化配置影響實 驗的要因,所以引入田口法(Taguchi Methods)來進行實驗。
4.2 實驗設計 (Experiment Set Up) 驗的要因,所以引入田口法(Taguchi Methods)來進行,且為了實驗的可重複 性,每組數據重複兩次。實驗進行方法如 Table 9 所示:
Table 9︰Apply Taguchi Method 實驗 參考資料[15]、[16]、[17]、[18]:田口實驗計畫法
因為實驗結果無法數量化,所以必須建立一套客觀的評量標準,利用可觀察 得到的結果,將之量化成為實驗的結果,方法如 Table 10 所示:
Table 10:Judgment Methods
項目 說明 量化方法
刮痕消除 觀察玻璃表面刮痕殘留情形 量測刮痕長度
融熔狀態 玻璃融熔受重力影響程度 使用游標尺量測融熔處的厚度改變情形 是否破碎 受熱前、後或空氣冷卻的影響 使用游標尺測裂縫長度大小
產生氣泡 玻璃表面是否有氣泡產生 觀察氣泡大小數量
實驗使用到的器材包含火焰拋光機,由線性滑軌、馬達、噴嘴、支撐架所組 成。量測實驗狀態的流量計與壓力計、火焰以丙烷與氧氣混合產生,以及平板玻 璃試片,切割成 5mm×30mm×110mm,由台灣玻璃股份有限公司提供。
實驗前先利用肥皂水檢測管線密閉性,再來校正壓力計與流量計讀數,打開 丙烷流量閥然後點火,才能打開氧氣流量閥,調整丙烷與氧氣達到選定的流量與 固定的比例,實驗前先使火焰拋光機運行一次,將底層磚頭預熱,減少第一次實 驗結果與後來結果受到環境因素,影響實驗誤差。再將充滿刮痕的玻璃置於選定 位置,火焰拋光機以特定速度拋光玻璃表面。最後才進行玻璃表面分析。
4.3 分析結果 (Analysis Result)
經過實驗過程步驟後,可以得到實驗結果如 Table 11 所示。
Table 11:Analysis Result
項目 編號 No.01 No.02 No.03 No.04 No.05 No.06 No.07 No.08 No.09 刮痕消除 ○ ○ × ○ × × ○ ○ × 融熔狀態(mm) 7.56 5.305 × 6.19 × × 4.09 3.63 × 是否破碎(條) 1 0 × 2 × × 0 4 × 產生氣泡 極少 極少 × 多 × × 少 中 ×
○表示刮痕有消除
以下將實驗結果分為刮痕消除程度、玻璃融熔狀態、是否破碎(產生裂 痕)、產生氣泡四種來詳細討論。
1. 刮痕消除程度:
在此次實驗中 8/18 此方面不成功,發現實驗編號 No.03、No.05、
No.06、No.09 的刮痕幾乎完全沒有消除,表示實驗溫度不夠,屬於 Under treated 的情形。
2. 玻璃融熔狀態:
只有 Well Polished or Over treated 兩種狀況才會產生,因此只討論 實驗編號 No.01、No.02、No.04、No.07、No.08 五組。利用游標尺量測 玻璃試片右上轉角處的融熔產生的寬度,因為此處受熱時間最久,且統 一位置可以避免誤差因素。
如 Table 11 所示,可得 No.08>No.07>No.02>No.04>No.01。
3. 是否破碎(產生裂痕):
破碎(裂痕)產生原因主要有兩種,分為拋光前預熱產生的與拋光過 程與冷卻時產生,拋光前預熱產生破碎(裂痕)的有實驗編號為 No.03、
No.05、No.06、No.09,因為熱源強度不夠。拋光過程與冷卻時產生的 有實驗編號為 No.01、No.04、No.08,在此步驟中比較裂痕碎裂方法為 判斷裂痕數量多寡。
如 Table 11 所示,可得 No.01>No.04>No.08,此外,實驗編號為 No.02、No.07 則完全無裂痕產生。
4. 產生氣泡:
觀察 Well Polished or Over treated 的情形,因為只有在這種情況下 才會有氣泡產生。總共將評分等級分為多(佔 75%以上)、中(75%~
25%)、少(25%~5%)、極少(5%以下)
如 Table 11 所示,可得 No.04>No.08>No.07>No.02>No.01。
4.4 討論 (Discuss)
由於實驗的多數試片刮痕沒有完成消除,所以在下面討論以達到消除刮痕為 原則。比較速度:
No.01+ No.02+ No.03:No.04+ No.05+ No.06:No.07+ No.08+ No.09 可以得到:1.5>2.5>2 (mm/s)
發現速度對於刮痕消除的影響並沒有很明顯的趨勢,由於不確定最佳速度參 數是位於 0.6~1.0 之中、大於 1.0 或是小於 0.6,參考其他現象與結果,決定再 次確認實驗參數,將此三組數據保留試一次,並且改良評分方式。比較流量:
No.01+ No.04+ No.07:No.02+ No.05+ No.08:No.03+ No.06+ No.09 可以得到:20>14.6>9 (l/min)
明顯發現流量為 9 (l/min)的三組試片都呈現 Under treated 的情形,決定將 9 (l/min)剔除並且加入 20 與 14.6 的中位數 17.4(l/min)來進行實驗。比較距離:
No.01+ No.06+ No.08:No.02+ No.04+ No.09:No.03+ No.05+ No.07 可以得到:2>3>4 (cm)
發現距離為 4 (cm)的三組試片,與其他距離的試片相較下,破碎程度與 Under treated 的情形較高,決定將 4 (cm)剔除並且加入 2 與 3 的中位數 2.5 (cm)來進行 實驗。比較比例:
No.01+ No.05+ No.09:No.02+ No.06+ No.07:No.03+ No.04+ No.08 可以得到:1︰3.5>1︰3.3>1︰3 (C3H8︰O2)
發現C3H8︰O2的比例為 1︰3 在破碎程度與刮痕消除程度相較於 1︰3.5 以及 1︰3.3 為差,可能因為比例不同所造成的混和氣體最高溫度不夠所導致,決定將 C3H8︰O2的比例為 1︰3 剔除,並且加入 1︰3.4 來進行實驗。
4.5 調整改進實驗分析 (Refinement of Experiment)
適當調整過實驗參數如 Table 12 所示:
Table 12︰Apply Taguchi Method 實驗
Table 13:Analysis Result
項目 編號 No.01 No.02 No.03 No.04 No.05 No.06 No.07 No.08 No.09
實驗前期望所有結果皆能達到 Well Polished 情況下,實驗後展現出的結果顯 示調整過後,有達到原本需求。
1、刮痕消除程度:
刮痕消除程度極難判定,因此考慮使用表面粗度儀器來量測實驗前後差 別,藉此來判斷刮痕消除程度,此外,刮痕數量必須要定量,才有比較空間,
目前的刮痕產生方式是利用砂紙摩擦產生,考慮使用更細的砂紙或是其他產
生刮痕的方法,來使效果更顯著。
2、玻璃融熔狀態:
利用游標尺量測玻璃試片右上轉角處的融熔產生的寬度,因為此處受熱 時間最久,且統一位置可以避免誤差因素。
如 Table 13 所示,可得
No.09>No.06>No.05>No.07>No.08>No.03>No.04>No.02>No.01 3、是否破碎:
此次實驗破裂除了 No.09 為冷卻時產生以外,其餘試片 No.01、No.04、
No.07 的破裂皆為拋光過程中產生的。
在此步驟中判斷裂痕方式為裂痕數量多寡。
實驗編號為No.04 與No.07 產生一道至兩道裂痕,且實驗過後碎成兩片 至三片。實驗編號為No.01 產生一道至兩道裂痕,但實驗過後仍為完整的一 片玻璃。實驗編號為No.09 產生四道至五道不等裂痕,但實驗過後仍為完整 的一片玻璃。此外,實驗編號No.01、No.04、No.07 之C3H8流量皆為 20 (l/min)。
如 Table 13 所示,可得
No.09>No.04=No.07>No.01
此外,實驗編號為 No.02、No.03、No.05、No.06、No.08 則完全無裂痕 產生,良率與第一次實驗參數相比較,提高了許多。
4、氣泡是否產生:
觀察 Well Polished or Over treated 的情形,因為只有在這種情況下才會 有氣泡產生。總共將評分等級分為多(佔 75%以上)、中(75%~25%)、少(25%
~5%)、極少(5%以下) 如 Table 13 所示,可得
No.08>No.07>No.01>No.06>No.05>No.04>No.02>No.03>No.09
4.6 討論與結論 (Discuss and Result)
比較速度:01+02+03:04+05+06:07+08+09
可以得到:2>1.5>2.5 (mm/s)
比較流量:01+04+07:02+05+08:03+06+09 可以得到:17.4>14.6>20 (l/min)
比較距離:01+06+08:02+04+09:03+05+07 可以得到:2>2.5>3 (cm)
比較比例:01+05+09:02+06+07:03+04+08 可以得到:1︰3.5>1︰3.4>1︰3.3 (C3H8︰O2)
根據上述評比結果,最後選擇速度 2 mm/s、流量 17.4 mm/s、距離 2 cm、
燃料丙烷與氧氣比例為 1︰3.5 來作為溫度量測實驗的標準。
結果比較發現C3H8的流量為 20 (l/min)的實驗編號皆產生破裂情形,如 此在量測溫度的同時,需多加注意,以免實驗造成熱電偶的損壞,提高實 驗成本。
五、火焰拋光下利用有限單元法模擬溫度分佈場(Temperature