鑽腹磨耗之變異數分析

為了得到較佳的鑽腹磨耗，分析其變動性以得到各控制因子對鑽腹磨耗的影響。

藉此分析以掌控各控制因子的貢獻度，且作為爾後調整實驗參數之依據。由表 4.2 之 S/N 比值數據，且利用式(2.4)~(2.10)來計算各控制因子之變異數，其中包括自由度、

變動、變異及貢獻度之影響，其結果如表 4.9 所示。在表 4.9 中得知控制因子 A(進給 率)對於微鑽針鑽腹磨耗的貢獻度最大，此與表 4.8 結果吻合。

D3 A1

A2 A3 B1 C1 C2

C3 D1

B2 D2 B3

-39 -38.5 -38 -37.5 -37 -36.5 -36

A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3

57

表 4.9 鑽腹磨耗變異數分析表

自由度 變動 變異 貢獻度

Factcors

A 2 1.921 0.961 61.544

B 2 0.358 0.179 11.483

C 2 0.162 0.081 5.188

D 2 0.680 0.340 21.785

Total 8 3.121 1.561 100.000

由前述圖4-6中可得知最佳參數組合A¹B²C¹D²，但此組合並不在L⁹(3⁴)直交表內的實 驗條件項目中，因此須進行驗證實驗以確認田口方法分析出的結果有其準確性。依據 式(2-11)~(2-14)計算出S/N比平均值T ，再運算各個控制因子A¹B²C¹D²之預測S/N比平均 值

μ

為-36.698(db)，鑽腹磨耗預測值 yˆ 為64.243μm，如表4-10所示。

表4-10 鑽腹磨耗之預測值表

最佳化之預測值

預測最佳化參數 A1 B2 C1 D2 預測值 -37.463 -37.808 -37.986 -37.708 預測鑽腹雜訊比

μ

-36.698db

預測鑽腹平均值 yˆ 64.243 (μm)

為了驗證最佳化參數 A¹B²C¹D²之準確性，設定實驗參數為進給率 0.25，轉速 16000 , INCOLNEL 厚度 0.5MM, 鑽針夾持 GAP 長度距離 2mm，，實驗所得鑽腹磨耗值如表 4-21 所示，其中 y 、S 及 S/N 所得與上述表 4-2 計算相同。最後依據式(2-11)~(2-14)計算

出

μ

之預測值與驗證值相差 0.724(db)，yˆ 之預測值與驗證值相差 3.603μm，

μ

與 yˆ 之 差值在誤差範圍內，由此得知田口式實驗法的再現性佳，其結果如表 4-22 所示, 其中 鑽腹磨耗改善 5.42% , 振幅均方根振幅量改善 3.7% .

df S V ρ

58

4.1.11 鑽腹磨耗與振幅均方根相關性

4.1.11.1 經以上分析結果其鑽腹磨耗與振幅均方根最佳化參數條件相同均為 A1B2C1D2 ,所以振幅量的大小與鑽腹磨耗量大小成正比關係

磨耗越大,振幅均方根之振幅量越大,反之磨耗越小, 振幅均方根之振幅 量越小.

4.1.11.2 控制因子進給率, 是振幅與鑽腹磨耗的貢獻度及影響力最大之因子.

4.2 圓孔擴孔量分析

為瞭解在實驗過程中，試片是否有擴孔情形，以掃描式電子顯微鏡掃描後，測量 其得圓孔擴孔量分析結果如圖 4.7(a~i)及表 4.11 所示。

59

(a) (d) (g)

(b) (e) (h)

(c) (f) (i)

圖 4.7 (a~i)試片圓孔擴孔量分析圖 4.2.1 圓孔擴孔量值

以圓孔擴孔量值而言，擴孔量值越小越好，因此屬於望小特性，由掃描式的電子 顯微鑽測量在各種不同加工條件加工後，試片之擴孔量，再依序計算出各組實驗條件 平均值 ，加工後試片擴孔量的結果如表 4.11 所示。

60

表 4.11 圓孔擴孔量值

No A B C D Data 1 Data 2 Data 3

平均值 1 1 1 1 1 316(μm) 322(μm) 319(μm) 319(μm) 2 1 2 2 2 322(μm) 327(μm) 325(μm) 324(μm) 3 1 3 3 3 350(μm) 337(μm) 344(μm) 343.5(μm) 4 2 1 2 3 324(μm) 337(μm) 331(μm) 330.5(μm) 5 2 2 3 1 326(μm) 318(μm)) 322(μm) 322(μm) 6 2 3 1 2 318(μm) 316(μm) 317(μm) 317(μm) 7 3 1 3 2 348(μm) 336(μm) 342(μm) 342(μm) 8 3 2 1 3 324(μm) 316(μm) 320(μm) 320(μm) 9 3 3 2 1 334(μm) 333(μm) 334(μm) 333(μm)

4.2.2 圓孔擴孔量之 S/N 比

故利用式(2.1)求得各項實驗條件之 S/N 比，再依序計算出各組實驗條件之平均值 與標準差 S，其實驗各數據如表 4.12 示。

y

y

y

61

表 4.12 圓孔擴孔量之 S/N 比

實驗組數 平均值 y 雜訊比 S/N 標準偏差 S 1 319.0(μm) -50.076 (db) 3.000 2 324.5(μm) -50.225(db) 2.500 3 343.5(μm) -50.720 (db) 6.500 4 330.5(μm) -50.385(db) 6.500 5 322.0(μm) -50.158(db) 4.000 6 317.0(μm) -50.021(db) 1.000 7 342.0(μm) -50.682(db) 6.000 8 320.0(μm) -50.104(db) 4.000 9 333.0(μm) -50.462(db) 0.500

4.2.3 圓孔擴孔量之 S/N 比回應表及回應圖之分析

為瞭解每一個控制因子在不同水準值下對圓孔擴孔量的影響度，必須計算每一個控 制因子在各個水準值下對圓孔擴孔量值的平均 S/N

比之數據，並製成回應回應表(Response table)及回應圖如表 4.13,圖 4.8 所示。

表 4.13 圓孔擴孔量之 S/N 比回應表

Level A B C D

水準 1 -50.340 -50.381 -50.067 -50.232 水準 2 -50.188 -50.162 -50.357 -50.309 水準 3 -50.416 -50.401 -50.520 -50.403 Delta -0.228 -0.239 -0.453 -0.171

Rank 3 2 1 4

62

(a)

(b)

A1 A2

A3

-52 -51 -50 -49

A1 A2 A3

B2 B3 B1

-52 -51 -50 -49

B1 B2 B3

63

(c)

(d)

圖 4.8(a~d)圓孔擴孔之 S/N 比回應圖

C1

C2 C3

-52 -51 -50 -49

C1 C2 C3

D2 D3 D1

-52 -51 -50 -49

D1 D2 D3

64

圖 4.9 (a~d)圓孔擴孔量之 S/N 比並列圖

由表 4.13 之 S/N 比回應得知控制因子 C(材料厚度)對於圓孔擴孔量最具影響力，而其 它的控制因子之影響性順序大小為 C(材料厚度), B(轉速), A(進給率),D(鑽針夾持長 度)及而 D(鑽針夾持長度) 控制因子的影響力較不顯著。

由以上圓孔擴孔量之 S/N 比回應圖分析，得知最佳參數組合為A2B2C1D1，是圓孔擴 孔量最佳的加工參數條件。

4.2.4 圓孔擴孔量之變異數分析

為了得到較佳的圓孔擴孔量值，因此根據變異數分析圓孔擴孔量值，分析其變動 性以得到各控制因子對圓孔擴孔量值的影響。藉此分析以掌控各控制因子的貢獻度，

且作為爾後調整實驗參數之依據。由表 4.13 之 S/N 比值數據，且利用式(2.4)~(2.10) 來計算各控制因子之變異數，其中包括自由度、變動、變異及貢獻度之影響，其結果 如表 4.14

A1 A2 A3 B1 B2

B3

C1 C2 C3

D1 D2 D3

-51 -50 -49 -48

A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 D1 D2 D3

65

表 4.14 圓孔擴孔量之變異數分析表

Factors 自由度 變動 變異 貢獻度

A 2 0.081 0.040 14.791 B 2 0.106 0.053 19.327 C 2 0.316 0.158 57.826 D 2 0.044 0.022 8.056 Total 8 0.546 0.273 100.000

由前述表4-14中可得知最佳參數組合A2B2C1D1，但此組合並不在L9(3⁴)直交表內的 實驗條件項目中，因此須進行驗證實驗以確認田口方法分析出的結果有其準確性。依 據式(2-11)~(2-14)計算出S/N比平均值T ，再運算各個控制因子A²B²C¹D¹ 之S/N比預測 平均值

μ

為-50.158(db)，擴孔直徑預測值 yˆ 為314.331μm，

表 4.15 圓孔擴孔量之預測表

最佳化之預測值

預測最佳化參數 A2 B2 C1 D1

預測值 -50.188 -50.162 -50.520 -50.232 預測擴孔雜訊比

μ

-50.158 (db)

預測擴孔平均值 yˆ 314.331(μm)

為了驗證最佳化參數A2B2C1D1之準確性，設定實驗參數為進給率 0.75，轉速 16000 , INCOLNEL 厚度 0.5mm, 鑽針長度距離 0mm，實驗所得圓孔擴孔量如表 4-21。依據公 式(2-11)~(2-14)計算出

μ

之預測值與驗證值相差 0.555(db)， yˆ 之預測值與驗證值相

df S V ρ

66

差 12.219μm，

μ

與 yˆ 之差值在誤差範圍內，由此得知田口式實驗法的再現性佳，其 結果如表 4.22 所示, 其中圓孔擴孔量改善 5.29%.

4.3 孔之真圓度分析

微鑽孔之試片經掃描式電子顯微鏡鏡(SEM)掃描後，測量圖 4.7 圓孔擴孔量同時 量測試片正反面孔之偏差量而求其孔之平均真圓度值，對孔的真圓度值而言

，真圓度 值小越好，因此屬於望小特性，再依序計算出各組實驗條件孔之真圓度的 平均值 ，其結果如表 4.16 所示。

表 4.16 孔之真圓度值

No

A B C D Data 1 Data 2 Data 3

平均值 1 1 1 1 1 9(

μ

m) 18(

μ

m) 14(

μ

m) 13.5(

μ

m) 2 1 2 2 2 9(

μ

m) 18(

μ

m) 14(

μ

m) 13.5(

μ

m) 3 1 3 3 3 37(

μ

m) 40(

μ

m) 39(

μ

m) 38.5(

μ

m) 4 2 1 2 3 16(

μ

m) 23(

μ

m) 20((

μ

m) 19.5(

μ

m) 5 2 2 3 1 11(

μ

m) 9(

μ

m) 10(

μ

m) 10.0(

μ

m) 6 2 3 1 2 14(

μ

m) 6(

μ

m) 10(

μ

m) 10.0(

μ

m ) 7 3 1 3 2 29(

μ

m) 27(

μ

m) 28(

μ

m) 28.0(

μ

m) 8 3 2 1 3 17(

μ

m) 11(

μ

m 14(

μ

m) 14.0(

μ

m)

y

y

y

67

4.3.1 孔之真圓度之 S/N 比

利用式(2.1)求得各項實驗條件之 S/N 比，再依序計算出各組實驗條件之標準差 S，

其實驗各數據如表 4.17 所示。

表 4.17 孔之真圓度之 S/N 比

實驗組數 平均值 y 雜訊比 S/N 標準偏差 S

1 13.5(

μ

m) -23.064(db) 4.500 2 13.5(

μ

m) -23.064(db) 4.500 3 38.5(

μ

m) -31.716(db) 1.500 4 19.5(

μ

m) -25.938(db) 3.500 5 10.0(

μ

m) -20.043(db) 1.000 6 10.0(

μ

m) -20.645(db) 4.000 7 28.00(

μ

m) -28.949(db) 1.000 8 14.00(

μ

m) -23.118(db) 3.000 9 25.00(

μ

m) -27.966(db) 1.000

68

4.3.2 孔之真圓度之 S/N 比回應表及回應圖

為瞭解每一個控制因子在不同水準值下對圓孔平均真圓度的影響度，必須計算每一 個控制因子在各個水準值下對圓孔平均真圓度的平均 S/N 比之數據，並製成回應回應 表(Response table)及回應圖如表 4.18 與圖 4.10 所示

表 4.18 孔之真圓度之 S/N 比回應表

level A B C D

水準 1 -25.948 -25.984 -22.275 -23.691 水準 2 -22.209 -22.075 -25.656 -24.219 水準 3 -26.677 -26.775 -26.903 -26.924 Delta -4.469 -4.70 -3.381 -3.233

Rank 2 1 3 4

69

(a)

(a)

(b)

(b)

A3 A2

A1

-27 -26 -25 -24 -23 -22 -21

A1 A2 A3

B1

B2

B3

-27 -26 -25 -24 -23 -22 -21

B1 B2 B3

70

(c)

(d)

圖 4.10 (a~d)孔之真圓度之 S/N 比回應圖

C3 C2

C1

-27 -26 -25 -24 -23 -22 -21

C1 C2 C3

D1

D2

D3

-27 -26 -25 -24 -23 -22 -21

D1 D2 D3

71

72

表 4.19 孔之真圓度之變異數分析表

Factcors 自由度 變動 變異 貢獻度 A 2 34.483 17.242 27.604 B 2 37.999 18.999 30.418 C 2 34.393 17.196 27.532 D 2 18.046 9.023 14.446 Total 8 124.920 62.460 100.000

由前述表4-18中可得知最佳參數組合A2B2C1D1，但此組合並不在L9(3⁴)直交表內的 實驗條件項目中，因此須進行驗證實驗以確認田口方法分析出的結果有其準確性。依 據式(2-11)~(2-14)計算出S/N比平均值 T ，再運算各個控制因子A2B2C1D1之預測S/N 比平均值

μ

為-15.416(db)，平均真圓預測值 yˆ 為9.513μm，表4-20所示。

表4-20孔之真圓度之預測值表

最佳化之預測值

預測最佳化參數 A2 B2 C1 D1

預測值 -22.209 -22.075 -22.275 -23.691 預測平均真圓雜訊比

μ

-15.416 (db)

預測平均真圓平均值 yˆ 9.513(μm)

為了驗證最佳化參數A2B2C1D1之準確性，設定實驗參數為進給率 0.5，轉速 16000 rpm , INCOLNEL 厚度 0.5mm, 鑽針夾持長度距離 0mm，實驗所得平均真圓值如表 4-21 其中

y 、S 及 S/N 所得與上計算相同。最後依據式(2-11)~(2-14)計算出 μ

之預測值與驗證

df S V ρ

73

值相差 3.812(db)， yˆ 之預測值與驗證值相差 0.487μm，

μ

與 yˆ 之差值在誤差範圍內，

由此得知田口式實驗法的再現性佳，其結果如表 4-22 所示 其中圓孔真圓度改善 8.50%

表 4-21 驗證實驗數據表

實驗驗證值 Data 1 Data 2 Data 3

y

S S/N

振幅均方根 0.789(

μm/

s²) 0.791(

μm/

s²) 0.788(

μm/

s²) 0.789(

μm/

s²) 0.002 -2.058 (db)

鑽腹磨耗 62.213(

μ

m) 63.224(

μ

m) 63.285(

μ

m) 62.907(

μ

m) 0.602 -35.974(db)

圓孔擴孔量 302.138(

μ

m) 302.112(

μ

m) 302.087(um) 302.112(

μ

m) 0.026 -49.603(db)

孔之真圓度 9.124(

μ

m) 9.183(

μ

m) 9.143(

μ

m) 9.150(

μ

m) 0.030 -19.228(db)

74

表 4-22 驗證實驗與預測數據對照表

預測值 均方根振幅 鑽腹磨秏 圓孔擴孔量 孔之真圓度

μ

預測值 -0.099(db) -36.698 (db) -50.158 (db) -15.416 (db)

μ

驗證值 2.058(db) -35.974 (db) -49.603 (db) -19.228 (db)

yˆ 預測值

0.803(

μm/

s²) 66.510(

μ

m) 314.331 (

μ

m) 9.513(

μ

m)

y 驗證值

0.789(

μm/

s²) 62.907 (

μ

m) 302.112 (

μ

m) 9.150(

μ

m)

改善率 3.70% 5.42% 5.29% 8.5%

75

第五章 結論與建議

5.1 結論

本文應用之微鑽削試驗機，並配合 L9(3⁴)直交表在設定各種不同的加工參數、迴 轉速、進給率、材料厚度，及微鑽針夾持長度等條件下，且利用頻譜分析儀、掃描式 的電子顯微鏡，擷取振動頻譜訊號圖及觀察微鑽針鑽腹磨耗量、孔之擴孔量的大小以 及孔的真圓度，並應用田口氏實驗法分析以得到最佳參數組合，經實驗結果驗證後，

可獲得其主要研究成果如下：

5.1.1.振幅均方根加速度最佳化製程參數組合為A1B2C1D2，在進給率為 0.25 μm/rev、主軸迴轉速 16000rpm、材料厚度 0.5mm，微鑚針夾持在長度 2mm 加工條件既 可獲得最小的振幅均方根加速值為 0.789(

μm/

s²)。實驗驗證在最佳化參數A1B2C1D2

測試下磨耗越小,振幅均方根之振幅量越小,實驗驗證進給率,對微鑽針鑽削INCONEL 718 材料磨潤性質參數中是具有最大之貢獻度及影響力.

5.1.2 微鑽針鑽腹磨耗量最佳化製程參數組合為A1B2C1D2 及在進給率為 0.25μ m/rev、主軸迴轉速 16000rpm、材料厚度 0.5mm，微鑚針夾持 2mm 長度加工條件即可 獲得最小的磨耗量 62.907(μm)。

5.1.3 試片的圓孔擴孔量最佳化製程參數組合為A2B2C1D1，在進給率為 0.5μm/rev、

主軸迴轉速 1600rpm、材料厚度 0.5mm，微鑚針夾持長度 0mm 加工條件即可獲得最佳的 擴孔量為 302.112(μm) 。

5.1.4.試片孔之真圓度最佳化製程參數組合為A2B2C1D1，在進給率為 0.5μm/rev、

主軸迴轉速 8000rpm、材料厚度 1mm，微鑚針夾持在 0mm 長度加工條件即可獲得最佳 的平均真圓度為 9.150(μm )。

5.1.5 透過田口實驗方法，由因子 S/N 比反應表及反應圖中得知最佳化參數組合，

對振幅均方根影響的程度由大到小為：進給率>轉速>鑽針夾持長度>材料厚度.

76

對鑽針鑽腹磨耗影響程度由大到小為進給率>鑽針夾持長度>轉速>材料厚度 . 對鑽孔擴孔量影響的程度由大到小為：材料厚度>轉速>進給率>鑽針夾持長度.

其對鑽孔真圓度影響的程度由大到小為轉速>進給率>材料厚度>鑽針夾持長度.

5.1.6 由田口法取得的最佳加工條件經實驗驗證,均方根振幅量降低 3.7 %,鑽腹磨耗 量降低 5.42% 、圓孔擴孔量 降低 5.29% 、圓孔真圓度降低 8.50%

5.2 建議

本文只探討鑽腹磨耗與振動關係，而微鑽針其它磨耗如靜點、鑽邊、鑽唇磨耗,尚 未討論故微鑽針於鑽削加工時的磨耗受損程度之順序可延續本文的研究方向

(1)對鑽頭磨耗順序影響的探討。

(2)擴孔量與鑽孔數之關係找出曲線方程式。

(3) 目前僅使用田口法分析,未來可利用回歸分析法尋求微鑽針於鑽削加 工時之經驗公式。

(4)目前振動振幅訊號僅擷取最大值，而振動訊號測量分為 Y 方向橫向量 測和 Z 方向軸向量測之訊號尚未區分，爾後可供後續研究之參考。

77

參考文獻

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在文檔中 微鑽針鑽削 Inconel 718振動與磨耗特性之研究 (頁 71-0)