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12.3 複合材料加工

複合材料是由不同特性材料組成的混合物,具有組成之個別材料所無法達成或同時兼有之特定功能和機械性質。

複合材料的應用很早就有,例如建材用的土磚即為人造之複合材料,而木材和竹子則是天然複合材料。

木材的成形加工是以利用手工具和木工工具機的切削加工為主。

1.手工具包括手鋸和鑿子。

2.木工工具機則有平鉋機、手壓鉋機、帶鋸機、圓鋸機、線鋸機、鑽床、木工車床和砂輪機等。

複合材料也可依強化材構造形式分為纖維複合材料、粒子複合材料和板狀複合材料等。

12.3.1 纖維複合材料加工

基材為聚合體或金屬材料為主,強化材的形式為連續性的長纖維或經切細的短纖維。

通常在纖維的表面先給予塗上膠水等浸漬處理做為保護。

此類型複合材料中最具代表性的是強化塑膠

不同的製造方法。

1.纏繞法:

q將連續性的長纖維束浸泡通過液態聚合物(塑膠材料)後,纏繞在靜止或旋轉的心軸上,聚合物儲槽可做左右移動,如圖12.2所示。

q經一層層纏繞到所需厚度後,再加熱使聚合物固化,形成強化塑膠。

q若將心軸移除,即可得到筒狀或球狀容器。若心軸是鋁或鈦合金製成的產品,則不必移除,強化塑膠可形成保護層,例如分機引擎導管、推進器等。

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2.薄片製法

q將連續性的長纖維束併排後加以表面處理,然後浸入聚合物儲槽中形成薄片或膠帶,用途有平板、波浪板,電氣絕緣材和飛機之結構件等。

q可將連續性的長纖維經切碎機切成短纖維,以聚合物包覆成薄膜,再經滾軋機壓成薄片,做為進一步成形加工用之原料。

3.模製法

q 將短纖維與聚合物基材及添加劑混合後,可利用塑膠加工之注射模製法、熱成形法、壓力模製法、移轉模壓製法等。

4.拉製法

q將連續性的長纖維預先浸過聚合物形成複合材料排列後,經預型模加工成初步形狀,再送入內含拉製模的加熱爐中,將聚合物固化後拉出模外。

q依長度需求予以切斷即為產品。可用於大量製造有一定截面的零件,例如高爾夫球桿、欄杆等。

5.拉伸成型法

q 將強化纖維拉浸過聚合物後,利用分離模夾緊,經硬化後成形的製造方法,產品有汽車板片彈簧等。

金屬基纖維複合材料的加工成形法有:

1.用傳統的鑄造法,或用加壓氣體強迫液態金屬進入由強化纖維做成的預形體,經固化成形。

2.金屬粉末與強化短纖維均勻混合後,利用粉末冶金的冷均壓成形法或熱均壓成形法製造零件。

3.共擠製 法即金屬材料之擠製法的應用,例如可用來將超導體細絲嵌在銅基材內,以免因磁流漂移而喪失其超導能力。

陶瓷基纖維複合材料的製造法有浸漬熱壓法,

1.維浸入含有陶瓷基材和黏結劑的泥漿槽中,在纖維外被覆一層泥漿,乾燥後排列堆積,然後再加熱加壓成形。

此外,可利用化學汽相蒸鍍法(CVD)製造。

12.3.2 粒子複合材料加工

粒子複合材料的基材可為聚合體、金屬或陶瓷材料,製造的方法有粉末冶金法和熔湯鑄造法兩類。

1.粉末冶金法

q將強化材粒子粉末與基材粉末均勻混合後,經壓製成形、燒結或化學反應鍵結而得到產品。

2.熔湯鑄造法

q又稱為複合鑄造,是指將固體粒子加入激烈攪拌後之熔融狀態的基材內,形成類似固相的熔湯,然後利用加壓方式將熔湯擠入模具內成形。

典型的產品有

Ø碳化鎢陶金刀具。

Ø開關和繼電器等電接觸材料。

Ø砂輪片包含提供硬度的磨料(Al2O3,SiC,CBN,鑽石等)。

12.3.3 板狀複合材料加工

板狀複合材料包含被覆層材、硬面材、覆面材(如銀幣、、熱交換器)、雙金屬(如斷電器、熱阻器)和積層材(如合板、安全玻璃、印刷電路板)等。

目的為增進美觀、耐磨、耐蝕、增加強度或降低成本、減輕重量,或提供特殊性質(例如不同熱膨脹係數的雙金屬)。

製造方法有滾軋鍵結、爆炸鍵結、共擠製法和硬銲法等,其加工方式和前面章節所敘述者相近。

蜂巢狀材料的生產方法

Ø利用滾軋加工製造薄片材料,並於適當間隔之距離上膠後堆疊,然後加熱使膠硬化而結合,再經切片及展鍛成為蜂巢狀結構。

Ø皺折加工利用一對特殊設計的滾輪將薄片材料軋成皺折狀,切取需要的長度,塗以黏結劑並經硬化後而得。

將蜂巢狀材料與上、下兩面板黏結後,可得到夾層結構體,應用於飛機機身等。

12.3.4 複合材料之切削加工

複合材料是由至少兩種不同特性的材料所組成之。

利用傳統切削方法加工會產生與金屬材料切削時不同的問題,其切削性不佳。例如對強化塑膠車削時不能使用切削液冷卻,故切削速度低。

鑽孔時易因纖維未被完全切斷而產生毛邊等。

可利用非傳統加工解決複合材料切削上的困擾,例如利用超音波振動協助切削複合材料可降低切削阻力。

利用電子束加工或雷射加工,可製造微小孔或深孔,及切削複雜形狀的工件。

磨粒噴射加工和水噴射加工也是複合材料成形切割的重要加工方法。

 

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12.2.6 壓力模製法

n壓力模製法是將一定量的顆粒狀或片狀塑膠原料放入加熱之模穴內,利用柱塞或上模加壓成形。

典型的產品有盤子、瓶蓋、容器、電子零件等。

三種塑膠原料都可利用此法加工製成產品。

12.2.7 移轉模壓製法

移轉模壓製法為壓力模製法的改良,應用於熱固性塑膠及彈性體的成形。

1.原料先置於裝填室內加熱至液態。

2.再以衝桿、柱塞或螺旋桿等,將之壓迫流經流道進入模穴,並保持壓力一段時間直到工件凝固成形。

此法生產週期較短、產品精度較佳,可製造複雜外形的產品。

12.2.8 鑄造法

鑄造法適用於熱塑性塑膠和熱固性塑膠的成形加工。

是指將液態原料澆入剛性或撓性的鑄模內,冷卻後即可得到各種形狀的產品,但其生產效率低。

12.2.9 彈性體加工

天然橡膠為一優良的彈性材料,可承受很大的彈性變形量,又是極佳的電絕緣體。

但其缺點是無法在高溫或長期在陽光下使用,因此人造彈性體被開發出來用以彌補天然橡膠的缺點。

人造彈性體之典型的產品有油管、O型環、油封、電絕緣體、管子、鞋子、內胎等。

彈性體材料可利用很多熱塑性塑膠的成形加工法來製造產品,或用於熱固性塑膠成形的移轉模壓製法。

12.2.10 快速成型

快速成型(RP)在新產品的開發和製造上有很重要的貢獻,可大量縮短原創性產品從設計到生產所需的前置時間及成本。

其原理是利用電腦輔助繪製三度空間之立體加工圖形,並直接對選用之塑膠或金屬材料製造成零件之實體模型。

已發展成熱的代表性快速成型法有立體石板印刷和選擇性雷射燒結兩種。

立體石板印刷是利用光化學聚合物(塑膠)硬化原理來製作零件之外形。

1.裝有受光感應可硬化之液態聚合物(例如丙烯酸)的大型槽內,平板處於最高的位置,且只有淺淺的液態聚合物薄層覆蓋在其上。

2.開始進行成形加工時,將紫外線雷射束沿著水平面依工件設計原形移動照射,促使被照射到的聚合物硬化成固態物體。

3.接著平板向下降低一小段距離使液態聚合物可再覆蓋於已硬化的固態聚合物上,然後,再根據圖形要求的樣式進行紫外線雷射照射,得到第二層的固態聚合物。

4.依此步驟重覆進行直到完成工件的立體模型。

利用伺服控制系統控制雷射束及平板的移動量,可製造各式各樣零件的聚合物實體模型。

選擇性雷射燒結是利用雷射束的熱能將粉末原料燒結成一體,未被雷射束照到者,仍為鬆散狀態,可經振動而與燒結體分開。

可使用的粉末原料包括金屬、陶瓷和聚合物。

1.在加工室下端裝設兩個圓筒,其中一個是進料圓筒會逐漸上升,並將粉末原料提供給另一個用做為零件製作之圓筒。

2.雷射束會照射在零件製作圓筒上,當粉末燒結成一體後,此圓筒會漸次下降。

利用電腦輔助繪製之立體加工圖形編製成的程式,引導雷射束照射在特定截面薄層上之路徑及區域。

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歡迎來到Bewise Inc.的世界,首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力,我們是提供專業刀具製造商,應對客戶高品質的刀具需求,我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求,我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質,這是現有相關技術無法比擬的,我們成功的滿足了各行各業的要求,包括:精密HSS DIN切削刀具協助客戶設計刀具流程DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計超高硬度的切削刀具醫療配件刀具設計複合式再研磨機PCD地板專用企口鑽石組合刀具粉末造粒成型機主機版專用頂級電桿PCD V-Cut捨棄式圓鋸片組粉末成型機主機版專用頂級電汽車業刀具設計電子產業鑽石刀具木工產業鑽石刀具銑刀與切斷複合再研磨機銑刀與鑽頭複合再研磨機銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計;從微細刀具到大型刀具;從小型生產到大型量產;全自動整合;我們的技術可提供您連續生產的效能,我們整體的服務及卓越的技術,恭迎您親自體驗!!

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12.2.1 擠製法

擠製法是將熱塑性(TP)塑膠顆粒或粉末裝置於漏斗中,然後送入擠製筒內。

擠製筒中的螺旋推進器將塑膠原料推經加熱區使變成熔融狀態,最後通過擠製模成形,再以空氣或水冷卻使產品固化。

此法適用於只造製要是外形有固定截面的產品,例如各種棒、管、槽、板、建材、電線等。

彈性體也可使用此法製造,但此法對熱固性塑膠則不適用。

擠製法可利用平面擠製模製造薄片與薄膜產品。

把擠製模的出口向上放置,並由下方吹氣迫使薄膜膨脹成氣球狀至所需之厚度,再經擠壓滾輪和捲繞機構,即可用以生產一般使用的塑膠袋。

注射模製法又稱為射出成形法,其原理與金屬材料成形加工之熱室壓鑄法相同。

1.將塑膠原料送入注射筒內加熱熔化,

2.再以往復式衝桿或旋轉式螺旋桿,壓迫熔融狀態的塑膠進入分裂模的模穴中,

3.保持壓力等到塑膠成形冷卻固化後,衝桿或螺旋桿才反向退回,產品則由頂出桿推出模穴。

12.2.2 注射模製法

此法可製造熱塑性塑膠、熱固性塑膠及彈性體材料。

可以生產各式各樣複雜外形與精密尺寸的產品,甚且是具有外螺紋的零件及齒輪等。

注射模製法的模具成本較貴,但加工效率很高,適用於大量生產。

此法與擠製法是熱塑性塑膠產品的兩大主要製造方法。

12.2.3 吹模製法

吹模製法只適用於熱塑性塑膠,其原理與首先利用擠製法將塑膠原料擠製成管狀後,置於模穴中。

1.再以壓縮空氣吹向塑膠管內,使之膨脹緊貼於模穴內壁上而成形,冷卻後即可得到薄壁之中空產品。

2.應用於玻璃材料者類似。

產品大多為容器、飲料瓶、波形管等。

12.2.4 旋轉模製法

旋轉模製法用於製作大型中空產品,例如水桶、垃圾桶、容器、足球、玩具等。

使用薄壁金屬製成的分裂式模具,並裝設兩個互相垂直的旋轉軸。

塑膠粉末置入模具內,模具同時進行加熱及旋轉。

塑膠粉末顆粒受翻滾作用而緊貼靠在模壁上,並因受熱熔解而被覆於其上,等工件冷卻後即可開模取出。

主要用於熱塑性塑膠為原料的產品。

12.2.5 熱成形製法

其原理與金屬薄板之拉伸加工相近似。

1.將熱塑性塑膠薄片加熱至軟化但仍未熔化的狀態。

2.然後置於模具上,藉由抽真空或吹氣、加壓等方式產生壓力差,迫使塑膠薄片與模具貼合而成形。

此法用於製造廣告招牌、食物托盤、包裝用品等。

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12.1.2 玻璃加工

玻璃之加工方法都是將玻璃原料熔成液態,然後控制溫度變化,在其黏滯流狀態下成形,經冷卻而得到所要的產品。

玻璃產品的形式有平面狀、長條狀、纖維狀和獨立個體等四大類型。

 

1.平面狀產品

平面狀的平板及薄片玻璃是自熔融狀態以抽拉、滾軋或漂浮法連續方式加工而得。

抽拉加工是將自熔融狀態正在進行凝固中之玻璃原料、拉經一對滾輪之間,因受擠壓作用而形成板片,然後沿著一組小滾輪送出。

滾軋加工則可在滾輪表面製作圖案,滾軋出表面有浮雕的玻璃板片。

漂浮法是將熔融之玻璃原料送入一熔融錫床上,再經退火爐固化成形,得到的平面狀玻璃表面光滑,不需進行研磨等完工處理。

2.長條狀產品

包括管材和棒狀,係將熔融玻璃原料沿一旋轉的心軸纏繞,再由一組滾軸抽拉出來。

心軸為中空圓筒或圓錐形狀,將空氣持續吹入心軸,用以防止未凝固的玻璃塌陷,;

若不吹空氣則可用來製造棒材。

3.纖維狀產品

連續性長玻璃纖維是自加熱之多孔白金板中將玻璃高速拉出,並施以塗層處理保護,此法可生產直徑2μm之玻璃纖維。

短玻璃纖維是將熔融的玻璃原料送入旋轉頭內,利用離心噴灑的方式製造。

4.獨立個體產品

屬於不連續性,各有其特別形狀的產品。

吹模製法:利用吹氣產生的壓力使軟化的玻璃緊貼到鑄模壁上而成形,用於製造中空薄壁產品,例如玻璃瓶、燒杯、燈泡等。

壓製法:將熔融玻璃原料置於鑄模內,以沖模壓製成形。

離心鑄造法和金屬材料所使用者類似,用於製造映像管等。

下垂法:將玻璃板片置於模具上方,加熱熔化後,因本身的重量而下垂,黏貼在模壁上成形。

增加玻璃的強度可進行下列三種方式之強化處理。

Ø熱回火:將玻璃加熱後,利用兩階段降溫使其表面產生壓縮殘留應力,可以增進其強度。

Ø化學回火:將玻璃熔融液中加熱,使離子交換作用,則較小的原子被較大的原子取代,產生壓縮殘留應力,增進其強度。

Ø層化玻璃:將一片高靭性塑膠薄片置入兩片平板玻璃之間,結合後形成強化作用,例如汽車的擋風玻璃。

玻璃產品的完工處理利用退火處理來消除其殘留應力,以及利用人工鑽石刀具或磨輪進行切割、鑚孔、研磨、拋光等來修整外形或增進其表面平滑度。

塑膠(又稱為高分子或聚合體) 比金屬的密度低、強度低、剛性低、延展性高、導電性低、熱傳導性低、熱膨脹係數高和化學阻抗高等。

塑膠本身的重量輕、強度對重量的比值高、具透明的特性、多顏色的選擇、價格低廉、易於加工製造、複雜設計。

12.2 塑膠加工

典型的應用產業包括汽車、飛機、電子、運動器材、辦公室設備及民生用品等。

塑膠可分為熱塑性、熱固性和彈性體。

塑膠是以顆粒或粉末狀態提供給製造商做為成形加工之原料。常見之不同種類塑膠的成形加工法如圖12.1所示。

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(1)精密HSSエンドミルのR&D

(2)Carbide Cutting tools設計

(3)鎢鋼エンドミル設計

(4)航空エンドミル設計

(5)超高硬度エンドミル

(6)ダイヤモンドエンドミル

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弊社の製品の供給調達機能は:

(1)生活産業~ハイテク工業までのエンドミル設計

(2)ミクロエンドミル~大型エンドミル供給

(3)小Lot生産~大量発注対応供給

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弊社の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。

Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для получения большей информации.

BWis specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web  www.tool-tool.com  for more info.

 

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目錄

12.1 陶瓷材料

12.2 塑膠加工

12.3 複合材料加工

簡介

科技的進步發展出之新產品中有些特殊的功能或性質是金屬材料所不易或根本無法達成的。

例如高溫強度、高硬度、高耐磨耗、高耐腐蝕性、輕量化、高重量對強度比、低導電性、低電阻抗、兼具高強度及韌性等。

有許多非金屬材料和針對特定需求而研發出來的新材料,並取代部份金屬材料的地位。

常見的工程用非金屬材料有陶瓷與玻璃、塑膠和複合材料。

簡介(續)

陶瓷是由金屬和非金屬元素以結晶構造所組成,原子間鍵結方式包含共價鍵和離子鍵。

玻璃的組成元素和陶瓷類似,但不具結晶組織。

塑膠是由許多單體聚集所形成之聚合體,結合的力量包含共價鍵和凡得瓦力(次鍵結)。

複合材料則是結合兩種或兩種以上不能相互固溶的物質所形成之非均質體材料。

由此可知,對非金屬材料加工的機制將與應用於金屬材料者,會有鉅大的差異。

12.1 陶瓷材料

陶瓷(Ceramic)可分為傳統陶磁和工程陶瓷。

傳統陶瓷的應用歷史很悠久,典型的產品有陶器、瓷器、磚頭、地磚、下水道水管、砂輪等。

工程陶瓷則常被用於製造汽車、航太、渦輪機、熱交換器、半導體、密封環、噴嘴、切削刀具等。

陶瓷比金屬的高溫強度和高溫硬度高、彈性係數大、脆性高、靭性低、密度低、熱膨脹係數低、熱傳導性低和導電性低等。

陶瓷的導電性可從近乎絕緣到非常優良,故可利用此特性製成半導體。

12.1 陶瓷材料(續)

玻璃被歸類為一種過冷液體,並不具結晶組織,無明確的熔點或凝固點的材料。

玻璃具有多變的光學特性、耐化學腐蝕性、相對高強度等,被應用於窗戶、烹飪器具和光纖等。

玻璃陶瓷是高度結晶成分所組成的玻璃,製作過程是以玻璃狀態加工成形後,經熱處理產生再結晶作用而得。

玻璃陶瓷顏色大都為白色或灰色而不再是透明狀態。

具有比一般玻璃更好的性質,如良好的熱衝擊抵抗能力,極低的熱膨脹係數,和優良的強度特性。

應用於烹飪器具、渦輪引擎、電器和電子零件等。

12.1.1 陶瓷加工

陶瓷的組織構造及機械性質與金屬差異很大,故無法使用傳統加工的鍛造、切削、銲接等方法製造成形。

陶瓷產品的生產方式和粉末冶金產品相類似,通常是包括將原料研磨成微細顆粒,加入添加劑後,進行混合、成形、乾燥、燒結和完工處理等步驟。

陶瓷加工的第一步是將陶瓷原料軋碎或研磨成微細的顆粒,可分為濕式或乾式兩種,使用的設備有球磨機、滾輪或粉碎機。

得到的顆粒需再經粒度分類、過濾及清洗等處理步驟。視產品的特性及加工製程的要求,加入合適的添加劑。

陶瓷顆粒成形的基本方法有三種,即鑄造法、塑性成形法和壓製法。

12.1.1 陶瓷加工(續)

鑄造法

Ø最常見的是滑泥鑄造,通常用水做為溶劑,加入陶瓷顆粒形成泥漿狀溶液。

Ø成形時將溶液倒入多孔性的石膏鑄模中。當部份水分被吸收後把鑄模翻轉倒出剩餘的泥漿溶液,即可製作出中空的物品,如同瀝鑄法。

Ø此法生產效率低、尺寸控制不易精確、但鑄模及設備成本較低,用於生產大型且外形複雜的零件,例如水管、藝術品、坩堝等。

12.1.1 陶瓷加工(續)

塑性成形法

Ø利用擠製、注射模等方法,將黏土狀陶瓷與添加劑混合,施加壓力使通過模具或進入模穴中。

Ø此法生產效率不高,但工具成本較低。

12.1.1 陶瓷加工(續)

壓製法

Ø與粉末冶金之金屬粉末成形方式相同,將顆粒狀的陶瓷原料和黏結劑加壓成形。

Ø包括乾式壓製法、濕式壓製法、注射模製法、冷均壓法(CIP)、熱均壓法(HIP)等。

Ø陶瓷材料在成形加工後,接下來的步驟是乾燥及燒結。

Ø乾燥的目的在降低零件因濕度可能造成的翹曲變形和破裂趨勢。

Ø燒結是在控制的環境下,將成形零件加熱到某一較高溫度,使顆粒間產生較強的結合力,並減少空孔,可增進零件的強度及硬度。

12.1.1 陶瓷加工(續)

Ø零件經燒結後為了改善其表面之瑕疵,增進平滑度,得到準確的尺寸或製作特殊的外形,常需進行完工處理。

Ø由於陶瓷材料的脆性較大,且具有缺口敏感性,故加工時需特別注意。

Ø常用的加工方法有研磨、拋光、放電加工、超音波加工、雷射加工、滾筒加工和利用鑽石砂輪之切削等。

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碧威-航太1-a5dm

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一、鐵合金

        鐵合金(Ferrous alloys)係以鐵為主要成分的合金材料,其產量比任何其它金屬多,且常作為工程結構用材料。它們能廣泛的被使用,可由三個因素來解釋:(1)含鐵之化 合物在地殼內蘊藏豐富;(2)鐵和鋼合金的提煉、精煉、以及製造技術十分成熟;(3)鐵合金之機械性質優異。

(一)鋼(Steels)

        鋼即是鐵-碳合金,除了含有碳元素外,亦可進一步包含微量其它合金元素。較常見鋼鐵分類係根據碳濃度的高低分別區分為低碳、中碳和高碳型式。平碳鋼 (plain carbon steel)除了碳和少量錳外只含殘留濃度的不純物。對合金鋼(alloy steel)而言,不同功效的合金元素將以不同濃度加入鋼中,以改善剛的各項性能。

Ⅰ、低碳鋼

所有鋼種中,最大產量係落在低碳這一類的範圍內。其含碳量通常少於0.25wt%,因此對於形成麻田散鐵的熱處理是無反應的,其鋼才的強化主要是靠冷加工來完成。其顯微結構包括肥粒鐵和波來鐵。

        低碳鋼的另一群是高強度低合金鋼(HSLA)。它們包含其它合金元素諸如銅、釩、鈦、鈮、鈷和硼等元素,添加濃度有通常小於5﹪wt,甚至更低。強化機構 是藉高溫熱加工時產生析出物,因此具有析出硬化及晶粒細化等功效,故其強化比低碳平碳鋼強度高。在一般大氣中,HSLA鋼比平碳鋼具有更佳耐蝕性,在結構 強度重要的很多應用中,它們已經代替了平碳鋼。

Ⅱ、中碳鋼

中碳鋼其碳濃度約介於0.25wt﹪至0.60wt%之 間,。這些鋼材可藉著沃斯田鐵化,淬火然後回火等熱處理改善機械其性質。它們最常以回火狀態使用,其顯微結構是回火麻田散鐵。代表性的鋼材為添加鉻、鎳、 鉬等元素的合金鋼,鉻、鎳和鉬的添加可改善這些合金熱處理的能力,使其可獲得強度及延展性極佳的組合。這些熱處理合金鋼比低碳鋼強度高,但會犧牲延展性和 韌性。此類鋼材應用包括鐵路車輪、軌道、齒輪、曲柄軸和其它切削零件以及要求高強度、耐磨耗和高韌性的結構零件上。

Ⅲ、高碳鐵

高 碳鋼通常具有碳含量介於0.6wt﹪至1.4wt%之間的鋼材,是碳鋼中最硬最強,而延展性最低者,其中工具模具鋼為代表。它們幾乎總是以硬化和回火狀況 使用,如此特別是在耐磨耗的工件上使用,通常含有鉻、釩、鎢和鉬合金。這些合金元素易與碳結合形成很硬和耐磨耗碳化物之化合物(如Cr23C6,V4C3 , Mo2C和WC等)。

Ⅳ、不銹鋼

不 銹鋼(stainless steels)具有良好的抗蝕性(生銹),尤其是在大氣中。主要添加的合金元素是鉻,其濃度至少需11wt%鉻以上,此外藉著添加鎳、鉬或銅可強化抗蝕 性。不銹鋼依據顯微結構主要可分成三類,包括麻田散鐵型、肥粒鐵和沃斯田鐵型。麻田散鐵型不銹鋼能藉熱處理使其內部產生麻田散鐵,因此具較高的機械強度。 沃斯田鐵型和肥粒鐵型不銹鋼只能藉著冷加工來硬化和強化材質,因為它們是無法熱處理的。沃斯田鐵型不銹鐵因為高鉻含量和鎳的添加,其耐蝕性最好;而其產量 也是最大的。

(二)鑄鐵

通常鑄鐵(cast iron)是鐵合金的加上高達3.0 wt﹪至4.5wt%之碳,而稱之,其與碳鋼一般,均可再添加其他合金元素,已進一步強化鑄鐵的各項機械性能。對大部份鑄鐵而言,碳係以石墨形式存在。最常見鑄鐵包括灰鑄鐵、球墨鑄鐵、白鑄鐵和展性鑄鐵等。

Ⅰ、灰鑄鐵(Gray Iron)

灰 鑄鐵(gray cast iron)中碳與矽含量分別介於2.5wt﹪和4.0wt%之間以及1.0wt﹪和3.0wt%之間。對大部份灰鑄鐵而言,石墨是以片狀形式存在於基地 內,典型灰鑄鐵顯微組織片狀石墨,其破裂表面出現灰色狀,因而稱之為灰鑄鐵,其在工業上的用量極大。

Ⅱ、延性(或球墨)鑄鐵

在 鑄造之前加入少量鎂和鑲,或鎂或鑲到灰鑄鐵中會產生不一樣顯微結構及機械性質。石墨仍然形成,但是以球狀顆粒代替原先的片狀。此結果的合金稱球墨或延性鑄 鐵。此種鑄件比灰鑄鐵更強並且更有延性,其機械性質的比較如表12.5所示。此類材料典型應用包括閥、泵體、曲柄虹、齒輪,以及其它自動如切削零件。

Ⅲ、白鑄鐵和展性鑄鐵

對低矽(含量少於1.0wt%矽)和快冷卻速率的鑄鐵而言,大部份碳是以雪明碳鐵代替石墨方式存在,此類合金的破壞表面呈白色外觀,因此被稱為白鑄鐵(White cast iron)。

        將白鑄鐵於800到900℃(1470到1650℉)之間在中性氣體(避免氧化)長時間加熱將造成雪明碳鐵分解,形成石墨,石墨係以聚集或薔薇形式存在而 被肥粒鐵或波來鐵基地包圍,形成肥粒鐵展性鑄鐵。代表性應用包括聯結桿、傳動齒輪、閥零件、輪船及其它重機使用上。

 

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合金分成鐵合金與非鐵合金
一、鐵合金
鐵 合金(Ferrous alloys)係以鐵為主要成分的合金材料,其產量比任何其它金屬多,且常作為工程結構用材料。它們能廣泛的被使用,可由三個因素來解釋:(1)含鐵之化 合物在地殼內蘊藏豐富;(2)鐵和鋼合金的提煉、精煉、以及製造技術十分成熟;(3)鐵合金之機械性質優異。
(一)鋼(Steels)
鋼 即是鐵-碳合金,除了含有碳元素外,亦可進一步包含微量其它合金元素。較常見鋼鐵分類係根據碳濃度的高低分別區分為低碳、中碳和高碳型式。平碳鋼 (plain carbon steel)除了碳和少量錳外只含殘留濃度的不純物。對合金鋼(alloy steel)而言,不同功效的合金元素將以不同濃度加入鋼中,以改善剛的各項性能。
Ⅰ、低碳鋼
所有鋼種中,最大產量係落在低碳這一類的範圍內。其含碳量通常少於0.25wt%,因此對於形成麻田散鐵的熱處理是無反應的,其鋼才的強化主要是靠冷加工來完成。其顯微結構包括肥粒鐵和波來鐵。
低 碳鋼的另一群是高強度低合金鋼(HSLA)。它們包含其它合金元素諸如銅、釩、鈦、鈮、鈷和硼等元素,添加濃度有通常小於5﹪wt,甚至更低。強化機構是 藉高溫熱加工時產生析出物,因此具有析出硬化及晶粒細化等功效,故其強化比低碳平碳鋼強度高。在一般大氣中,HSLA鋼比平碳鋼具有更佳耐蝕性,在結構強 度重要的很多應用中,它們已經代替了平碳鋼。
Ⅱ、中碳鋼
中碳鋼其碳濃度約介於0.25wt﹪至0.60wt%之間,。這些鋼材可藉著沃斯 田鐵化,淬火然後回火等熱處理改善機械其性質。它們最常以回火狀態使用,其顯微結構是回火麻田散鐵。代表性的鋼材為添加鉻、鎳、鉬等元素的合金鋼,鉻、鎳 和鉬的添加可改善這些合金熱處理的能力,使其可獲得強度及延展性極佳的組合。這些熱處理合金鋼比低碳鋼強度高,但會犧牲延展性和韌性。此類鋼材應用包括鐵 路車輪、軌道、齒輪、曲柄軸和其它切削零件以及要求高強度、耐磨耗和高韌性的結構零件上。
Ⅲ、高碳鐵
高碳鋼通常具有碳含量介於 0.6wt﹪至1.4wt%之間的鋼材,是碳鋼中最硬最強,而延展性最低者,其中工具模具鋼為代表。它們幾乎總是以硬化和回火狀況使用,如此特別是在耐磨 耗的工件上使用,通常含有鉻、釩、鎢和鉬合金。這些合金元素易與碳結合形成很硬和耐磨耗碳化物之化合物(如Cr23C6,V4C3 , Mo2C和WC等)。
Ⅳ、不銹鋼
不銹鋼(stainless steels)具有良好的抗蝕性(生銹),尤其是在大氣中。主要添加的合金元素是鉻,其濃度至少需11wt%鉻以上,此外藉著添加鎳、鉬或銅可強化抗蝕 性。不銹鋼依據顯微結構主要可分成三類,包括麻田散鐵型、肥粒鐵和沃斯田鐵型。麻田散鐵型不銹鋼能藉熱處理使其內部產生麻田散鐵,因此具較高的機械強度。 沃斯田鐵型和肥粒鐵型不銹鋼只能藉著冷加工來硬化和強化材質,因為它們是無法熱處理的。沃斯田鐵型不銹鐵因為高鉻含量和鎳的添加,其耐蝕性最好;而其產量 也是最大的。
(二)鑄鐵
通常鑄鐵(cast iron)是鐵合金的加上高達3.0 wt﹪至4.5wt%之碳,而稱之,其與碳鋼一般,均可再添加其他合金元素,已進一步強化鑄鐵的各項機械性能。對大部份鑄鐵而言,碳係以石墨形式存在。最常見鑄鐵包括灰鑄鐵、球墨鑄鐵、白鑄鐵和展性鑄鐵等。
Ⅰ、灰鑄鐵(Gray Iron)
灰 鑄鐵(gray cast iron)中碳與矽含量分別介於2.5wt﹪和4.0wt%之間以及1.0wt﹪和3.0wt%之間。對大部份灰鑄鐵而言,石墨是以片狀形式存在於基地 內,典型灰鑄鐵顯微組織片狀石墨,其破裂表面出現灰色狀,因而稱之為灰鑄鐵,其在工業上的用量極大。
Ⅱ、延性(或球墨)鑄鐵
在鑄造之前加 入少量鎂和鑲,或鎂或鑲到灰鑄鐵中會產生不一樣顯微結構及機械性質。石墨仍然形成,但是以球狀顆粒代替原先的片狀。此結果的合金稱球墨或延性鑄鐵。此種鑄 件比灰鑄鐵更強並且更有延性,其機械性質的比較如表12.5所示。此類材料典型應用包括閥、泵體、曲柄虹、齒輪,以及其它自動如切削零件。
Ⅲ、白鑄鐵和展性鑄鐵
對低矽(含量少於1.0wt%矽)和快冷卻速率的鑄鐵而言,大部份碳是以雪明碳鐵代替石墨方式存在,此類合金的破壞表面呈白色外觀,因此被稱為白鑄鐵(White cast iron)。
將白鑄鐵於800到900℃(1470到1650℉)之間在中性氣體(避免氧化)長時間加熱將造成雪明碳鐵分解,形成石墨,石墨係以聚集或薔薇形式存在而被肥粒鐵或波來鐵基地包圍,形成肥粒鐵展性鑄鐵。代表性應用包括聯結桿、傳動齒輪、閥零件、輪船及其它重機使用上。

最補充非鐵合金的資料,詳細內容網站內有,因為太多了,所以只選取摘要。
二、非鐵合金
1.銅及其合金
2.鋁及其合金
3.鎂及其合金
4.鈦及其合金
5.耐高溫金屬
6.超合金
7.貴重金屬

 

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BW正面-960119

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退火得到的是肥粒鐵加波來鐵
淬火得到的是什麼相ㄋ?
阿碳含量不一樣像會不一樣嗎?
我是做S45C、S65C、SCM440
可以跟我說一下這3種材料經過淬火後得到的相是什麼嗎?
我找書找了很久只知道會得到麻田散鐵和殘留沃斯田鐵
這會應為碳含量不一樣有所改變嗎?
還有回火的部分阿 書上面是寫說 淬火的產物會變成雪明碳鐵 然後基地是肥粒鐵可是要變成肥粒鐵是在500-600度左右,但是我們的回火溫度是在350度,這會觀察到什麼相,請各位大大救救我吧。

最佳解答

找 一下工程材料裡面熱處理的部分,你可以看到CCT曲線,一般淬火主要有油淬和水淬,水淬的話多半得到的相為麻田散鐵相,油淬就得看淬冷的效率而定,一般多 為混和的複雜淬冷組織(麻田散鐵+上下變韌鐵+少量肥粒鐵或波來鐵)。如果不是那麼計較的話,多半淬火組織是認為是麻田散鐵組織。

如同 你說的,碳含量不一樣,相就不太一樣。麻田散鐵形成的多或少是與碳含量有很大的關係,碳含量低的,不易淬出麻田散鐵,高碳量的較容易,但過高的含碳量的碳 鋼(過共析鋼),反而也是不好的,因為容易淬火形成富碳的沃斯田鐵殘留到室溫下。不過一般熱處理進行多半是先看碳含量,再來就看一些能增加硬化能的合金元 素含量來判斷材料是否有好的熱處理性質。

你說的這三種材料含碳量不低,淬火的結果麻田散鐵是絕對有的。殘留沃斯田鐵就得看你的MS或M90的溫度有多高。這個需要 去看CCT曲線先做個判斷。主要差別還是承上所說的,含碳量及其他合金含量。

假設淬火後為全麻田散鐵相。那在淬火之後,碳及其他合金是完全固溶在基地之中。而麻田散鐵相變化指的是沒有溶質擴散的相變化。所以淬火之後,你看不到什麼相,甚至要看到整個是麻田散鐵的試片也幾乎沒辦法。除非施以回火, 讓一些碳做擴散,這樣子才有辦法觀察出組織。麻田散鐵回火之後稱之為回火麻田散鐵(這還有所謂的麻淬火、麻回火及業界常用的淬火回火等等)。回火麻田散鐵 因為回火溫度不高,所以讓碳的擴散只能短距離擴散,因此會觀察到小顆粒狀的雪明碳鐵(大小約1μm或略大一些)散佈在肥粒鐵相上面,整個的組織稱之為回火 麻田散鐵。你會想說怎麼回火溫度不高,但基地卻是肥粒鐵是吧,這邊的話就要想到說淬火後的材料算是過飽和的材料,回火之後會讓過飽和而不安定的相偏向於安 定的相。如果以鐵碳平衡圖來說明的話,溫度恒溫時間長時,可以把雪明碳鐵分解為石墨。同理,在這邊淬火組織是不安定的,短時間、低溫的回火可以讓碳做短距 離擴散,讓材料趨於安定的相,因此會擴散為小顆粒雪明碳鐵和肥粒鐵組織。而如果說你的溫度再持續下去,這小顆粒雪明碳鐵就會再擴散或是球狀化,也就是人家 說的球化處理。如果還是再持續下去, 這球化後的雪明碳鐵會再分解為碳與鐵,而游離碳會棸集形成石墨(這邊可以參考所謂的可鍛鑄鐵的由來)

回火350度,大概30~120分,應該可以看到回火麻田散鐵組織,就承上所謂,細小顆粒狀的雪明碳鐵散佈在肥粒鐵之上。不過因為 雪明碳鐵超多且細,用光學顯微鏡觀 察,你只會看到黑黑一片。感覺不出有什麼東西(不過用Nital腐蝕時你會發現比麻田散鐵要容易腐蝕得多,因為Nital吃肥粒鐵)。需要用SEM來觀 察,通常需放大到2000倍以上才 真正看得出回火麻田散鐵組織形貌。這邊看能不能先跟別人要一下回火麻田散鐵SEM的照片(如果有需要你再用知識家寫信給我,記得給我你的mail,我寄一張給你參考)

參考看看

 

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1)淬火常見問題與解決技巧

Ms點隨C%的增加而降低

淬火時,過冷沃斯田體開始變態為麻田散體的溫度稱之為Ms點,變態完成之溫度稱之為Mf點。%C含量愈高,Ms點溫度愈降低。0.4%C碳鋼的Ms溫度約為350℃左右,而0.8%C碳鋼就降低至約200℃左右。

※淬火液可添加適當的添加劑

(1)水中加入食鹽可使冷卻速率加倍:鹽水淬火之冷卻速率快,且不會有淬裂及淬火不均勻之現象,可稱是最理想之淬硬用冷卻劑。食鹽的添加比例以重量百分比10%為宜。

(2)水中有雜質比純水更適合當淬火液:水中加入固體微粒,有助於工件表面之洗淨作用,破壞蒸氣膜作用,使得冷卻速度增加,可防止淬火斑點的發生。因此淬火處理,不用純水而用混合水之淬火技術是很重要的觀念。

(3)聚合物可與水調配成水溶性淬火液:聚合物淬火液可依加水程度調配出由水到油之冷卻速率之淬火液,甚為方便,且又無火災、污染及其他公害之虞,頗具前瞻性。

(4)乾冰加乙醇可用於深冷處理容液:將乾冰加入乙醇中可產生-76℃之均勻溫度,是很實用的低溫冷卻液。

※硬度與淬火速度之關聯性

只 要改變鋼材淬火冷卻速率,就會獲得不同的硬度值,主要原因是鋼材內部生成的組織不同。當冷卻速度較慢時而經過鋼材的Ps曲線,此時沃斯田體變態溫度較高, 沃斯田體會生成波來體,變態開始點為Ps點,變態終結點為Pf點,波來體的硬度較小。若冷卻速度加快,冷卻曲線不會切過Ps曲線時,則沃斯田體會變態成硬 度較高的麻田散體。麻田散體的硬度與固溶的碳含量有關,因此麻田散體的硬度會隨著%C含量之增加而變大,但超過0.77%C後,麻田散體內的碳固溶量已無 明顯增加,其硬度變化亦趨於緩和。

※淬火與回火冷卻方法之區別

淬火常見的冷卻方式有三種,分別是: (1)連續冷卻;(2)恆溫冷卻及(3)階段冷卻。為求淬火過程降低淬裂的發生,臨界區域溫度以上,可使用高於臨界冷卻速率的急速冷卻為宜;進入危險區域 時,使用緩慢冷卻是極為重要的關鍵技術。因此,此類冷卻方式施行時,使用階段冷卻或恆溫冷卻(麻回火)是最適宜的。

回火處理常見的冷卻方式包括急冷和徐冷兩種冷卻方法,其中合金鋼一般使用急冷;工具鋼則以徐冷方式為宜。工具鋼自回火溫度急冷時,因殘留沃斯田體變態的緣故而易產生裂痕,稱之為回火裂痕;相同的,合金鋼若採用徐冷的冷卻方式,易導致回火脆性。

※淬火後,殘留沃斯田體的所扮演的角色

淬 火後的工件內常存在麻田散體與殘留沃斯田體,在常溫放置一段長久時間易引起裂痕的發生,此乃因殘留沃斯田體產生變態、引起膨脹所導致,此現象尤其再冬天寒 冷的氣候下最容易產生。此外,殘留沃斯田體另一個大缺點為硬度太低,使得工具的切削性劣化。可使用深冷處理促使麻田散體變態生成,讓殘留沃斯田體即使進一 步冷卻也無法再產生變態;或以外力加工的方式,使不安定的殘留沃斯田體變態成麻田散體,降低殘留沃斯田體對鋼材特性之影響。

※淬火處理後硬度不足的原因

淬 火的目的在使鋼材表面獲得滿意的硬度,若硬度值不理想,則可能是下列因素所造成:(1)淬火溫度或沃斯田體化溫度不夠;(2)可能是冷卻速率不足所致; (3)工件表面若熱處理前就發生脫碳現象,則工件表面硬化的效果就會大打折扣;(4)工件表面有銹皮或黑皮時,該處的硬度就會明顯不足,因此宜先使用珠擊 法將工件表面清除乾淨後,再施以淬火處理。

 

※淬裂發生的原因

會影響淬 裂的主要原因包括:工件的大小與形狀、碳含量高低、冷卻方式及前處理方法等。鋼鐵熱處理會產生淬裂,導因於淬火過程會產生變態應力,而這個變態應力與麻田 散體變態的過程有關,通常鋼材並非一開始產生麻田散體變態即發生破裂,而是在麻田散體變態進行約50%時(此時溫度約150℃左右),亦即淬火即將結束前 發生。因此淬火過程,在高溫時要急速冷卻,而低溫時要緩慢冷卻,若能掌握『先快後緩』的關鍵,可將淬火裂痕的情況降至最低。

※過熱容易產生淬火裂痕

加 熱超過是當的淬火溫度100℃以上,稱之為過熱。過熱時,沃斯田體之結晶顆粒變得粗大化,導致淬火後生成粗大的麻田散體而脆化,易使針狀麻田散體之主幹出 現橫裂痕(此稱為麻田散體裂痕),此裂痕極易發展成淬火裂痕。因此,當您的工件在沃斯田體化溫度時產生過熱現象時,後續的淬火、冷卻均無法阻止淬裂的產 生,故有人把『過熱』稱為發生淬火裂痕的元兇。

※淬火前的組織會影響淬火裂痕?

淬火前的組織當然會影 響淬火的成敗。最正常的前組織應該是正常化組織或退火組織(波來體結構),若淬火前組織為過熱組織、球狀化組織均會有不同的結果。過熱組織易產生淬火裂 痕,球狀化組織則可以均勻淬硬而避免淬裂及淬彎,因此工具鋼或高碳鋼在淬火前,可施行球狀化處理已是淬火重要技術之一。此時可施以球狀化退火或調質球狀化 處理以獲得球狀碳化物。碳化物若以網狀組織存在,則容易由該處發生淬火裂痕。

※淬火零件因常溫放置引起之瑕疵

淬 火後的零件,若長時間放置在室溫,可能發生擱置裂痕及擱置變形兩種缺陷。擱置裂痕又稱為時效裂痕,尤其在冬天寒冷的夜晚,隨溫度之下降導致殘留沃斯田體變 態為麻田散體,使裂痕因此而產生,又稱之為夜泣裂痕。擱置變形又稱之為時效變形,乃淬火工件放置於室溫引起尺寸形狀變化之現象,大多導因於回火處理不完全 所致。為防止擱置變形,需讓鋼材組織安定化,因此首先要消除不安定之殘留沃斯田體(實施深冷處理)。接著實施200℃~250℃的回火處理使麻田散體安定 化。


2)回火常見問題與解決技巧

100℃熱水回火之優點

低 溫回火常使用180℃至200℃左右來回火,使用油煮回火。其實若使用100℃的熱水來進行回火,會有許多優點,包括:(1)100℃的回火可以減少磨裂 的發生;(2)100℃回火可使工件硬度稍增,改善耐磨性;(3)100℃的熱水回火可降低急速加熱所產生裂痕的機會;(4)進行深冷處理時,降低工件發 生深冷裂痕的機率,對殘留沃斯田體有緩衝作用,增加材料強韌性;(5)工件表面不會產生油焦,表面硬度稍低,適合磨床研磨加工,亦不會產生油煮過熱乾燒之 現象。

※二次硬化之高溫回火處理

對於工具鋼而言,殘留應力與殘留沃斯田體均對鋼材有著不良的影響,浴 消除之就要進行高溫回火處理或低溫回火。高溫回火處理會有二次硬化現象,以SKD11而言,530℃回火所得鋼材硬度較200℃低溫回火稍低,但耐熱性 佳,不會產生時效變形,且能改善鋼材耐熱性,更可防止放電加工之加工變形,益處甚多。

※在300℃左右進行回火處理,為何會產生脆化現象?

部分鋼材在約270℃至300℃左右進行回火處理時,會因殘留沃斯田體的分解,而在結晶粒邊界上析出碳化物,導致回火脆性。二次硬化工具鋼當加熱至500℃~600℃之間時才會引起分解,在300℃並不會引起殘留沃斯田體的分解,故無300℃脆化的現象產生。

※回火產生之回火裂痕

以 淬火之鋼鐵材料經回火處理時,因急冷、急熱或組織變化之故而產生之裂痕,稱之為回火裂痕。常見之高速鋼、SKD11模具鋼等回火硬化鋼在高溫回火後急冷也 會產生。此類鋼材在第一次淬火時產生第一次麻田散體變態,回火時因淬火產生第二次麻田散體變態(殘留沃斯田體變態成麻田散體),而產生裂痕。因此要防止回 火裂痕,最好是自回火溫度作徐徐冷卻,同時淬火再回火的作業中,亦應避免提早提出回火再急冷的熱處理方式。

※回火產生之回火脆性

可 分為300℃脆性及回火徐冷脆性兩種。所謂300℃脆性係指部分鋼材在約270℃至300℃左右進行回火處理時,會因殘留沃斯田體的分解,而在結晶粒邊界 上析出碳化物,導致回火脆性。所謂回火徐冷脆性係指自回火溫度(500℃~600℃)徐冷時出現之脆性,Ni-Cr鋼頗為顯著。回火徐冷脆性,可自回火溫 度急冷加以防止,根據多種實驗結果顯示,機械構造用合金鋼材,自回火溫度施行空冷,以10℃/min以上的冷卻速率,就不會產生回火徐冷脆性。

※高週波淬火常見之問題

高 週波淬火處理常見的缺陷有淬火裂痕、軟點及剝離三項。高週波淬火最忌諱加熱不均勻而產生局部區域的過熱現象,諸如工件銳角部位、鍵槽部位、孔之周圍等均十 分容易引起過熱,而導致淬火裂痕的發生,上述情形可藉由填充銅片加以降低淬火裂痕發生的可能性。另外高週波淬火工件在淬火過程不均勻,會引起工件表面硬度 低的缺點,稱之為軟點,此現象係由於高週波淬火溫度不均勻、噴水孔阻塞或孔的大小與數目不當所致。第三種會產生的缺失是表面剝離現象,主要原因為截面的硬 度變化量大或硬化層太淺,因此常用預熱的方式來加深硬化層,可有效防止剝離現象。

※不銹鋼為何不能在500℃至650℃間進行回火處理?

大 部分的不銹鋼在固溶化處理後,若在475℃至500℃之間長時間持溫時,會產生硬度加大、脆性亦大增的現象,此稱之為475℃脆化,主要原因有多種說法, 包括相分解、晶界上有含鉻碳化物的析出及Fe-Cr化合物形成等,使得常溫韌性大減,且耐蝕性亦甚差,一般不銹鋼的熱處理應避免常時間持溫在這個溫度範 圍。另外在600℃至700℃之間長時間持溫,會產生s相的析出,此s相是Fe-Cr金屬間化合物,不但質地硬且脆,還會將鋼材內部的鉻元素大量耗盡,使 不銹鋼的耐蝕性與韌性均降低。

※為何會產生回火變形?

會產生回火變形的主要原因為回火淬火之際產生的 殘留硬力或組織變化導致,亦即因回火使張應力消除而收縮、壓應力的消除而膨脹,包括回火初期析出e碳化物會有若干收縮、雪明碳鐵凝聚過程會大量收縮、殘留 沃斯田鐵變態成麻田散鐵會膨脹、殘留沃斯田鐵變態成變韌鐵會膨脹等,導致回火後工件的變形。防止的方法包括:(1)實施加壓回火處理;(2)利用熱浴或空 氣淬火等減少殘留應力;(3)用機械加工方式矯正及(4)預留變形量等方式。

※回火淬性的種類

(1)270℃~350℃脆化:又稱為低溫回火淬性,大多發生在碳鋼及低合金鋼。

(2)400℃~550℃脆化:通常構造用合金鋼再此溫度範圍易產生脆化現象。

(3)475℃脆化:特別指Cr含量超過13%的肥粒鐵系不銹鋼,在400℃至550℃間施以回火處理時,產生硬度增加而脆化的現象,在475℃左右特別顯著。

(4)500℃~570℃脆化:常見於加工工具鋼、高速鋼等材料,在此溫度會析出碳化物,造成二次硬化,但也會導致脆性的提高。


3)退火常見問題與解決技巧

※工件如何獲得性能優異之微細波來體結構?

退 火處理會使鋼材變軟,淬火處理會使鋼材變硬,相比較之下,如施以『正常化』處理,則可獲得層狀波來鐵組織,可有效改善鋼材的切削性及耐磨性,同時又兼具不 會產生裂痕、變形量少與操作方便等優點。然而正常化處理是比較難的一種熱處理技術,因為它採用空冷的方式冷卻,會受到許多因素而影響空冷效果,例如夏天和 冬天之冷卻效果不同、工件大小對空冷速率有別、甚至風吹也會影響冷卻速率。因此正常化處理要使用各種方法來維持均一性,可利用遮陽、圍幕、坑洞、風扇等。

※正常化處理與退火處理之差異

正常化處理維加熱至A3點或Acm點以上40~60℃保持一段時間,使鋼材組 織變成均勻的沃斯田體結構後,在靜止的空氣中冷卻至室溫的熱處理程序。對亞共析鋼而言,可獲得晶粒細化的目的而擁有好的強度與韌性;對過共析鋼而言,則可 防止雪明碳鐵在沃斯田鐵晶粒邊界上形成網狀析出,以降低材料的韌性。

完全退火處理主要目的是要軟化鋼材、改善鋼材之切削性,其熱處理程 序為加熱至A3點以上20~30℃(亞共析鋼)或A1點以上30~50℃持溫一段時間,使形成完全沃斯田體組織後(或沃斯田體加雪明碳體組織),在A1點 下方50℃使充分發生波來體變態,獲至軟化的鋼材。另外應力消除退火則是在變態點以下450~650℃加熱一段時間後徐徐冷卻至室溫,可消除鋼材內部在切 削、沖壓、鑄造、熔接過程所產生的殘留應力。

※如何消除工件之殘留應力?

應力消除退火則是在變態點以 下450~650℃加熱一段時間後徐徐冷卻至室溫,可消除鋼材內部在切削、沖壓、鑄造、熔接過程所產生的殘留應力。對碳鋼而言,參考的加熱溫度為 625±25℃;對合金鋼而言,參考的加熱溫度為700±25℃。持溫時間亦會有所差異,對碳鋼而言,保持時間為每25mm厚度持溫1小時;對合金鋼而 言,保持時間為每25mm厚度持溫2小時,冷卻速率為每後25mm以275℃/小時以下的冷卻速率冷卻之。

※如何預防加熱變形?

預 防加熱變形的發生,最好是緩慢加熱,並實施預熱處理。一般鋼材在選擇預熱溫度時,可依下列準則來選定預熱溫度:(1)以變態點以下作為預熱溫度,例如普通 鋼約在650~700℃,高速鋼則在800~850℃左右。(2)以500℃左右作為預熱溫度。(3)二段式預熱,先在500℃左右作第一段預熱,保持一 段時間充分預熱後,在將預熱溫度調高至A1變態點以下。(4)三段式預熱,針對含有高含量合金之大型鋼材,例如高速鋼,有時需要在1000~1050℃作 第三段預熱。


(4)滲碳氮化常見問題與解決技巧

※氮化表面硬度或深度不夠

(1)可能是鋼料化學成分不適合作氮化處理

(2)可能是氮化處理前的組織不適合

(3)可能是氮化溫度過高或太低

(4)爐中之溫度或流氣不均勻

(5)氨氣的流量不足

(6)滲氮的時間不夠長

※氮化工件彎曲很厲害

(1)氮化前的弛力退火處理沒有做好

(2)工件幾何曲線設計不良,例如不對稱、厚薄變化太大等因素

(3)氮化中被處理的工件放置方法不對

(4)被處理工件表面性質不均勻,例如清洗不均或表面溫度不均等因素

※氮化工件發生龜裂剝離現象

(1)氨的分解率超過85%,可能發生此現象

(2)滲氮處理前工件表面存在脫碳層

(3)工件設計有明顯的銳角存在

(4)白層太厚時

※氮化工件的白層過厚

(1)滲氮處理的溫度太低

(2)氨的分解率低於15%時,可能發生此現象

(3)在冷卻過程不恰當

※氮化處理時之氨分解率不穩定

(1)分解率測定器管路漏氣

(2)滲氮處理時裝入爐內的工件太少

(3)爐中壓力變化導致氨氣流量改變

(4)觸媒作用不當

※工件需進行機械加工處如何防止滲碳?

(1)鍍銅法,鍍上厚度20mm以上的銅層

(2)塗敷塗敷劑後乾燥,可使用水玻璃溶液中懸浮銅粉

(3)塗敷防碳塗敷劑後乾燥,主要使用硼砂和有機溶劑為主

(4)氧化鐵和黏土混合物塗敷法

(5)利用套筒或套螺絲

※滲碳後工件硬度不足

(1)冷卻速度不足,可利用噴水冷卻或鹽水冷卻

(2)滲碳不足,可使用強力滲碳劑

(3)淬火溫度不足

(4)淬火時加熱發生之脫碳現象所導致,可使用鹽浴爐直接淬火

※滲碳層剝離現象

(1)含碳量之濃度坡度太大,應施以擴散退火

(2)不存在中間層,應緩和滲碳的速率

(3)過滲碳現象,可考慮研磨前次之滲碳層

(4)反覆滲碳亦可能產生滲碳層剝離的現象

 

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此工法路徑產生方式與直線投影相同,但投影機準線為使用參考線來完成。

點取工法選單選擇精加工圖形選鈕,選取曲線法向加工。

clip_image002

clip_image004

參考線

樣式-定義加工方式,提供了三種選擇。

線性-以平行線的方式產生路徑。

圓形-以中心為基準最環形圓狀的路徑,與點投影亦同。

螺旋狀-以中心為基準設定順時針或逆時針的螺旋路徑,與點投影亦同。

路徑順序

單向:一提刀高度移動至下一路徑單節。

雙向連結:刀具路徑間距為直接連結不提刀。

方位角-定義XY平面的角度範圍。

 

刀間距(度)若選擇參考方式為線性,以此值為路徑刀間距,單位為度。若選擇參考方式為圓形或螺旋狀,此處刀間距為每層下刀距離。

參考線範圍-將限制數目選項勾選後,即可對參考線的投影區域設定限制。

起始Start與結束End-範圍為0~1,參考線全長為1。

操作範例說明:

(1) 由下拉功能表選取檔案中範例cjannels.dgk

(2) 由參考線工具列產生一新參考線,並由開啟檔案方式載入範例Spine.dgk

(3) 定義素材設定最小/最大值。

(4) 定義直徑10mm球刀。

(5) 定義提刀高度與起始點,重設安全高度與素材中心安全高。

(6) 進退刀與連結選單,短連結設沿曲面連結,長連結設相對值,預設值為相對值。

(7) 點選工法選單圖形鈕,選取精加工的曲線法向加工。

clip_image006

(8) 設定參數如下:

A. 選擇參考線。

B. 設定方向為向外

C. 設定樣式為線性

D. 在刀間距(度)中輸入值10

E. 設定切削方向於順時針

 

clip_image008

(9) 點選執行。產生結果如下圖。

clip_image010

 

側銑式加工

選取單一或多個側壁沿著曲線外型邊緣產生輪廓加工路徑。適合曲面及直壁面加工點取工法選單選擇精加工圖形選鈕,選取曲面側銑式加工。

clip_image012

 

操作範例說明:

(1) 由下拉功能表選取檔案中範例Swarf_example.dgk。

(2) 點選工法選單圖形鈕,選取精加工的曲面側銑加工。

clip_image014

(3) 定義素材設定最小/最大值。

(4) 定義直徑6mm端銑刀。

(5) 定義提刀高度與起始點,重設安全高度與素材中心安全高。

(6) 進退刀與連結選單,進退刀設垂直圓弧角度90,半徑0.5,短連結設圓弧,長連結設相對值,安全高設相對值。

clip_image016

 

clip_image018

(7) clip_image020依照頁面參數設定,選取要加工之曲面。

(8) 點選執行。產生加工路徑結果如下:

 

曲線外型Wireframe Profile Machining

曲線外型加工可以產生3D曲線的左側或右側刀具路徑。此工法與曲線側銑以及2.5D外型加工類似,相異的地方是允許3D空間的曲線以及不需要曲面即可計算刀具路徑。

點取工法選單選擇精加工圖形選鈕,選取曲線外形。

clip_image022

 

以下將說明曲線外形工法所需的設定選項。

clip_image024

 

導引曲線Drive Curve-決定由那個參考線來產生切削移動。

參考線方向Pattern-選取加工的參考線。

曲線邊緣Curve Side-選擇你要加工的補正方向。

clip_image026

圓弧半徑Arc Radius-在轉角處產生圓弧平順化。

切削方向Cut Direction-用於設定刀具路徑切削的方向順銑、逆銑或雙向。

clip_image028

加工順序依Order by-加工順序有兩個選項,區域與Z層別。區域是口袋加工,個別口袋壓工完再換下一口袋。Z層別是同一個高度加工完,再移到下一個高度。

clip_image030

最低位置限制Lower Limit-用於設定刀具路徑最後底部的加工位置。

最低點Base Position-依選項設定刀具路徑最低位置。曲線與模型選項。

曲線Curve-沿3D曲線為最低位置。

clip_image032

 

模型Model-投影至模型上方。

clip_image034

軸向補正Axial Offset-依刀軸的方向定義軸向直補正加工。

clip_image036

 

過切保護Gouge Avoidance-定義加工時,不會發生碰撞的問題。

方式Strategy-曲面引起干涉時,決定刀具路徑的加工方式。

提刀Lift-選取該選項後,系統將會偵測加工的最低點處,如果該區域加工不

到,那該區域上的路徑就不會產生。

沿線連結Trace-選取該選項後,系統將會偵測加工的最低點處,如果該區域加

工不到,系統就會自動在可加工的區域上提刀到可加工設定。

預留量Thickness-模型公差,當過切保護勾選時用以偵測過切時的公差數值。

可設定單依公差或軸徑向公差。

過切移動值Degouge Tolerance-刀具路徑發生過切時的最大移動距離。

多層次切削Multiple Cuts-允許多層切削加工路徑。

模式Mode-決定產生多層切削加工路徑的方式。

clip_image038

關Off-該設定只有單一路徑產生

往下補正Offset Down-將上部的外型路徑向下補正。

往上補正Offser Up-向上補正底部外型路徑。

兩曲線間Offset Merge-將補正的上部和下部路徑合併成一個路徑。

最大切削深度Maximun Stepdown-每層切削量的距離

切削數量Max Number of Cuts-使用多層次切削,用於定義切削次數。

最高位置限制Upper Limit-用於設定刀具路徑最高的加工位置

類型Type-限制類型,曲線或不限制。

clip_image040

無None-不限制最高位置

曲線Curve-依3D曲線限制最高位置

補正Offset-最高位置設定值,僅適用於曲線類型

平順Smoothing-允許刀具路徑於特定公差內做平順化處理。

上/下軸向UP/Down Axis-平順化設定值。

 

操作範例說明;

(1) 滑鼠再物件管理列參考線處點右鍵,建立參考線,再插入檔案3D_Curve.dgk

(2) 點選工法選單圖形鈕,選取精加工,曲線外形加工。

clip_image042

(3) 定義素材設定物件(最大/最小值),類型參考線,增量值10。

clip_image044

 

(4) 定義直徑6mm端銑刀。

(5) 定義提刀高度與起始點,重設安全高度與素材中心安全高。

(6) 進退刀與連結選單,短連結設相對值,長連結設相對值,安全高設相對值。

(7) 依照頁面參數設定,選取要加工之曲面。

clip_image046

 

(8)點選執行。產生加工路徑結果如下。

clip_image048

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此工法路徑產生方式與直線投影相同,但投影機準線為使用參考線來完成。

點取工法選單選擇精加工圖形選鈕,選取曲線法向加工。

clip_image002

clip_image004

參考線

樣式-定義加工方式,提供了三種選擇。

線性-以平行線的方式產生路徑。

圓形-以中心為基準最環形圓狀的路徑,與點投影亦同。

螺旋狀-以中心為基準設定順時針或逆時針的螺旋路徑,與點投影亦同。

路徑順序

單向:一提刀高度移動至下一路徑單節。

雙向連結:刀具路徑間距為直接連結不提刀。

方位角-定義XY平面的角度範圍。

 

刀間距(度)若選擇參考方式為線性,以此值為路徑刀間距,單位為度。若選擇參考方式為圓形或螺旋狀,此處刀間距為每層下刀距離。

參考線範圍-將限制數目選項勾選後,即可對參考線的投影區域設定限制。

起始Start與結束End-範圍為0~1,參考線全長為1。

操作範例說明:

(1) 由下拉功能表選取檔案中範例cjannels.dgk

(2) 由參考線工具列產生一新參考線,並由開啟檔案方式載入範例Spine.dgk

(3) 定義素材設定最小/最大值。

(4) 定義直徑10mm球刀。

(5) 定義提刀高度與起始點,重設安全高度與素材中心安全高。

(6) 進退刀與連結選單,短連結設沿曲面連結,長連結設相對值,預設值為相對值。

(7) 點選工法選單圖形鈕,選取精加工的曲線法向加工。

clip_image006

(8) 設定參數如下:

A. 選擇參考線。

B. 設定方向為向外

C. 設定樣式為線性

D. 在刀間距(度)中輸入值10

E. 設定切削方向於順時針

 

clip_image008

(9) 點選執行。產生結果如下圖。

clip_image010

 

側銑式加工

選取單一或多個側壁沿著曲線外型邊緣產生輪廓加工路徑。適合曲面及直壁面加工點取工法選單選擇精加工圖形選鈕,選取曲面側銑式加工。

clip_image012

 

操作範例說明:

(1) 由下拉功能表選取檔案中範例Swarf_example.dgk。

(2) 點選工法選單圖形鈕,選取精加工的曲面側銑加工。

clip_image014

(3) 定義素材設定最小/最大值。

(4) 定義直徑6mm端銑刀。

(5) 定義提刀高度與起始點,重設安全高度與素材中心安全高。

(6) 進退刀與連結選單,進退刀設垂直圓弧角度90,半徑0.5,短連結設圓弧,長連結設相對值,安全高設相對值。

clip_image016

 

clip_image018

(7) clip_image020依照頁面參數設定,選取要加工之曲面。

(8) 點選執行。產生加工路徑結果如下:

 

曲線外型Wireframe Profile Machining

曲線外型加工可以產生3D曲線的左側或右側刀具路徑。此工法與曲線側銑以及2.5D外型加工類似,相異的地方是允許3D空間的曲線以及不需要曲面即可計算刀具路徑。

點取工法選單選擇精加工圖形選鈕,選取曲線外形。

clip_image022

 

以下將說明曲線外形工法所需的設定選項。

clip_image024

 

導引曲線Drive Curve-決定由那個參考線來產生切削移動。

參考線方向Pattern-選取加工的參考線。

曲線邊緣Curve Side-選擇你要加工的補正方向。

clip_image026

圓弧半徑Arc Radius-在轉角處產生圓弧平順化。

切削方向Cut Direction-用於設定刀具路徑切削的方向順銑、逆銑或雙向。

clip_image028

加工順序依Order by-加工順序有兩個選項,區域與Z層別。區域是口袋加工,個別口袋壓工完再換下一口袋。Z層別是同一個高度加工完,再移到下一個高度。

clip_image030

最低位置限制Lower Limit-用於設定刀具路徑最後底部的加工位置。

最低點Base Position-依選項設定刀具路徑最低位置。曲線與模型選項。

曲線Curve-沿3D曲線為最低位置。

clip_image032

 

模型Model-投影至模型上方。

clip_image034

軸向補正Axial Offset-依刀軸的方向定義軸向直補正加工。

clip_image036

 

過切保護Gouge Avoidance-定義加工時,不會發生碰撞的問題。

方式Strategy-曲面引起干涉時,決定刀具路徑的加工方式。

提刀Lift-選取該選項後,系統將會偵測加工的最低點處,如果該區域加工不

到,那該區域上的路徑就不會產生。

沿線連結Trace-選取該選項後,系統將會偵測加工的最低點處,如果該區域加

工不到,系統就會自動在可加工的區域上提刀到可加工設定。

預留量Thickness-模型公差,當過切保護勾選時用以偵測過切時的公差數值。

可設定單依公差或軸徑向公差。

過切移動值Degouge Tolerance-刀具路徑發生過切時的最大移動距離。

多層次切削Multiple Cuts-允許多層切削加工路徑。

模式Mode-決定產生多層切削加工路徑的方式。

clip_image038

關Off-該設定只有單一路徑產生

往下補正Offset Down-將上部的外型路徑向下補正。

往上補正Offser Up-向上補正底部外型路徑。

兩曲線間Offset Merge-將補正的上部和下部路徑合併成一個路徑。

最大切削深度Maximun Stepdown-每層切削量的距離

切削數量Max Number of Cuts-使用多層次切削,用於定義切削次數。

最高位置限制Upper Limit-用於設定刀具路徑最高的加工位置

類型Type-限制類型,曲線或不限制。

clip_image040

無None-不限制最高位置

曲線Curve-依3D曲線限制最高位置

補正Offset-最高位置設定值,僅適用於曲線類型

平順Smoothing-允許刀具路徑於特定公差內做平順化處理。

上/下軸向UP/Down Axis-平順化設定值。

 

操作範例說明;

(1) 滑鼠再物件管理列參考線處點右鍵,建立參考線,再插入檔案3D_Curve.dgk

(2) 點選工法選單圖形鈕,選取精加工,曲線外形加工。

clip_image042

(3) 定義素材設定物件(最大/最小值),類型參考線,增量值10。

clip_image044

 

(4) 定義直徑6mm端銑刀。

(5) 定義提刀高度與起始點,重設安全高度與素材中心安全高。

(6) 進退刀與連結選單,短連結設相對值,長連結設相對值,安全高設相對值。

(7) 依照頁面參數設定,選取要加工之曲面。

clip_image046

 

(8)點選執行。產生加工路徑結果如下。

clip_image048

 

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碧威信封-背面~1

路徑工法與沿面投影類似,但不受鄰邊未選取的模型影響。當使用在5axis加工時,其刀軸軸心會依曲面的UV法線方向產生加公路徑。

點取工法選單選擇精加工圖形選鈕,選取曲面法向投影。

clip_image002

clip_image004

曲面邊界 -判別路徑參考曲面邊界的邊緣內部還是邊緣外部。

曲面加工方式(Surface Units)-用於定義加工曲面計算的方式。

距離(Distance)-依曲面性質產生加工間距(Pitch)

參數(Parametric)-依參數式性質產生加工間距。

標準值(Normalised)-依參數式標準值產生加工間距。

其他參數設定同於沿面投影加工設定方式

 

操作範例說明:

(1) 由下拉功能表選取檔案中範例5_axis_test.dgk

(2) 定義素材設定最小/最大值

(3) 定義直徑6球刀

(4) 定義提刀高度與起始點,重設安全高度與素材中心安全高

(5) 進退刀與連結選單,短連結設沿曲面連結,長連結設相對值,預設值設相對值。

(6) 點選工法選單圖形鈕,選取精加工的曲面法向投影

(7) clip_image006參數設定如下圖所示:

A、曲面邊界=外部

B、 曲面加工方式=距離

C、 參考方向=U

D、刀間距中輸入值1

E、 選取如下圖曲面:

clip_image008

(8) 點選執行。曲面法向加工無多餘路徑產生,結果如下圖。

clip_image010

 

外型單刀Profile Machining

選取單一或多個曲面沿著曲面外型邊緣產生輪廓加工。這種加工方式指示用於曲面的選取,並不適用於三角網格(trangle)加工。

點取工法選單 選擇精加工圖形選鈕,選取外型單刀。

clip_image012

clip_image014 在利用該加工策略時,系統會要

求在該工件下選取一個基準面。

如果沒有該基準面,則系統在計

算時就非常困難,就有可能導致

不能產生刀具路徑

 

導引曲線(Drive Curve)-判別輪廓線是在曲面邊界的邊緣內部還是邊緣外部。如下圖。

clip_image016

clip_image018

徑向補正Radial Offset-刀具和曲面邊界的縫隙。

切削方向Direction-用於設定刀具路徑的切削方向順銑、逆銑或雙向。

最低位置限制Lower Limit-用於設定刀具路徑最後的加工位置。

最低點Base Position-路徑的最低點位置。

 

自動Automatic-刀具路徑投影到工件上,如下圖示:

clip_image020

如果沒有輔助曲面,也就沒有路徑產生。同時如果沒有該基準平面,一樣也不能產生路徑。如上下圖。

clip_image022

導引曲線Drive Curve - 使用所選取面的邊緣線。

clip_image024

 

軸向補正Axial offset - 路徑相對於所選取面的高度,因此如果你希望刀具路徑在所選取面上,你就必須給一個高度值。若刀具要接觸工件表面高度為零的話,那麼你就要選擇最低位置限制(Lower Limit)中的導引曲線選向來設定。

選取兩個輔助曲面,以及一基準面即可產生下圖所示刀具路徑(依箭頭Offset值設定)。

clip_image026

過切保護Gouge Avoidance-設定加工曲面輪廓時,不會發生碰撞問題。該這樣需選取最低位置限制(Lower Limit)中導引曲線(Drive Curve)選項才作動。

方式Strategy-另一曲面引起干涉時,決定刀具路徑的加工方式。

提刀Lift-選取該選項後,系統將會偵測加工的最低點處,如果該區域加工不到,那該區域上的路徑就不會產生,如下圖示:

clip_image028

 

 

 

沿線連結Trace-選取該選項後,系統將會偵測加工的最低點處,如果該區域加工不到,系統就會自動在可加工的區域向上提刀到可加工的區域。提刀的高度在最高點(Upper Limit)選項中設定。如果沒有指定該參數值,則系統就按最大值設定。產生的路徑如下圖所示:

clip_image030

最高位置限制Upper Limit Checkbox-用於設定加工高度 設定後如路徑超出設定值就會被刪除。該選項只在方式(Strategy)中沿線連結(Trace)和過切保護(Gouge Check)選項打勾時才有效。

最高點Upper Limit Value -該參數為加工曲面最高輪廓的距哩,該距離須在最高點限制(Upper Limit Checkbox)被勾選後才有效

clip_image032

 

多層次切削(Multiple Cuts)-允許多次加工輪廓路徑。

方式(Mode)-決定產生多次加工輪廓路徑的方式。

這些選項模式分別經由下面的圖示顯示他們的區別:

clip_image034

關閉(Off)-該設定只有單一路徑的輪廓產生,如下圖示:

clip_image036

往下補正(Offset Down)-將上布的輪廓路徑向下補正。如下圖示:

clip_image038

 

往上補正(Offset Up)-向上補正底部輪廓路徑,如下圖所示:

clip_image040

兩曲線間(Offset Merge)-將補正的上部和下部路徑合併成一個路徑如下圖所示:

clip_image042

最大切削深度(Maximum Stepdown)-每層切削量的距離。

切削刀數(Number of Cuts)-在使用多次切削時,用於定義切削次數。選取該項,設定值為3,結果如下圖所示。

clip_image044

 

負切削(Nefative Clearance)

現在當你使用輪廓加工策略時,你可以設定負切削值。該功能可以允許你在曲面邊界產生路徑。下面的範圍使用了一直徑為20的平底刀做加工,同時也選取了最低位置限制-最低點中的導引曲線功能。如下圖所示:

clip_image046

 

操作範例說明:

(1) 由下拉功能表選取檔案中範例5axisModel.dgk

(2) 定義素材設定最小/最大值

(3) 定義直徑1端銑刀

(4) 定義提刀高度與起始點,重設安全高度與素材中心安全高。

(5) 進退刀與連結選單,短連結設沿曲面連結,長連結設相對值,安全高設相對值。

(6) 點選工法選單圖形鈕,選取精加工的外型單刀。

clip_image048

(7) 選取如下圖溝槽曲面:

clip_image050

 

clip_image052(8) 參數設定如下圖所示:

A. 範圍=邊界內部。

B. 切削方向=順銑。

C. 最低點=導引曲線。

D. 過切保護>方式=沿線連結。

E. 多層次切削>模式=網上補正

最大切削深度=0.5

切削刀數=4

(9) 點選執行。產生結果如下圖溝槽路徑。

clip_image054

 

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廣告成品

第七章 清角精加工 Corner Finishing

 

 

說明

 

插銑清角Stitch Corner Toolpath

此功能會自動依計算之刀具以及選擇欲參考刀具來產生插銑的清角路徑,騎路徑的清角範圍會依據參考刀具與曲面之夾角的參數運算而得知。

點取工法選單clip_image002選擇精加工圖形選鈕,選取插銑清角。

clip_image004

選項設定的名詞解釋與多刀清角亦同。

clip_image005

操作範例說明:

(1) 由下拉功能表選曲檔案中範例 cowling.dgk。

(2) clip_image007參數設定與多刀清角操作範例亦同。

(3) 點選工法選單圖形鈕,選取精加工的插銑清角加工 。

參數設定如右下圖所示:

clip_image008

(4) 點選執行,產生結果如下圖。

clip_image009

 

 

 

沿外型清角Along Corner

此功能會自動依計算之刀具以及選擇欲參考刀具來產生沿外形的清角路徑,其路徑的清角範圍會依據參考刀具與曲面之夾角的參數運算而得知。

點取工法選單clip_image010選擇精加工圖形選鈕,選取沿外型清角。

clip_image012

clip_image013

選項設定的名詞解釋與多刀清角亦同。

* 差別在於多刀清角有分離區域,而沿外形沒有

 

操作範例說明:

(1) 由下拉功能表選曲檔案中範例 cowling.dgk。

(2) clip_image015參數設定與多刀清角操作範例亦同。

(3) 點選工法選單圖形鈕,選取精加工的沿外型清角加工 。

參數設定如右下圖所示:

clip_image016

(4) 點選執行,產生結果如下圖。

clip_image017

 

自動清角Automatic Corner

此功能為一多刀清角功能,依現在的刀具、參考刀具,自動在陡峭的區域使用插銑方式加工,在淺灘的區域用沿外型的方式加工,而陡峭及淺灘的區分角度可依使用者設定。

點取工法選單clip_image018選擇精加工圖形選鈕,選取自動清角。

clip_image020

clip_image021

選項設定的名詞解釋與多刀清角亦同。

 

操作範例說明:

(1) 由下拉功能表選曲檔案中範例 cowling.dgk。

(2) 參數設定與多刀清角操作範例亦同。

(3) clip_image023點選工法選單圖形鈕,選取精加工的自動清角 。

參數設定如右下圖所示:

clip_image024

(4) 點選執行,產生結果如下圖。

clip_image025

 

 

 

歡迎來到Bewise Inc.的世界,首先恭喜您來到這接受新的資訊讓產業更有競爭力,我們是提供專業刀具製造商,應對客戶高品質的刀具需求,我們可以協助客戶滿足您對產業的不同要求,我們有能力達到非常卓越的客戶需求品質,這是現有相關技術無法比擬的,我們成功的滿足了各行各業的要求,包括:精密HSS DIN切削刀具協助客戶設計刀具流程DIN or JIS 鎢鋼切削刀具設計NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 航太切削刀具,NAS航太刀具設計超高硬度的切削刀具醫療配件刀具設計複合式再研磨機PCD地板專用企口鑽石組合刀具粉末造粒成型機主機版專用頂級電桿PCD V-Cut捨棄式圓鋸片組粉末成型機主機版專用頂級電汽車業刀具設計電子產業鑽石刀具木工產業鑽石刀具銑刀與切斷複合再研磨機銑刀與鑽頭複合再研磨機銑刀與螺絲攻複合再研磨機等等。我們的產品涵蓋了從民生刀具到工業級的刀具設計;從微細刀具到大型刀具;從小型生產到大型量產;全自動整合;我們的技術可提供您連續生產的效能,我們整體的服務及卓越的技術,恭迎您親自體驗!!

BW Bewise Inc. Willy Chen willy@tool-tool.com bw@tool-tool.com www.tool-tool.comskype:willy_chen_bw mobile:0937-618-190 Head &Administration Office No.13,Shiang Shang 2nd St., West Chiu Taichung,Taiwan 40356 http://www.tool-tool.com/ FAX:+886 4 2471 4839 N.Branch 5F,No.460,Fu Shin North Rd.,Taipei,Taiwan S.Branch No.24,Sec.1,Chia Pu East Rd.,Taipao City,Chiayi Hsien,Taiwan

Welcome to BWtool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting toolaerospace tool .HSS  DIN Cutting toolCarbide end millsCarbide cutting toolNAS Cutting toolNAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end milldisc milling cutter,Aerospace cutting toolhss drillФрезерыCarbide drillHigh speed steelCompound SharpenerMilling cutterINDUCTORS FOR PCDCVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) Core drillTapered end millsCVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden FingerPCD V-CutterPCD Wood toolsPCD Cutting toolsPCD Circular Saw BladePVDD End Millsdiamond tool. INDUCTORS FOR PCD . POWDER FORMING MACHINE Single Crystal Diamond Metric end millsMiniature end millsСпециальные режущие инструменты Пустотелое сверло Pilot reamerFraisesFresas con mango PCD (Polycrystalline diamond) ‘FresePOWDER FORMING MACHINEElectronics cutterStep drillMetal cutting sawDouble margin drillGun barrelAngle milling cutterCarbide burrsCarbide tipped cutterChamfering toolIC card engraving cutterSide cutterStaple CutterPCD diamond cutter specialized in grooving floorsV-Cut PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert PCD Diamond Tool Saw Blade with Indexable InsertNAS toolDIN or JIS toolSpecial toolMetal slitting sawsShell end millsSide and face milling cuttersSide chip clearance sawsLong end millsend mill grinderdrill grindersharpenerStub roughing end millsDovetail milling cuttersCarbide slot drillsCarbide torus cuttersAngel carbide end millsCarbide torus cuttersCarbide ball-nosed slot drillsMould cutterTool manufacturer.

Bewise Inc. www.tool-tool.com

ようこそBewise Inc.の世界へお越し下さいませ、先ず御目出度たいのは新たな

情報を受け取って頂き、もっと各産業に競争力プラス展開。

弊社は専門なエンドミルの製造メーカーで、客先に色んな分野のニーズ

豊富なパリエーションを満足させ、特にハイテク品質要求にサポート致します。

弊社は各領域に供給できる内容は:

(1)精密HSSエンドミルのR&D

(2)Carbide Cutting tools設計

(3)鎢鋼エンドミル設計

(4)航空エンドミル設計

(5)超高硬度エンドミル

(6)ダイヤモンドエンドミル

(7)医療用品エンドミル設計

(8)自動車部品&材料加工向けエンドミル設計

弊社の製品の供給調達機能は:

(1)生活産業~ハイテク工業までのエンドミル設計

(2)ミクロエンドミル~大型エンドミル供給

(3)小Lot生産~大量発注対応供給

(4)オートメーション整備調達

(5)スポット対応~流れ生産対応

弊社の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。

Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для получения большей информации.

BWis specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web  www.tool-tool.com  for more info.

 

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碧威-隕石1-a5dm

以上曲面....以外接圓315接起!

(假設為110厚的工件.外圓315(已車削)內圓為265切R為60..現已2D方式?削)
(加工刀具45粗?刀鍍鈦-HSS-CO8)T11
(精修為悍刃式超硬刀片端?刀D45)T12
(導角刀為直徑45的捨棄式45度導角刀)T13
O1678
#500=100
N1
#100=265(內圓切胡半徑)
#101=315.(外圓半徑)
#102=60.(外圓切內圓的弧)
#103=70.(切弧開角)
#103=#103/2.
#104=#100+#102(內圓與切R中心)
#105=[[#104*#104]+[#101*#101]-[#102*#102]]/[2*#104*#101](求R265到R315的餘弦定理)
#106=ACOS[#105](換算角度)
#107=[90.-#103-#106](R60切R315的角度)
#108=[#103-90.](下刀角)
#109=#104*COS[#103](下刀圓心座標X)
#110=#104*SIN[#103](下刀圓心座標Y)
#111=#109-[#102*COS[#107]](下刀點X)
#112=#109+[#102*[SIN[#107]](下刀點Y)
#113=#101*COS[#105](R60切R315座標X)
#114=#101*SIN[#105](R60切R315座標Y)
#115=#100*COS[#103](R60切R265座標X)
#116=#100*SIN[#103](R60切R265座標Y)
GOTO#500
N100((**R)45-EM-L170-HSS)
G40G69
#13100=22.5
#12100=0.5
G90G54G0X-#109Y#110G43H100Z50.S250M3T11
M8Z5.
#120=0.
#121=120.
N101
G62
G68G90X0Y0R#120
G0X-#109Y#110
Z-160.M7
G41G1X-#111Y#112D100F250
X-#113Y#114F120
G2R#102X-#115Y#116
R#100X#115Y#116
R#102X#113Y#114
G1X#111Y#112
G40X#109Y#110F1500
G0Z80.M9
G69
#120=#120+#121
IF[#120LT360]GO101
G91G28Z0Y0
M1
T11M6
#500=#500+1.
GOTO1
N101((**F**)40-EM-L170-cW)
G40G69
#13101=20.02
G90G54G0X-#109Y#110G43H101Z50.S200M3T13
M8Z5.
#120=0.
#121=120.
N102
G62
G68G90X0Y0R#120
G0X-#109Y#110
Z-160.M7
G41G1X-#111Y#112D101F350
X-#113Y#114F180
G2R#102X-#115Y#116
R#100X#115Y#116
R#102X#113Y#114
G1X#111Y#112
G40X#109Y#110F1500
G0Z80.M9
G69
#120=#120+#121
IF[#120LT360]GO102
G91G28Z0Y0
M1
T12M6
#30=#30+1.
GOTO1
N101(CEM-45/-D45)
G40G69
#13100=15.
G90G54G0X-#109Y#110G43H102Z50.S2000M3T11
M8Z5.
#120=0.
#121=120.
N102
G62
G68G90X0Y0R#120
G0X-#109Y#110
Z-16.5
G41G1X-#111Y#112D102F850
X-#113Y#114F1800
G2R#102X-#115Y#116
R#100X#115Y#116
R#102X#113Y#114
G1X#111Y#112
G40X#109Y#110F2000
G0Z80.M9
G69
#120=#120+#121
IF[#120LT360]GO102
G91G28Z0Y0
M30

這是比較薄的工件寫法...

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01-airplane航太

球體(半球粗铣)

球直徑 300mm

刀具 63端铣刀(3刃刀片)

工件材質(鑄鐵)

O7788;

G54 G90 G0 X200. Y0. G43 H100 D100 Z50. S1500 M3;

Z2. M7;(吹氣)

#100=0. ;(起始角)

#101=1. ;(一次進刀角度)

#102=90.:(終點角)

#103=150.;(球半徑)

WHILE [#100LE#102] DO1;(循環條件式)(當#100的角度小於等於#102角則繼續循環.當加到滿足甚至超越條件式時則循環結束跳過)

#100=#100+#101;(#100的 角度等於自加)

#110=#102.-[#103*cos[#100]];(#110=半球高減去增量角為一次Z值)

#111=#103*sin[#100];(一次增量後的X值)

G90 G42 G1 X#111 Z#110 F850;

G2  I-#111F650;

G40 G1 X200. F2500;

END1;(循環結束)

G0 Z150. M5;

G91 G28 Z0. M9;

M30;

 

 

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BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для получения большей информации.

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碧威-火山-a5dm

 

異 方性導電膠膜(ACF:Anisotropic Conductive Film)兼具單向導電及膠合固定的功能,目前使用於COG、TCP/COF、COB及FPC,其中尤以驅動IC相關之構裝接合最受矚目。根據日本JMS 的調查,2006年全球ACF市場規模約488億日圓,至2007年將成長至586億日圓,歷年成長率約在20%上下。隨著驅動IC在Fine Pitch潮流的推動下,ACF的產品特性已逐漸成為攸關Fine Pitch進程的重要因素。本文將針對ACF就其產品發展概況、主要規格特性以及產業未來趨勢等做一介紹。

ACF發展概況

ACF 的組成主要包含導電粒子及絕緣膠材兩部分,上下各有一層保護膜來保護主成分。使用時先將上膜(Cover Film)撕去,將ACF膠膜貼附至Substrate的電極上,再把另一層PET底膜(Base Film)也撕掉。在精準對位後將上方物件與下方板材壓合,經加熱及加壓一段時間後使絕緣膠材固化,最後形成垂直導通、橫向絕緣的穩定結構。

ACF 主要應用在無法透過高溫鉛錫焊接的製程,如FPC、Plastic Card及LCD等之線路連接,其中尤以驅動IC相關應用為大宗。舉凡TCP/COF封裝時連接至LCD之OLB(Outer Lead Bonding)以及驅動IC接著於TCP/COF載板的ILB(Inner Lead Bonding)製程,亦或採COG封裝時驅動IC與玻璃基板接合之製程,目前均以ACF導電膠膜為主流材料。

驅動IC腳距縮小 ACF架構須持續改良以提昇橫向絕緣之特性

ACF中之導電粒子扮演垂直導通的關鍵角色,膠材中導電粒子數目越多或導電粒子的體積越大,垂直方向的接觸電阻越小,導通效果也就越好。然而,過多或過大的導電粒子可能會在壓合的過程中,在橫向的電極凸塊間彼此接觸連結,而造成橫向導通的短路,使得電氣功能不正常。

 隨著驅動IC的腳距(Pitch)持續微縮,橫向腳位電極之凸塊間距(Space)也越來越窄,大大地增加ACF在橫向絕緣的難度。為了解決這個問題,許多ACF結構已陸續被提出,以下針對目前兩大領導廠商的主要架構做介紹:

1. Hitachi Chemical的架構 

為 了降低橫向導通的機率,Hitachi使用了兩個方法,其一是導入兩層式結構,兩層式的ACF產品上層不含導電粒子而僅有絕緣膠材,下層則仍為傳統 ACF膠膜結構。透過雙層結構的使用,可以降低導電粒子橫向觸碰的機率。然而,雙層結構除了加工難度提高之外,由於下層ACF膜的厚度須減半,導電粒子的 均勻化難度也提高。

 目前,雙層結構的ACF膠膜為Hitachi Chemical的專利。除了雙層結構之外,Hitachi也使用絕緣粒子,將絕緣粒子散佈在導電粒子周圍。當腳位金凸塊下壓時,由於絕緣粒子的直徑遠小 於導電粒子,因此絕緣粒子在垂直壓合方向不會影響導通;但在橫向空間卻有降低導電粒子碰觸的機會。

2. Sony Chemical的架構

Sony Chemical的方法是在導電粒子的表層吸附一些細微顆粒之樹脂,目的在使導電粒子的表面產生一層具絕緣功能的薄膜結構。此結構的特性是,粒子外圍的絕 緣薄膜在凸塊接點熱壓合時將被破壞,使得垂直方向導通;至於橫向空間的導電粒子絕緣膜則將持續存在,如此即可避免橫向粒子直接碰觸而造成短路的現象。

Sony架構的缺點是,當導電粒子的絕緣薄膜在熱壓合時若破壞不完全,將使得垂直方向的接觸電阻變大,就會影響ACF的垂直導通特性。目前該結構的專利屬於Sony Chemical。

  除了上述以結構改良的方式來避免橫向絕緣失效以外,透過導電粒子的直徑縮小也可達成部分效果。導電粒子的直徑已從過去12um一路縮小至目前的3um, 主要就在配合Fine Pitch的要求。隨著粒徑的縮小,粒徑及金凸塊厚度的誤差值也必須同步降低,目前粒徑誤差值已由過去的±1um降低至±0.2um。

 隨著驅動IC細腳距的要求,金凸塊的最小間距也持續壓低,目前凸塊廠商已經可以做到20um左右的凸塊腳距。20um的腳距已使ACF橫向絕緣的特性備受挑戰,Fine Pitch的技術瓶頸壓力似乎已經落在ACF膠材的身上了。

驅動IC外型窄長化 ACF膠材之固化溫度須持續降低 以減少Warpage效應

  當驅動IC以COG形式貼附在LCD玻璃基板上時,為避免佔用太多LCD面板的額緣面積,並同時減少IC數目以降低成本,使得驅動IC持續朝多腳數及窄 長型的趨勢來發展。然而,LCD無鹼玻璃的膨脹係數約4ppm/℃遠高於IC的3ppm/℃,當ACF膠材加熱至固化溫度反應後再降回室溫時,IC與玻璃 基板將因收縮比例不一致而使產生翹曲的情況,此即Warpage效應。Warpage效應將使ACF垂直導通的效果變差,嚴重時更將產生Mura。 Mura即畫面顯示因亮度不均而出現各種亮暗區塊的現象。

 為降低Warpage效應,目前解決方案主要仍朝降低ACF的固化溫度來著手。以膨脹係數的單位ppm/℃來看,假使ACF固化溫度與室溫的差距降低,作業過程中IC及玻璃基板產生熱脹冷縮的差距比就會越小,Warpage效應也將降低。

ACF 固化溫度之特性主要受到絕緣膠材的成分所影響。絕緣膠材成分目前以B-Stage(膠態)之環氧樹脂加上硬化劑為主流,惟各家配方仍多有差異。在膠材成分 方面雖然較無專利侵權的問題,但種類及成分對產品之特性影響重大,故各家廠商均視配方為機密。ACF的許多規格如硬化速度、黏度流變性、接著強度乃至於 ACF固化溫度等,莫不受到絕緣膠材的成分所決定。目前在諸多特性之中,降低ACF固化溫度已成為各家廠商最重要的努力方向,此特性也是關乎廠商技 術高低的重要指標。

ACF主要規格

 投入ACF產品的日商計有Hitachi Chemical、Sony Chemical、Asahi Kasei及Sumitomo等;韓商則有LG Cable、SK Chemical及MLT等;國內廠商目前較積極的有瑋鋒,公司技術來自於工研院。ACF價格成本僅佔LCD模組約1%的比重,價格低但對面板品質卻有決 定性的影響,故面板廠更換新品的誘因較小。目前全球ACF市場由Hitachi Chemical及Sony Chemical所壟斷,兩家合計市佔率超過九成以上。以下僅對兩家領導廠商之主要產品規格做介紹。

clip_image001ACF適用Pitch之換算

  由上表中可以發現,應用於金凸塊接合的ACF規格中,找不到我們最關心的最小適用腳距資料。最小適用腳距除了決定於橫向絕緣特性,此部份受到間距 (Space)所影響外,尚須考量垂直導通的要求。垂直導通效果的主要關鍵則在於金凸塊接點可捕捉壓合多少顆的導電粒子。由此可知,導電粒子密度及金凸塊 的電極面積為主要的影響因素。因此,要得知ACF的最小適用腳距就必須從規格表中的最小電極面積來著手。

 以長寬比(Aspect Ratio)為7:1的金凸塊為例,我們可以由最小電極面積(假設為A)推出最小電極寬度為(A/7)的平方根,將最小電極寬度加上最小間距,即可得到 ACF的最小適用腳距。經由換算結果,在金凸塊長寬比7:1的驅動IC應用下,Hitachi之AC-8604(COG)適用腳距30um、 AC8408(COG)適用腳距30um、AC-217(COF)適用腳距25um;Sony之CP6030ID(COG)腳距限制則為35um。

 由上列計算公式可以推知,金凸塊的Aspect Ratio越大,ACF的最小適用腳距將越小。因此,金凸塊廠在Fine Pitch的角色除了須將凸塊的間距做小之外,也須提高金凸塊的長寬比。

不同的導電粒子各有其適用產品

  導電粒子的種類可分為碳黑、金屬球及外鍍金屬之樹脂球等。碳黑為早期產品,目前使用已不多。金屬球則以鎳球為大宗,優點在於其高硬度、低成本,尖角狀突起 可插入接點中以增加接觸面積;缺點則在其可能破壞脆弱的接點、容易氧化而影響導通等。為克服鎳球之氧化問題,可在鎳球表面鍍金而成為鍍金鎳球。目前鎳球 之導電粒子多用於與PCB之連接,LCD面板之ITO電極連接則不適用,主要原因在於金屬球質硬且多尖角,怕其對ITO線路造成損傷。

  用於LCD Glass之ACF膠膜以鍍金鎳之樹脂球為主流,由於樹脂球具彈性,不但不會傷害ITO線路,且在加壓膠合的過程中,球體將變形呈橢球狀以增加接觸面積。 另外,外層塗佈絕緣樹脂之鍍金鎳樹脂球屬於Sony的專利,由於生產成本較高,該公司會根據不同應用給於適當參雜以節省成本。

溫度、壓力、時間為壓合固化之三要素

B- Stage(膠態)之ACF在加壓加溫至固化溫度且歷經一段時間後,絕緣膠材將反應成C-Stage(固態)。ACF在反應成固態後,內部導電粒子 的相對位置及形變將定型,硬化之膠材也可擔任Underfill的腳色,對內部電極接點形成保護的效果。在將ACF壓合固化的三條件當中,溫度與時間最為 廠商所重視,溫度參數如前述將影響Warpage效應;時間參數則直接影響工廠的生產效率。

 由Hitachi及Sony Chemical的產品特性資料,壓合溫度已由過去動輒200℃降低至180℃,Hitachi也已推出160℃的低溫產品。壓合時間通常會與壓合溫度成 反比,溫度越低則耗時越長。然而,隨著技術進步,低溫且同時具備低耗時的產品線也已陸續上市。

結論

 面板驅動IC在Fine Pitch的潮流下,不但必須要求金凸塊廠的技術提昇,對ACF品質的要求也日益嚴苛。相對於凸塊廠必須面臨縮小金凸塊Pitch、提高金凸塊之長寬比、增加凸塊表面平整性等諸多壓力,ACF廠面對的挑戰也不小,歸納兩項重要指標如下:

1. 縮小ACF之適用Pitch。

2. 降低ACF之固化溫度。

ACF 產品結合了物理結構及化學材料等諸多知識,長期以來掌控在日本廠商手中。目前日本廠商仍具壟斷地位,韓商近來發展已稍有成果,國內廠商則仍進展有限。 ACF為驅動IC封裝的主流膠材,未來在高密度IC之覆晶封裝的帶動下,應用領域可望持續擴大。以ACF市場規模來看,對廠商切入的誘因或許不大。但若以 技術推升的角度來看,國內廠商若要擺脫技術追隨而成為領先者的角色,ACF的投入則不可免,因為ACF已成為IC產品在Fine Pitch演進下必須掌握的關鍵材料。(本文由台灣工業銀行綜合研究所王志方提供)

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隨 著電子產品朝輕,薄,短,小化快速發展,各種攜帶式電子產品幾乎都已液晶顯示器作為顯示面板,特別是在攝錄放影機,筆記型電腦,大哥大或個人數位處理器 等產品上,液晶顯示器已是重要的組成元件。液晶顯示器除了液晶面板外,在其週邊必須連動驅動晶片作為顯示訊號之控制用途。一般而言,液晶面板與驅動IC系 統的介面銜接技術大致可分為下列幾種:捲帶式晶粒自動貼合技術(Tape Automated Bonding;TAB)、晶粒-玻璃接合技術(Chip on Glass;COG)、晶粒-軟板接合技術(Chip on Flex;COF)。

8 F5 O) t, @$ M4 j; a. G$ J3 a& _) j2 K* P" F7 J! m2 異方性導電膠膜(Anisotropic Conductive Film;ACF)

0 Q/ K! ?+ t6 }1 s: a3 i# T0 x, c$ \/ \$ o2.1 何謂異方性導電膠:其特點在於Z軸電氣導通方向與XY絕緣平面的電阻特性具有明顯的差異性。當Z軸導通電阻值與XY平面絕緣電阻值的差異超過一定比值後, 既可稱為良好的導電異方性。. t2 i: C: t7 x- y$ g- J' Y

; _* N  N3 t& E5 @" Y2.2 導通原理:利用導電粒子連接IC晶片與基板兩者之間的電極使之成為導通,同時又能避免相鄰兩電極間導通短路,而達成只在Z軸方向導通之目的。

5 [2 |$ U% M) n$ E3 w. J" J

2.3 產品分類:1. 異方性導電膏。9 [2 ^; m2 Q) w/ ) j) W* L7 ~# R- A) \2. 異方性導電膜。

6 ^. U* w' Q6 ]' X

異方性導電膜(ACF)具有可以連續加工(Tape-on-Reel)極低材料損失的特性,因此成為目前較普遍使用的產品形式。

2.4 主要組成:主要包括樹脂黏著劑、導電粒子兩大部分。樹脂黏著劑功能除了防濕氣,接著,耐熱及絕緣功能外主要為固定IC晶片與基板間電極相對位置,並提供一壓迫力量已維持電極與導電粒子間的接觸面積。

' j& c* C5 e: [  c2 m: y+ ^一般樹脂分為熱塑性樹脂與熱固性樹脂兩大類。熱塑性材料主要具有低溫接著,組裝快速極容易重工之優點,但亦具有高熱膨脹性和高吸濕性缺點,使其處於高溫 下 易劣化,無法符合可*性、信賴性之需求。而熱固性樹脂如環氧樹脂(Epoxy)、Polyimide等,則具有高溫安定性且熱膨脹性和吸濕性低等優點,但 加工溫度高且不易重工為其缺點,但其可*性高的優點仍為目前採用最廣泛之材料。0 @0 q0 c# n1 a2 ^

在導電粒子方面, 異方導電特性主要取決於導電粒子的充填率。雖然異方性導電膠其導電率會隨著導電粒子充填率的增加而提高,但同時也會提昇導電粒子互相接觸造成短路的機率。 另外,導電粒子的粒徑分布和分布均勻性亦會對異方導電特性有) j( i6 S. 所影響。通常,導電粒子必須具有良好的粒徑均一性和真圓度,以確保電極與導電粒子間的接觸面積一致,維持相同的導通電阻,並同時避免部分電極未接觸到導電 粒子,導致開路的情形發生。常見的粒徑範圍在3~5μm之間,太大的導電粒子會降低每個電極接觸的粒子數,同時也容易造成相鄰電極導電粒子接觸而短路的情 形;太小的導電粒子容易行成粒子聚集的問題,造成粒子分布密度不平均。

2 n2 Z8 a  c6 U& c  T  f4 q* F! L" M- \3 Z, _在導電粒子的種類方面目前已金屬粉末和高分子塑膠球表面塗佈金屬為主。常見使用的金屬粉鎳(Ni)、金(Au)、鎳上鍍金、銀及錫合金等。0 ^9 {# b* t9 `" J! U* \6 e3 u1

x( ?& Z/ A7 T' R7 U7 r' k) e* c) x6 Q目前在可*性和細間 距化的趨勢下,如COF和COG構裝所使用之異方性導電膠,其導電粒子多表面鍍鎳鍍金之高分子塑膠粉末,其特點在於塑膠核心具可壓縮性,因此可以增加電極 與導電粒子間的接觸面積,降低導通電阻;同時,塑膠核心與樹脂基礎原料的熱膨脹性較為接近,可以避免熱循環和熱衝擊環境時,在高溫或低溫環境下,導電粒子 因與樹脂基礎原料的熱膨脹性差異減少與電極間的接觸面積,導致導通電阻上升,甚至於開路失效的情形發生。/

# Y/ C% ~9 B  `; u+ h! A3 各廠商導電膠膜之差異% f, T' d9 O1 `- J. k4 `/ X. ^

7 S) E) p2 r. M; e. [3.1 Sony ACF(Single Layer)

Casio 發展出稱為Microconnector的先進ACF技術,應用在COF,COG接合上。此ACF材料主要是在導電粒子製作上有突破性發展。其 導電粒子除了如一般在塑膠核心表面鍍上金屬層之外,又再金屬層表面再塗佈一層10nm厚的絕緣層,而此絕緣層則是由極細微的樹脂粒子所組成。其發展材料之 樹脂黏著劑可以為熱塑性或熱固性材料,然後將導電粒子加入做成膏狀物或薄膜狀產品。當此材料貼附於軟板基板進行熱壓製程時,導電粒子與晶片凸 塊和軟板基板電極同時會壓破其接觸面的絕緣層(即Z軸方向),但未接觸的XY平面方向之絕緣層則不會被壓破,保持其絕緣性。因此Casio相信,使用此種 塗佈絕緣層的導電粒子,可以提高異方性導電膠的粒子密度,達到細間距和低導通電阻的要求,而同時又不會有短路的情形發生。

9 T- Y3 F: x- J) b2 k; y" C

. E4 Z& b1 [2 L2 j3.2 Hitachi ACF(Double Layer)4 @9 k9 o%

6 @3 E' N2 l- x" M" I針對細間距化的要求,日立化成則 提出了雙層(Double Layer)結構之ACF,雙層結構之上層為未添加導電粒子的樹脂層,而下層則是含有單層導電粒子的排列。與傳統單層結構之ACF相比,雙層結構可以在不 增加導電粒子密度的情形下,因下層局部粒子密度較高,使得電極單位接觸面積內之粒子密度較高,同時在接近晶片凸塊區域,因局部粒子密度較低而降低了短路的 情形發生。2 p+ T- ~9 _9 ^

' 在樹脂黏著劑方面,為了可*性的考量,日立化成在其產品上均選擇使用環氧樹脂系統已提高材料的黏著強度、玻璃轉移溫度及防濕性等特性。

簡單來說,要求精度特高的熱壓用ACF,比如TFT行業,COG BONGING,OLB BONDING,PCB BONGING,PDP BONDING等,用ACP,NCP的一般的FLIP CHIP BONDING比較多。比如IC CARD,TAG,

ACF最有名的好像日立,SONY,其他也有三星等,ACP廠家有不少如日本京瓷,SONY

 

 

 

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碧威信封-背面~1

陶瓷特性

隨 著奈米科技的興起,加上媒體的大肆報導,奈米成為家喻戶曉的微小單位。當然人們也知道,材料和奈米是分不開的。材料基本上可分為金屬、陶瓷及高分子三大 類,是一個非常廣泛的名詞,而陶瓷材料早已擺脫傳統的碗盤、衛浴器材等之應用,進入高科技領域例如:電腦、大哥大、汽車、人工關節、甚至太空梭之隔熱片等 尖端科技元件之應用。本文會針對陶瓷材料的結構(Structure)、性質(Property)與應用(Application)做一深入淺出的介紹, 期使大家對陶瓷材料有一基礎的認識。而且將會針對先進陶瓷材料的物理性質,由淺入深地,自陶瓷晶體的化學式、玻璃陶瓷的種種用途,及瓷材料的機械、電性 (含介電)及磁性等性質,本文整理有關陶瓷材料的種種資料,及相關報導,讓世人顛覆對陶瓷的看法。

貳●正文

一、什麼是 陶瓷材料陶瓷是一個很廣泛的名詞,通常定義為:須經高溫處理或緻密化的無機金屬材料,陶瓷涵蓋的範圍很廣,包括矽酸鹽、氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、 硼化物等,有些陶瓷含有金屬離子,如氧化鋁,有些則無,如碳化矽,陶瓷材料可能是人類最早製造的器物之一。數千年來,被用來製成各種家用器皿、裝飾品、磁 磚、水泥、玻璃及耐火材料等,是日常生活所不可缺少的,這些陶瓷製品統稱為傳統陶瓷,主要原料是一些矽酸化合物,如粘土,隨著科學的日新月異許多具有特殊 功能的陶瓷產品逐漸被開發出來,這些陶瓷被稱為精密陶瓷。它們具有絕佳的機械性質,出色的磁性、電性、光學及熱學性質,以及絕無僅有對高溫和腐蝕環境的抵 抗能力。因此,在研究發展上,愈來愈吸引人們的注意。精密陶瓷應用的範圍很廣,例如利用它們的高抗熱能力,可用於汽車引擎、燃燒器噴嘴和熱交換器等。

二、陶瓷材料的特性

一般而言,陶瓷材料具有下列特性:硬度高:已知的最硬物質-鑽石,以及氮化硼、碳化硼、碳化矽等,都是陶瓷。
01.耐腐蝕

許多陶瓷對氧化及化學腐蝕具抵抗能力。
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瓷材料科學工程應用之探討

02.耐高溫

陶瓷耐高溫的特色為其他材料所無法比擬,有些精密陶瓷可忍受高至1400度的溫度,而仍能保持其強度,而金屬材料即使是最耐熱的超合金,也很少可使用到高於1100度的溫度。
03.耐磨耗

陶瓷的耐磨能力比金屬優良。
04.重量輕

陶瓷大都比金屬輕,有時僅為金屬的百分之四十而已。因為重量輕可節省燃料,因此對飛機、飛彈以及太空船方面而言,非常重要。
05.摩擦係數低

陶瓷因具有低摩擦係數、高壓縮強度以及耐磨阻力,有些精密陶瓷可用於軸承等機械元件中而不需潤滑。
06.電、磁、光、熱特性

陶 瓷材料除了上述結構方面的特性,有些精密陶瓷也擁有許多特殊的電、磁、光、熱性質。脆性(或低韌性),陶瓷較其他材料具有較高脆性。掉下一個金屬杯時,杯 子僅產生一輕微的凹痕。而當掉下一個普通的瓷杯時,則常破裂成一堆碎片。脆性是陶瓷在結構應用上的最大致命傷。不過近年來,因為藉由改良粉體的製造處理, 以及發現新材料,以使陶瓷的韌性大為提高,有些陶瓷甚至被稱為瓷鋼。

三、黏土類陶瓷

泥土作物是人類最古老的工業之一, 我國習稱,凡用泥土為原料而做成的器皿,再用火燒成者,統稱為陶瓷。自然界中所產生的岩石類及各種黏土,混水產生可塑性,可塑造各種形狀的物品,在置於室 內,以適當溫度燒之,即成陶瓷,此類陶瓷包括大家所熟悉的建築瓷、飲食瓷、文具瓷、裝飾瓷、衛生瓷、理化瓷乃至電氣瓷,此類陶瓷所含的原料主要來自天然礦 產,以黏土、長石及石英三種為主。其中黏土原料含有極高的可塑性,故可經由各種方法形成。如徒手、轆轤及注漿等成形法,很早就為人類運用的長石是低熔點原 料,在990度即開始與其它原料
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反應產生液體,使原料粉末顆粒燒結較容易。石英在三種原料中反應較慢,有防止杯體因燒成產生液體而變形的作用。此外,一般日用陶瓷,常在表面塗兩成玻璃物質,稱為釉。釉除可使器皿表面平滑發光增加美觀外,並有使器皿不透液體,防止沾汙及增加壽命的作用。

四、玻璃玻璃是一種在高溫熔解的液體,而冷卻時卻沒產生結晶的固體。玻璃加熱至適當溫度時,像黏性的液體,透明且容易形成,因此廣泛作為窗玻璃及容器玻璃等應用。

玻璃的成分主要有三大類

01.玻璃形成劑

即形成玻璃的主要成分:SiO2、B2O3及PbO2等。
02.玻璃修飾劑

使玻璃易熔且黏度低的成分,如Na2O、CaO 及K2O 等。
03.中間劑

性 質介於前兩類之間,如A12O3等。這三類成份一不同比例組成,可形成特性變化很大的玻璃,如一般的窗玻璃或平板玻璃,主要由Na2O、CaO 及SiO2組成,而像水晶的鉛玻璃則主要由K2O、Na2O、PbO2及SiO2所組成。玻璃的應用,隨著需求,開發的新種類愈來愈多,如光學玻璃、電氣 用玻璃、透紫外線玻璃、紅外線玻璃、感光玻璃、結晶玻璃以及光纖等。其中商用光纖是由高純度的SiO2為主成分而製成,由於通訊容量比一般通訊方式大許 多,已逐漸取代傳統通訊方式而成為主流。

五、陶瓷電容器

電容器的主要功能為儲存電能,及阻止直流電而讓交流電通過等作用。這些均需要高電容的電容器。一般電容器的基本結構為一介電材料兩端度上金屬電極。電
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容 值的大小與介電材料的介電常數、電極面積成正比,而和介電材料的厚度成反比。早期電容器的介電常數,如紙質電容器及雲母電容器等,介電常數大多小於10。 而陶瓷材料中鈦酸鋇陶瓷的介電常數可高達2000左右,是目前陶瓷電容器的主要材料。餵了更勁一步提高電容值,可將鈦酸鋇做成厚度為數十微米的薄層,在與 金屬電極互相堆積。因為每一層厚度極薄,再加上已並聯方式堆積,因而整個電容器的有效介電常數可高至100.000,這是目前電子工業中應用最多的電容 器,稱為積層電容器(MLC)除此之外,有些特殊的電容器,包括障壁層電容器及弛緩材料電容器亦已逐漸受到重視,這些均為陶瓷材料所製成。

六、壓電陶瓷

壓 電陶瓷是具有壓電效應的陶瓷體。壓電效應是指當物體受到壓力時,會產生電荷(或電壓),即正壓電效應;或相反的,當物體受外加電壓時,會產生變形,即逆壓 電效應。壓電效應存在的必要條件,是材料的晶體結構不可有對稱中心。擁有鈣鈦礦結構的陶瓷,如鈦酸鋇和鋯鈦酸鉛等,其晶體結構中鈦原子和氧原子的中心不在 一處因此缺少對稱中心,而有壓電性,即是最有用的壓電陶瓷。壓電陶瓷的應用很廣,方式有

01.電能→機械能

當施加一交流電壓時,物體會有正負方向的機械波動。震動的頻率與材料特性、元件尺寸和設計有關。若在超音波範圍,則成為超音波震盪元件,可作為超音波洗淨器、聲納、超音波熔焊機等;若在音波範圍,則可做為揚聲器、高音喇叭、蜂鳴器等。
02.機械能→電能當施加外力時,物體會有感應電壓。外力有正負大小變化時,感應電壓亦有正負大小變化。應用於水中探測,水中物體移動產生的壓力波,被壓電元件轉換成電波,而偵測出來。也可應用於打火機、瓦斯爐內的點火元件。
03.電能→機械能→電能
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此類應用包括電子產品中應用極廣的濾波器等。

七、電光陶瓷

在 鋯鈦酸鉛(PZT)陶瓷中加入氧化鑭(La2O3),並經過適當程序,可製成透明的陶瓷。透光率達98以上,稱為PZLT電光陶瓷,PZLT陶瓷經過店場 極化後,不同極化狀態的光穿過陶瓷時,會產生相位差。若配置適當的偏光材料於光行途徑中,則在某些相位差時,光線無法通過,某些則可大部分通過。由於相位 差可靠電場控制,因此電場可以控制光線的穿透率,而成為電光陶瓷。PZLT已經有許多應用,如做為相機快門,利用電場控制光線的通過與否,不需如傳統機械 快門的複雜。又可作為濾色片、影像儲存元件、影像顯示元件及保護鏡等,用途極廣。

八、磁性陶瓷

磁性陶瓷主要為鐵氧磁體,包括
01.MFe2O4(尖晶石結構),M代表Ni、Mn、Zn、Mg及Co 等。

02.六方鐵氧磁體,如BaFe12O19等。
03. 拓榴石鐵氧磁體,如Y3Fe5O12等各具不同的特性,適合不同的用途。磁性陶瓷與金屬磁性材料相比,最顯著的優點是電阻高,故因磁場改變而產生的渦流損 失小很多。由於高頻應用時,渦流損失很重要故高頻時磁性陶瓷是主要的磁性材料。磁性陶瓷又大致可分為軟性及硬性。軟性者較易磁化,具有較高磁化率廣泛應用 於磁頭(如Ni-Zn尖晶石鐵氧磁體)、磁記憶元件(如Mn-Zn尖晶石鐵氧磁體)方面。硬性不易磁化,但磁化後殘存的磁性很高,且磁性不易消失,故可作 為永久磁鐵等應用。至於Y3Fe5O12主要用於微波元件。

九、陶瓷感應器

許多陶瓷在不同濕度環境下,電阻不同。經由電阻的測量,可知環境中的相對濕度,可作為濕度感應器,適用於烘衣機、微波爐、烤箱及工業烘乾設備的自動濕度偵測控制。

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有 些陶瓷在不同溫度下,電阻有明顯的不同。經由電阻的測量。經由電阻的測量,可知溫度的高低,可作為溫度感應器,或溫度補償元件,早已廣泛應用於醫療用自動 溫度偵測器、電子迴路的溫度補償等,如負溫度係數(NTC)熱敏電阻材料。另外,以鈦酸鋇可製成正溫度係數(PTC)陶瓷,應用於電視的砝磁器,可恆溫融 膠槍、熱風機等。有些陶瓷在不同氣氛下,有不同的電阻值,經由電阻的測量,可知氣氛(例如氧分壓)的高低此類陶瓷含有TiO2。而有些陶瓷會感應,不同的 電壓,經由電壓的測量亦可知氣氛的狀態,如ZrO2。應用於氣體趕測器,用以控制汽車引擎燃燒或工業窯爐的燃燒等,陶瓷感應器是利用陶瓷的半導體或化學特 性,將壓力、溫度、光、聲音、氣體及濕度等轉換成某些電器訊號(如電阻、電壓),而達到偵測的目的。

十、結構陶瓷

有些陶瓷不僅耐熱、耐蝕、耐磨耗、韌性高,而且在高溫亦具有高強度,此類陶瓷稱為結構陶瓷,主要有氮化矽、碳化矽等。由於具有上述特性。長期以來一直被視為陶瓷引擎的候選材料。易用於切削工具、模具及軸承等方面。

十一、生醫陶瓷

生 醫陶瓷指的是人體生理能夠相容,不受排斥,且無毒性的陶瓷,包括氫氧基磷灰石、三鈣磷酸鹽、氧化鋁及含鈣、磷的生醫玻璃及結晶玻璃等。含鈣及磷的陶瓷由於 與人體骨骼及牙齒的成分類似,因此容易接和且不受排斥,早已成為醫學上骨骼及牙齒的人造材料。而氧化鋁則因活性小且無毒性不受排斥,雖接合較差。但因本身 強度高,亦可用於齒根材料。

十二、陶瓷製程

陶瓷的製造方法,基本上對傳統陶瓷,及精密陶瓷而言,並無顯著的差異。所不 同的是在於傳統陶瓷所用的原料大部分取自天人原料,再加以處理而得。而精密陶瓷所用的原料則全以人工合成,不論在純度及粉體性質上的要求都高於傳統陶瓷, 陶瓷的製程以燒結體為主流可分為下列步驟起使原料的選擇需考慮純杜、粉末粒徑-粒度分佈,分散性及粉粒形狀等這些資料都必須依賴科學儀器的輔助分析才能獲 得,作為精密陶瓷燒結原料的粉體,其粒徑一般要求能均勻地維持在小於一微米的程度,陶瓷粉底的製備可分為機械與化學種兩種前者是利用機械方式將所需粉末藉 由混合、段燒及研磨等過程以獲得所需成分以降低粉鏡大小等目的。不過若要得到高純度且均勻的超微細粉末,則必須採用一些化學的粉體製作方法,例如氣相反應 法、液相析出法、溶劑蒸乾與淬取法、溶膠-凝膠法等。在成形方面,常用的陶瓷成形方式有乾壓法、鑄漿法擠出成形法及刮刀成形法等。
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燒 結是陶瓷製程中極重要的步驟,主要目的是將已成形好的胚體,藉由高溫(通常在物質融點的2/3 以上),造成原子的移動擴散產生熔合作用,而達到緻密化的目的。為達到這個目的,一般原料的粒徑需小於1微米。有時,為了幫助燒結,常加入少量較低融點的 物質,例如傳統陶瓷器即是以長石擔任此一角色。只是,這種燒結促進劑的增加,不能使陶瓷產品性能減弱。因此,如何進行粉末的製備,

製造出示合的粉體是精密陶瓷燒結的關鍵。有些燒結體還需經過一些加工處理,才能獲得所需陶瓷成品的尺寸、表面平整度等要求。最後經過性質測試,才能成為可用的陶瓷製品或做進一步的改良。以下將做更明確的講解:

01.原料選擇
A.原料:黏土,燧石,長石,氧化鋁,氧化鋯,碳化矽,氮化矽,鈦酸鋇等。
B.變數:純度,化學組成,粉末尺寸,形狀,數量及分怖。
02.粉體製備
A.固態反應法,化學共沉法,溶膠凝膠法(sol-gel method)等製粉方法.
B.變數:添加成形助劑(黏結劑,分散劑,潤滑劑等),研磨混合,煆燒(脫溶劑)溫度曲線,乾燥方式。
03.生坏成形
A.單軸加壓法,注漿成形 (slip casting),擠出成形,刮刀成形(tape casting),冷均壓法,射出成形(injection molding)

B.變數:脫除有機物(如黏結劑等)或生坏粗加工.
04.燒結
A.常壓燒結,氣氛燒結,熱壓燒結,快燒,反應燒結,熱均壓燒結(hot-isostatic-pressing)。
B.變數:燒結曲線,線收縮率
05.加工:切削,研光(lapping),拋光,雷射加工,放電加工及蝕刻加工。
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06.結合:陶瓷/金屬接合,擴散鍵結,金屬噴敷(metallizing),玻璃結合。
07.極化處理。
A.電子功能應用。
08.性能測試
A.破壞性-機械,熱學及化學性質.
B.非破壞性-電性,磁性及光學性質.
C.顯微結構-X光繞射,超音檢測,電子顯微鏡觀察.

參●結論

在 我閱讀完手邊的資料後,我只能講一句話:陶瓷不再只是陶瓷了。雖然擁有眾多的優點集於一身,但有一項是我們認為最重要的一項,那就是它的普遍性,也就是說 大量存在地表上,不要小看這個優點,如果陶瓷非常昂貴且稀少,就無法有效率的運用在我們生活中。在二十一世紀未來的歲月裡,陶瓷科技將主宰整個科學界,並 以直接或間接的方式來影響我們的生活,與我們息息相關,往後我們將會看見許多新的科技產品,
但大家千萬不要忘了,這些可是前人所留下來的心血結晶!

肆●引註資料
註一、陶瓷材料
http://www.nchu.edu.tw/~material/course/courseguide/%B3%B3%B2%A1%A7%F
7%AE%C6syllabus.doc

註二、陶瓷材料種類與應用 http://elearning.stut.edu.tw/caster/3.8.htm
註三、電子陶磁元組件 http://www.mrl.itri.org.tw/research/detail/i300.htm
註四、材料光電研究所-陶瓷材料及元件
http://www.mnd.gov.tw/division/~defense/mil/mnd/cs/chinese/material/mater_03_c
h.htm
註五、清華大學2004暑期材料工程研習營學習講義 簡昭和 2004 P77~P93
註六、精密陶瓷加工法 詹福賜,全華科技,出版日期:1994/02/15 P2~P17
註七、電子陶瓷材料 魏炯權/著,全華科技,出版日期:2004/07/09 P23~P81
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陶瓷材料科學工程應用之探討
9
註八、陶瓷材料 肖定全/編著,新文京開發出版有限公司,出版日期:2003/01/15
註九、影音資料:Discovery 地球新世代
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陶瓷磨球

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陶瓷磨球
Y-TZP氧化鋯相較其他陶瓷材料具有高強度、高韌性,比重(specific density)大,很適合用來做在電子陶瓷廠中研磨陶瓷粉末用或顏料的磨球。
在低污染的電子陶瓷原料研磨要求下,目前會導致鐵金屬污染的鋼珠研磨已不適合,在奈米及潔淨度要求較嚴苛的環境下,
工業界皆以Y-TZP磨球為研磨介質的首要選擇,同時在要求粉末的細度(fineness)及純度(purity)下,一般研磨介質已由金屬材料改為陶瓷材料,
粉體藉由機械研磨所造成的污染:90%來自研磨球;5%來自研磨轉子(rotor),另外5%來自研磨桶璧內襯(lining),
因此磨球的耐磨性(wear resistance)在顧客使用上,便顯的十分重要。
我們可以提供氧化鋯,氧化鋁,矽酸鋯及玻璃珠等材質的磨球,尺寸最小為0.1 mm到10 mm。
請參閱如下各類陶瓷球的物理及機械性質

各類材質磨球機械性質比較表

 

密度(g/cm3)

硬度(kg/cm2)

強度(MPa)

韌性(MPa.m0.5)

Y-TZP磨球

5.95-6.0

1000~1400

800~1200

6~10

矽酸鋯磨球

3.85~5.0

600

200-300

5

無鉛玻璃珠

2.6~4.4

200~800

100~300

0.2~0.8

鋼珠球

7.8

400~800

600~800

15

資料來源:Ceramic Media with improved efficiency

 

 

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Welcome to BWtool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting toolaerospace tool .HSS  DIN Cutting toolCarbide end millsCarbide cutting toolNAS Cutting toolNAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end milldisc milling cutter,Aerospace cutting toolhss drillФрезерыCarbide drillHigh speed steelCompound SharpenerMilling cutterINDUCTORS FOR PCDCVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) Core drillTapered end millsCVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden FingerPCD V-CutterPCD Wood toolsPCD Cutting toolsPCD Circular Saw BladePVDD End Millsdiamond tool. INDUCTORS FOR PCD . POWDER FORMING MACHINE Single Crystal Diamond Metric end millsMiniature end millsСпециальные режущие инструменты Пустотелое сверло Pilot reamerFraisesFresas con mango PCD (Polycrystalline diamond) ‘FresePOWDER FORMING MACHINEElectronics cutterStep drillMetal cutting sawDouble margin drillGun barrelAngle milling cutterCarbide burrsCarbide tipped cutterChamfering toolIC card engraving cutterSide cutterStaple CutterPCD diamond cutter specialized in grooving floorsV-Cut PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert PCD Diamond Tool Saw Blade with Indexable InsertNAS toolDIN or JIS toolSpecial toolMetal slitting sawsShell end millsSide and face milling cuttersSide chip clearance sawsLong end millsend mill grinderdrill grindersharpenerStub roughing end millsDovetail milling cuttersCarbide slot drillsCarbide torus cuttersAngel carbide end millsCarbide torus cuttersCarbide ball-nosed slot drillsMould cutterTool manufacturer.

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弊社は専門なエンドミルの製造メーカーで、客先に色んな分野のニーズ

豊富なパリエーションを満足させ、特にハイテク品質要求にサポート致します。

弊社は各領域に供給できる内容は:

(1)精密HSSエンドミルのR&D

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(3)鎢鋼エンドミル設計

(4)航空エンドミル設計

(5)超高硬度エンドミル

(6)ダイヤモンドエンドミル

(7)医療用品エンドミル設計

(8)自動車部品&材料加工向けエンドミル設計

弊社の製品の供給調達機能は:

(1)生活産業~ハイテク工業までのエンドミル設計

(2)ミクロエンドミル~大型エンドミル供給

(3)小Lot生産~大量発注対応供給

(4)オートメーション整備調達

(5)スポット対応~流れ生産対応

弊社の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。

Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для получения большей информации.

BWis specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web  www.tool-tool.com  for more info.

 

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TaiwanTrade2

1.機械加工

機 械加工是陶瓷材料的傳統加工技術,也是應用範圍最廣的加工方法。機械加工主要是指對陶瓷材料進行車削、切割、磨削、鑽孔等。其工藝簡單,加工效率高,但由 於陶瓷材料的高硬、高脆,因此機械加工難以加工形狀複雜、尺寸精度高、表面粗糙度低、高可靠性的工程陶瓷部件。下圖為切割、磨削、鑽削加工示意圖。

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陶瓷的機械加工示意圖
a 切割加工  b磨削加工  c鑽削加工

(1)陶瓷材料的切削加工

切 削加工是利用金剛石、立方氮化硼、硬質合金等超硬刀具對陶瓷材料進行平面加工,通常採用濕法切削,即不斷向刀具噴射切削液。使用切削液的主要目的是帶走切 削碎屑、減少刀具與材料的摩擦,降低刀具和加工材料的溫度,延長刀具使用壽命、減少材料表面損傷等。由於加工過程中,材料表面受到機械應力作用,容易在材 料表面產生凹坑、崩口、表面及表下層微裂紋。刀具、切削液的選擇,刀具切削進給速度、進給量等工藝參數的優化,是陶瓷材料切削加工的研究熱點問題。

(2)陶瓷材料的磨削、拋光加工

陶 瓷燒結體表面,由於在成型、燒結以及加工過程中引人大量凹痕、微裂紋等缺陷,在工程使用及力學性能測試之前通常需經過磨削、研磨和拋光處理。它們的加工機 理都是通過磨料與陶瓷工件在一定壓力作用下,隨著磨料與材料表面的相互運動,磨料顆粒與工件表面凹凸峰相互摩擦以實現材料表面的平整性。磨料、磨削液的選 擇,作用壓力和相互滑移速度的控制是該加工方法的關鍵。

(3)陶瓷材料的鑽孔加工

陶瓷發動機、航太航空、化工機械等 工程領域應用的陶瓷零件,通常需要進行孔洞的鑽削加工。尤其帶有螺紋的孔洞加工是陶瓷材料加工工藝中要求極高的工藝操作。目前機械鑽削方法只能加工數毫米 的陶瓷孔洞。微小孔洞的加工需要超聲、鐳射、放電加工,以及機械加工等加工技術的複合加工。

2.放電加工

1947年B.R.Lazarenko等提出了放電加工硬質金屬材料的新思路。80年代末,放電加工技術被引入陶瓷材料加工領域。研究表明:當單相或陶瓷/陶瓷、陶瓷/金屬複合材料的電阻小於100Ω.m時,陶瓷材料可以進行放電加工,加工原理略。

根據放電加工的基本原理,材料的可加工性能主要取決於電學、熱物理性能,如:電導率、熔點、比熱、導熱係數等。

放電加工是製備高尺寸精度、低表面粗糙度、複雜形狀高性能陶瓷元件很有應用前景的加工技術,深入研究放電加工工藝控制步驟,設計和製備導電性能和力學性能俱佳的複相陶瓷材料是該方法未來發展的關鍵。

3.超聲波加工

超 聲波加工是利用產生超聲振動的工具(模具),帶動工具和陶瓷元件間的磨料懸浮液,衝擊和拋磨工件進行加工。隨著工具在三維方向上的進給,工具端部的形狀被 逐步複製在陶瓷工件上。常用的磨料是碳化硼、碳化矽和氧化鋁等。一般選用的工作液為水,為提高材料表面的加工品質,也可用煤油或機油作液體介質。研究表 明:用金剛石砂輪作超聲波振動磨削陶瓷材料時,材料的去除速率隨加工強度的增大而增高,只有達到某一臨界壓強時,磨料對陶瓷材料才有磨削作用。超聲波加工 的原理略。部分陶瓷材料超聲波加工的工藝參數如下表所示。

 

 

 

部分陶瓷材料採用超聲波加工的參數表

製品名稱

磨料

加工速度(mm/min)

磨料

磨料目數

石英

SiC

320

5.5

單晶ZrO2

SiC

320

3.5

紅寶石

SiC

280

0.8

Al2O3

SiC

280

3.6

Si3N4

B4C

280

3.0

SiC

B4C

280

3.0

4.鐳射加工

在 陶瓷材料上採用鐳射鑽孔和切割,一般所需鐳射功率為150W~15kW。但同放電加工一樣,由於陶瓷材料熱導率低,高能束可能會在材料表面產生熱應力集 中,形成微裂紋、大的碎屑、甚至材料斷裂。鐳射加工適合於在有機物和陶瓷等無機物材料上進行微鑽孔、微切割、製作微結構。目前已能加工直徑為4~5μm、 深徑比達10以上的微孔。通常所用鐳射源為CO2和Nd:YAG鐳射。

5.複合加工

針 對不同陶瓷材料及陶瓷材料的不同熱力學、物化性能,傳統機械加工技術不斷完善,同時新型加工技術層出不窮。傳統加工技術效率高、尺寸精度低、表面光潔度 差,各種新型電、熱、化學、鐳射等加工技術適合加工精度要求高、形狀複雜同時具有特定性能(導電性、化學特性等)的陶瓷材料,但同時具有加工效率低、要求 加工形狀尺寸小等。近年來,各種複合加工技術在實驗室及工程領域得到廣泛重視和應用。各種複合加工技術包括:化學機械加工、電解磨削、超聲機械磨削、電火 花磨削、超聲電火花複合加工、電解電火花複合加工、電解電火花機械磨削複合加工等。工程實踐表明:複合加工技術可提高材料的加工 效率和改善加工後材料的表面品質,是陶瓷材料加工技術發展的趨勢之一。

下面以化學機械加工中的化學機械效應 (Chemmechanical)來說明複合加工的優勢。 在 陶瓷材料的磨削、切削過程中,噴射的磨削、切削液通過與加工件表面的相互化學鍵合,對材料的去除率及表面光潔度有顯著的影響。由於加工摩擦產生的機械能, 引發許多複雜的化學反應。這種所謂的“化學機械效應”直接影響機加工過程中的摩擦係數、刀具或砂輪的磨損率、材料表面的粗糙度及力學性能、材料的去除率 等。因此分析和研究磨削、切削液的理化性能對陶瓷材料加工性能的影響,選擇適當的切削、磨削液也非常重要。Liang H.等研究了切削液、磨削液與藍寶石、氧化鋁多晶材料、單晶矽、氮化矽、碳化矽和矽玻璃等在加工中的化學機械作用。研究表明:硼酸和矽酸的水溶液分別作為 不同陶瓷材料的切削液,其鑽孔效率比水和商用切削液提高50%左右。Jahanmir S.等發現,在加工氧化鋁多晶材料時,硼酸替代水作切削液,鑽孔率提高,而硼酸對藍寶石和矽基陶瓷材料則末發現相同的效應。估計可能是硼酸與氧化鋁多晶材 料的無定形晶界相反應,促使晶粒間發生斷裂,提高了材料加工過程中的去除率。另一種化合物矽酸不與氧化鋁相互作用,卻可提高單晶矽、氮化矽、碳化矽材料的 加工性能,目前該化學機械作用的機理還不清楚。

 

 

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机 械零件的破坏,一般总是从表面层开始的。产品的性能,尤其是它的可靠性和耐久性,在很大程度上取决于零件表面层的质量。研究机械加工表面质量的目的就是为 了掌握机械加工中各种工艺因素对加工表面质量影响的规律,以便运用这些规律来控制加工过程,最终达到改善表面质量、提高产品使用性能的目的。

一、机械加工表面质量对机器使用性能的影响

(一)表面质量对耐磨性的影响

表面粗糙度对耐磨性的影响

一个刚加工好的摩擦副的两个接触表面之间,最初阶段只在表面粗糙的的峰部接触,实际接触面积远小于理论接触面积,在相互接触的峰部有非常大的单位应力,使实际接触面积处产生塑性变形、弹性变形和峰部之间的剪切破坏,引起严重磨损。

零件磨损一般可分为三个阶段,初期磨损阶段、正常磨损阶段和剧烈磨损阶段。

表 面粗糙度对零件表面磨损的影响很大。一般说表面粗糙度值愈小,其磨损性愈好。但表面粗糙度值太小,润滑油不易储存,接触面之间容易发生分子粘接,磨损反而 增加。因此,接触面的粗糙度有一个最佳值,其值与零件的工作情况有关,工作载荷加大时,初期磨损量增大,表面粗糙度最佳值也加大。

表面冷作硬化对耐磨性的影响
加工表面的冷作硬化使摩擦副表面层金属的显微硬度提高,故一般可使耐磨性提高。但也不是冷作硬化程度愈高,耐磨性就愈高,这是因为过分的冷作硬化将引起金属组织过度疏松,甚至出现裂纹和表层金属的剥落,使耐磨性下降。

(二)表面质量对疲劳强度的影响

金属受交变载荷作用后产生的疲劳破坏往往发生在零件表面和表面冷硬层下面,因此零件的表面质量对疲劳强度影响很大。

表面粗糙度对疲劳强度的影响

在交变载荷作用下,表面粗糙度的凹谷部位容易引起应力集中,产生疲劳裂纹。表面粗糙度值愈大,表面的纹痕愈深,纹底半径愈小,抗疲劳破坏底能力就愈差。

残余应力、冷作硬化对疲劳强度的影响

余应力对零件疲劳强度的影响很大。表面层残余拉应力将使疲劳裂纹扩大,加速疲劳破坏;而表面层残余应力能够阻止疲劳裂纹的扩展,延缓疲劳破坏的产生

表面冷硬一般伴有残余应力的产生,可以防止裂纹产生并阻止已有裂纹的扩展,对提高疲劳强度有利。

(三)表面质量对耐蚀性的影响

零件的耐蚀性在很大程度上取决于表面粗糙度。表面粗糙度值愈大,则凹谷中聚积腐蚀性物质就愈多。抗蚀性就愈差。

表面层的残余拉应力会产生应力腐蚀开裂,降低零件的耐磨性,而残余压应力则能防止应力腐蚀开裂。
(四)表面质量对配合质量的影响

表面粗糙度值的大小将影响配合表面的配合质量。对于间隙配合,粗糙度值大会使磨损加大,间隙增大,破坏了要求的配合性质。对于过盈配合,装配过程中一部分表面凸峰被挤平,实际过盈量减小,降低了配合件间的连接强度。

二、影响表面粗糙度的因素

(一)切削加工影响表面粗糙度的因素

刀具几何形状的复映

刀具相对于工件作进给运动时,在加工表面留下了切削层残留面积,其形状时刀具几何形状的复映。减小进给量、主偏角、副偏角以及增大刀尖圆弧半径,均可减小残留面积的高度。

此外,适当增大刀具的前角以减小切削时的塑性变形程度,合理选择润滑液和提高刀具刃磨质量以减小切削时的塑性变形和抑制刀瘤、鳞刺的生成,也是减小表面粗糙度值的有效措施。

工件材料的性质

加工塑性材料时,由刀具对金属的挤压产生了塑性变形,加之刀具迫使切屑与工件分离的撕裂作用,使表面粗糙度值加大。工件材料韧性愈好,金属的塑性变形愈大,加工表面就愈粗糙。

加工脆性材料时,其切屑呈碎粒状,由于切屑的崩碎而在加工表面留下许多麻点,使表面粗糙。

切削用量

(二)磨削加工影响表面粗糙度的因素

正像切削加工时表面粗糙度的形成过程一样,磨削加工表面粗糙度的形成也时由几何因素和表面金属的塑性变形来决定的。

影响磨削表面粗糙的主要因素有:
砂轮的粒度
砂轮的硬度
砂轮的修整
磨削速度
磨削径向进给量与光磨次数
工件圆周进给速度与轴向进给量
冷却润滑液

三、影响加工表面层物理机械性能的因素

在 切削加工中,工件由于受到切削力和切削热的作用,使表面层金属的物理机械性能产生变化,最主要的变化是表面层金属显微硬度的变化、金相组织的变化和残余应 力的产生。由于磨削加工时所产生的塑性变形和切削热比刀刃切削时更严重,因而磨削加工后加工表面层上述三项物理机械性能的变化会很大。
(一)表面层冷作硬化

冷作硬化及其评定参数

机 械加工过程中因切削力作用产生的塑性变形,使晶格扭曲、畸变,晶粒间产生剪切滑移,晶粒被拉长和纤维化,甚至破碎,这些都会使表面层金属的硬度和强度提 高,这种现象称为冷作硬化(或称为强化)。表面层金属强化的结果,会增大金属变形的阻力,减小金属的塑性,金属的物理性质也会发生变化。

被 冷作硬化的金属处于高能位的不稳定状态,只有一有可能,金属的不稳定状态就要向比较稳定的状态转化,这种现象称为弱化。弱化作用的大小取决于温度的高低、 温度持续时间的长短和强化程度的大小。由于金属在机械加工过程中同时受到力和热的作用,因此,加工后表层金属的最后性质取决于强化和弱化综合作用的结果。
评定冷作硬化的指标有三项,即表层金属的显微硬度HV、硬化层深度h和硬化程度N。

影响冷作硬化的主要因素

切削刃钝圆半径增大,对表层金属的挤压作用增强,塑性变形加剧,导致冷硬增强。刀具后刀面磨损增大,后刀面与被加工表面的摩擦加剧,塑性变形增大,导致冷硬增强。

切削速度增大,刀具与工件的作用时间缩短,使塑性变形扩展深度减小,冷硬层深度减小。切削速度增大后,切削热在工件表面层上的作用时间也缩短乐,将使冷硬程度增加。进给量增大,切削力也增大,表层金属的塑性变形加剧,冷硬作用加强。

工件材料的塑性愈大,冷硬现象就愈严重。

(二)表面层材料金相组织变化

当切削热使被加工表面的温度超过相变温度后,表层金属的金相组织将会发生变化。

磨削烧伤

当被磨工件表面层温度达到相变温度以上时,表层金属发生金相组织的变化,使表层金属强度和硬度降低,并伴有残余应力产生,甚至出现微观裂纹,这种现象称为磨削烧伤。在磨削淬火钢时,可能产生以下三种烧伤:

回火烧伤

如果磨削区的温度未超过淬火钢的相变温度,但已超过马氏体的转变温度,工件表层金属的回火马氏体组织将转变成硬度较低的回火组织(索氏体或托氏体),这种烧伤称为回火烧伤。

淬火烧伤

如果磨削区温度超过了相变温度,再加上冷却液的急冷作用,表层金属发生二次淬火,使表层金属出现二次淬火马氏体组织,其硬度比原来的回火马氏体的高,在它的下层,因冷却较慢,出现了硬度比原先的回火马氏体低的回火组织(索氏体或托氏体),这种烧伤称为淬火烧伤。

退火烧伤

如果磨削区温度超过了相变温度,而磨削区域又无冷却液进入,表层金属将产生退火组织,表面硬度将急剧下降,这种烧伤称为退火烧伤。

改善磨削烧伤的途径

磨削热是造成磨削烧伤的根源,故改善磨削烧伤由两个途径:一是尽可能地减少磨削热地产生;二是改善冷却条件,尽量使产生地热量少传入工件。
正确选择砂轮
合理选择切削用量
改善冷却条件

(三)表面层残余应力

产生残余应力的原因

切削时在加工表面金属层内有塑性变形发生,使表面金属的比容加大

由于塑性变形只在表层金属中产生,而表层金属的比容增大,体积膨胀,不可避免地要受到与它相连的里层金属的阻止,因此就在表面金属层产生了残余应力,而在里层金属中产生残余拉应力。

切削加工中,切削区会有大量的切削热产生

不同金相组织具有不同的密度,亦具有不同的比容。

如果表面层金属产生了金相组织的变化,表层金属比容的变化必然要受到与之相连的基体金属的阻碍,因而就有残余应力产生。

零件主要工作表面最终工序加工方法的选择

零件主要工作表面最终工序加工方法的选择至关重要,因为最终工序在该工作表面留下的残余应力将直接影响机器零件的使用性能。

选择零件主要工作表面最终工序加工方法,须考虑该零件主要工作表面的具体工作条件和可能的破坏形式。

在交变载荷作用下,机器零件表面上的局部微观裂纹,会因拉应力的作用使原生裂纹扩大,最后导致零件断裂。从提高零件抵抗疲劳破坏的角度考虑,该表面最终工序应选择能在该表面产生残余压应力的加工方法。

 

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