TW200836865A - The method for surface treatment and the device thereof - Google Patents

Description

200836865 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本案係指一種表面處理方法及其裝置，尤指一種整合放電 加工及表面拋光的方法及其裝置。 【先前技術】 微放電加工屬於非接觸式的加工方法，放電時電極與工件 並無接觸’所以件上沒有切肖彳影響，殘㈣力極小，所以加 工時沒有受限於材料的機械性質，可以加工相當硬的材質之外 也可以加工難以切削加工的材料，表現出其優異的加工特性； 也不文制於材料的形狀，可以加工非常鈿、薄、微小複雜的元 件曲面。然而放電所加工出來的表面佈滿放電火花衝擊所造成 §午多的放電坑(crater)、微裂痕(microcrack)與放電融熔所形成的 再鑄層(recastedlayer)，因而影響加工表面的品質，使得表面粗 糙度沒有達到理想的狀態。許多研究學者大多藉由降低放電能 I、或是減小脈衝電流及時間、或是以添加粉末的方式、或是 改變電極材料來改善放電加工的表面粗度的問題，但是單一製 ( 程技術總有其製程本身特性的先天限制，任憑加工參數、製程 條件如何改變都僅能達到有限程度的最佳化改善。隨著3c產 業的需求目前模具的設計要求不僅尺寸越來越微小，表面也要 ，光成為鏡面，以達職生產量、長模具壽命與低成本的目 標。故放電加工後表面還需要進行拋光的後製程，才能達到3C 產業精密模具的要求。抛光的義很多，主要分為游離磨粒拋 光、固定磨粒拋光、以及無磨粒拋光三大類。可是無論何類的 拋光均相當繁複，方法也是非常的繁瑣，加工時常常耗費鉅 時，所花費的成本也自然高昂。除此之外，處理拋光時還要移 5 200836865 動工件到拋光機器，對於微細且精密的加工其定位也是相 以克服的問題。若要徹底改變其限制，唯有結合不同加工ς生 的製程互為截長補短才能發揮更大的效益，採用複合加工的方 士來進行，將放電加X輔助其他的方法或模式進行加工，如此 名去移動工件的時間，也減省控制定位問題，成本與經濟效益 自峡化許乡。按查考目前纽電加工複合德光肋有放^ 加工所能結合的加工技術，有結合了電解拋光 (EleCtr〇P〇lishing)、電泳沉積泅_沖〇_ 一也㈣ Γ 研磨（Magnetic abrasive finishing)、超音波振動等等。以下分 別簡述其主要加工方式以及與放電加工結合的優缺點：（1)電ς 抛光需不同於放電加工液之電解溶液，無法與放電加工同時進 行，加工中會有氣泡鈍化層製程不穩定，且加工形狀容易圓角 化；（2)電泳沉積拋光，磨粒不易自銳需控制沉積層結合強度且 沉積厚度易受形狀影響，無法加工外形曲率變化大的複雜形 狀，使用強酸性電解溶液及辅助電極，製程較繁雜；（2)磁力研 磨拋光，有撓性的磁力拋光刷，但磁場控制與設備較複雜且控 C 制不易；以及(2)超音波振動研磨’磨粒不易進入研磨區加工效 率差’工具與工件間有相對振動加工誤差大。 職是之故，申請人鑑於習知技術中所產生之缺失，經過悉 心試驗與研究，並一本鎮而不捨之精神，終構思出本案「表面 處理方法及其裝置」，能夠克服上述缺點，以下為本案之簡要 說明。 【發明内容】 本案發明人在反覆思考後提出本發明表面處理方法及其 裝置。本發明乃將電流變液(Electrorheology fluid，ER)作為放 6 200836865 電加工液，利用電極與工件之間電場控制ER結構，提出電流 變液拋光(Electrorheology Polishing)。利用電流變液之特性，形 成結合磨粒之拋光刷，完成拋光效果以及改善加工精度，使得 工件表面能達到鏡面的狀態，延長模具的使用壽命，並達成無 後處理的放電加工製程。 Γ

根據本發明的構想，提出一種表面處理的方法，包括步驟 提供I第一及一第二電導體並在該等電導體間形成一電場；以 ^黏滯性對應於電場酸變躺物質包覆料電導體；驅動該 專電‘體使其彼此間產生相對運動；以及變動該電場。 一較佳地’本發明所提供之該種表面處理方法，其中在該等 電導體間形成-電場的步驟，更包括步驟在該等電導體間產生 “較佳地’本發明所提供之該種表面處理方法，其中變動該 電場的步驟，更包括步驟提昇該電壓差；以及降低該電壓差。 車乂佺地’本發明所提供之該種表面處理方法，其中該等電 導體間具有一間隙。 提供之該種絲處理綠，其中該等電 幸乂佳地’本發明所提供之該種表 相對運動的方式之i旋轉轉鮮體財之―。 、〜H土地本發明所提供之該種表面處理方法，其中在娜 ’n於電場強度變動的㈣中更包括數個磨粒。 、、帶性Μ；»撕提供之該種表面處理方法，其巾在該黏 對應電场強度變動的物質為電流變液。 仏地本务明所提供之該種表自處理方法，其中在該黏 7 200836865 祕對應於電場強錢動的物質由㈣及澱粉所組成。 較佳地，本發明更提供一種實施該種表面處理方法的裝 置。 ^ Γ: 本發明具備以下特色及n(1)可_騎密微小模具加 工拋光的改善；(2)糊電極與工狀㈣場㈣電流變液㈣ 結構’其反應速率快(約lms)，並具有可逆性；⑶可與放電加 工同時進行；（4)提供撓性拋細可加工娜外形，且易得良好 表面粗度；（5)世界㈣將賴變液應麟放電加工；⑹可利 用本技術來達成模具的同一製程下進行放電加工與抛光；⑺ 使用ER之放電拋光技術可發展成不受加工外形限制之微拖光 技術，超越現有拋光技術；（8)過去放電加工常無法克服表面粗 度無法鏡__，其表面粗度約Ra〇.2〃m *本發明在適當 的加工液濃度娜與妓餅下，可_ Ra_#m數十夺^ 類鏡面等級表面粗度；⑼本方法整合放電加工與拋光的機二不、 但對放電加οι的表面進行品纽善，節錢製程的不便及時 與成本。

【實施方式】 本案將可由以下的實施例說明而得到充分瞭解，使得熟 白本技藝之人士可以據以完成之，然本案之實施並非可由下 列實施案例而被限制其實施型態。 请參照第-圖，為實施本發明的基本裝置示意圖。第一 圖中的基本裝置10包括-電腦廳、示波器1G2、電流搶跡 電源104、控制電路105、動力襄置12、電流變液13、 14及電導體15。其中動力裝置12為-馬達或其他能夠帶動 8 200836865 電導體ΐ5進行輛旋轉的裝置，上 =電流變液12當中而受到電流變液12二=^ 的材質亦為電導辦千 m, & =材貝’而工件14及電導體15間保持一間 、/、二、、在，工件14為任何需要進行夺 面處理)或拋光處理的物質，如手機外殼、數^ 相機外咸、PDA外殼或MP3外殼料。 •^本f明所採用的電流變液又稱Winslow流體，是-種由 Ο ί. 的介_粒與絕緣液體混合而成的複雜流 祕絕緣液體巾的介電微粒具有容雜化的特 右電場的狀況下，電流變液與一般流體一樣為具 ΐ流動性f的液體，當辭電流魏每厘米數k伏特的電場 日m贿會在瞬_為錄的越，更 :以轉換為固體，基於以上所述，電流變液 一= 性對應於電場強度變動的物質。 本發明的電流變液U係利用石夕油(丁舰㈣作為载液 亚L配祕她成，並另於電流變射加人絲，磨粒在 =中則以氧化!g充之。本發明的電流變液不限於液狀，隨 耆浪度的變化’可能觸浮液、黏瓣狀及半固狀等。 擬進行放電拋光時，先將控制電路1〇5與電源1〇 而對料體15輸出正極電流(+)，對辑14輸出正極電产 (-)(非僅限於對電導體15輸出正極電流(+)，對工件14輸蚊 極電流(-)，對電導體1S輸出正極電流㈠，對工件u輸出正 極電流(+)亦可），並經由控制電路1〇5的控制在電導體Μ及 工件14間產生-電壓差而連帶地在電導體is及工件μ間形 成一電場，藉由變動此電壓差連帶地可變動此電場，在電導 9 200836865 體15及工件14間形成一電場。 接著開啟動力褒置U以帶動電導體b進行轴旋轉，藉 此工件14及電導體15間將產生相對運動(非僅限於以動力裝 置12驅動電導體15，亦可以適當方式鶴功丨*而產生工 件14及電導體15間的相對運動，亦可收相同效果），而在工 件Η及電導體I5騎行相對運動的期㈤内，經由控制電路 的控_依需求變動介於蹲财電導體15 _電壓差 幻剛妾麦動於其間的電場大小。在多數的狀況下，電 p %大小的㈣是贼律的交替方歧行提昇麟低電壓差而 達成，也就是以定頻率的方式，規律的增強及降低電壓差， 藉此形成電場強度的規律變化(非僅限於定頻率，亦可以非定 頻率方式進行，須視需求的狀況而定）。 請繼續參照第二圖⑻及(b)，為本發明同時達成放電並拋 光的原理示意圖。第二圖中包括工件14、電導體15、磨粒 及電流變液13中所含的顆粒22。首先請參照第二圖⑷，當 工件14及電導體15間處於未施予電場的放電狀態時，所謂 〔 放電狀態包括工件Η及電導體15間的電壓差正處於降低的 狀態(電壓差下降的放電狀態），或是工件14及電導體15間沒 有電壓差的狀態(工件14及電導體15間無通電），此時由於顆 粒22中的所有電荷以隨機而不規則的方式散佈在顆粒 中’因此顆粒22並未呈現出特別的極化狀態，係處於電中性 的狀悲，因此顆粒22以隨機而不規則的方式散佈在電流變液 13中。此狀態即為放電加工(EDM)狀態，在此放電狀態中， 放電時因瞬間的電壓降所產生的放電火花能夠去除工件14表 面上多餘的材料，而達成修整/力口工工件14表面的功效。 200836865 請繼續參照第二圖(b)，當工件14及電導體15間處於施 予電場的充電狀態時，所謂充電狀態包括工件14及電導體15 間的電壓差正處於提昇的狀態(電壓差上升的充電狀態)，此時 由於顆粒22中的所有電荷將呈現出特別的極化狀態，負電荷 及正電荷將分別集中於顆粒22的兩端，因此受極化後的顆粒 22將以規則的纖維鍊狀結構散佈在電流變液η中，如同第二 圖(b)所揭示的狀態，此即為充電拋光狀態，由於電導體15 、 仍正在進行軸旋轉，因此電流變液13中摘粒22所形成的 規則的纖維鍊狀結構(或可稱為拋光刷)， 粒U而對工件Η表面產生打磨的功效，進而對工件、14 ^ 面進行非常精緻的拋光。 綜合以上所述，本發明最基本的實施方式即為，分別在 =件14及電導體15間辭賴差，並以定解的規則方式 父替地提昇碰差鱗低賴差，#胁放綠態(也就是降 低廷，差8卞)日守，將對工件表面的瑕疵或多餘材/料進行修整處 理’當處於充電狀態(也就是提昇電壓差時)時，將對工件表面 u 放電拋光處理，藉此，本發明能夠整合「放電加工」及「表 面拋光」兩種製程’但請詳為注意，本發明的實施非僅限ς 式變動電賴電場，亦可以非定頻率方式變動 電壓差或電場’須視需求的狀況而定。 請參照第.，為_本發_表面處理方法對工件進 ίΐί!工ί表面抛光後的效果示意圖。第三圖為在最高電 ，動力裝置轉速為2000ipm的狀況下，分別在〇 〇68 二二的/面觀察與表面粗糙度’其中第三圖⑻的狀 况為電^受液減0-10wt%(重量百分濃度)及表面粗經度恥 11 200836865 為0.28/zm、第三圖(b)的狀況為電流變液濃度1(M〇wt%(重量 百分濃度)及表面粗糙度Ra為（Χ20//Π1、第三圖(c)的狀況為 電流變液濃度20-10wt%(重量百分濃度)及表面粗糙度Ra為 〇.14//m、第三圖⑹的狀況為電流變液濃度〇_1〇wt%(重量百 分濃度)及表面粗糙度Ra為0.10//m、第三圖(e)的狀況為電 流變液濃度ΙΟ-lOwt%(重量百分濃度)及表面粗糙度^^為〇 〇6 //m、第三圖(f)的狀況為電流變液濃度2〇_1〇wt%(重量百分濃 度)及表面粗糙度Ra為〇·〇8⑽。由第三圖⑻中很明顯的 在較小的電谷下，表面粗韆度會比較好，而隨著電流變液濃 度的增加，Ra最佳可以至〇·06//π1。第三圖明白的揭示了本 發明可達成整合「放電加工」及「表面拋光」並顯著的達成 表面加工的效果。 如此可在同一製程中進行放電加工以及表面拋光，為一 個創新的複合式加工製程。實驗結果證實，電流變液能夠作 為放電加工(EDM)之介電液而進行放電加卫，仍保有放電加 工的行為與基本特性。添加適當濃度的電流變液與氧化鋁磨 粒(10-lOwt%)，在放電加工的製程下對工件同時進行拋光， 2得到粗糙度為Ra 60nm之加工表面，使工件達到奈米級的 精良表面粗糙度(roughness) 〇 依以上所揭露者，本發明所揭露的表面處理方法具有下 特色(1)反應速率快(約lms)，具有可逆性；⑺可與放電加工 同日守進行，（3)提供撓性拋光刷可加工複雜外形，且易得良好 表面粗度；（4)世界首創將電流變液應用於放電加工，可利用 為精密微小模具加工拋光的改善。 本案實為一難得一見，值得珍惜的難得明，惟以上所 12 200836865 述者，僅為本發明之最佳實施例而已，當不能以之限定本發 明所實施之範圍。即大凡依本發日种請專利範_作之均^ 變化與修飾，皆翁屬於本發财·蓋之細内，謹請貴 審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。 、 【圖式簡單說明】 第一圖為實施本發明的基本裝置示意圖 η 第二圖為本發明同時達成放電並拋光的原理示意圖；以及 第三圖為利用本發明的表面處理方法對工件進行放電加 工及表面拋光後的效果示意圖。 【主要元件符號說明】 10 :基本裝置 102 :示波器 104 :電源 12 :動力裝置 14 :工件 21 :磨粒 101 :電腦 103 :電流搶 105 :控制電路 13 :電流變液 15 :電導體 22 :顆粒 13

Claims (1)

1. 200836865 ‘申請專利範圍： -種表面處理的方法，包括步驟： 場； 提供一第一及一第二電導體並在該等電導體間形成一電 以一黏滯性對應於電場強度變動的物質包覆該等電導體； 驅動該尊電導體使其彼此間產生相對運動；以及 變動該電場。 Γ 2·依申請專利範圍第1項所述之方法，其中在該等電導體間形 成一電場的步驟，更包括步驟·· 在該等電導體間產生一電壓差。 3.依申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中變動該電場的 步驟，更包括步驟·· 提昇該電壓差，·以及 降低該電壓差。 ^依申請專利範圍第！項所述之方法，該等電導體間具有一間 I序、0 申料利細第丨項所述之方法，該等電導體其中之一為 嫩蝴目對運動的 8.依申請專利範圍第1項所述之方法，1巾力兮机 丨‘心刀，无具中在该黏滯性對應於 电豕強度變動的物質為電流變液。 9·依申請專利範圍第丨項所述方 乃次具_在该黏滯性對應於 14 200836865 電場強度變動的物質由矽油及澱粉所組成。 10. —種實施申請專利範圍第1項所述方法的裝置。