Abstract
於產品精密度之要求﹐多樣少量之精密航空太空､機械及塑膠模具零組件的製造﹐常以切削加工達成﹐而其中難切削材或欲達至相當之表面品質及尺寸和幾何精度﹐則往往施以磨削加工﹐因此磨削加工之異常現象已為研究者所關切。由於磨削加工為一高能量率之切削過程﹐其所造成之熱傷害﹐如燒傷､加工變質層､熱微裂縫､殘留應力等已廣為探討﹐然於磨削時﹐磨削熱對工件之幾何與尺寸精度之研究﹐則少矣。 模具用之板狀鋼料如SKD11及SKD61﹐其具有低熱傳導係數之性質(約為碳鋼的一半以下)﹐於磨削時因熱量累積於工件內部﹐磨削區域附近更有一極高之溫度梯度﹐此些溫度梯度造成工件於磨削過程中呈凸狀變形﹐因磨削區域之凸狀變形將為砂輪去除﹐使得冷卻後之工件成凹狀外型。因此於精密磨削時﹐不易得到一平整之工件磨削面。相關學者已指出此類凸狀變形之發生機制為熱彎曲力矩, 但未建立理論模式及與實驗值比較。 切削加工領域之研究可分為三範疇；切削性、切削力學及加工監測。遇一新機具或新材料，首先要瞭解的是其好不好切削？適當的切削條件為何？表面品質為何？稱之為切削性探討；而為進一步建立其切削時之切削力量、溫度、應力及變形模式，以理論或統計方法構建其切削條件與上述各量之關係，則為切削力學之探討。而於實際生產，因切削性及切削力學尚未建立時，為達自動化排除異常狀況及精密設定相關條件時，以適當的感測器監測加工過程﹐可提供一保證加工品質的途徑﹐則為加工監測。而且加工監測為適應控制之首要步驟﹐因此﹐對於磨削加工時﹐工件因暫態之凸狀變形﹐而導致之過磨異常現象﹐應輔以適當之自動化監測系統﹐提供回饋訊息予控制器或技術員﹐以防止異常之惡化。 本文旨在從基本熱傳遞學及彈性力學分析此凸狀變形之發生機制求﹐並以適當之感測器建立一線上監測系統﹐以監測並預防此凸狀變形之異常現象的發生。本文共分七章﹐第一章簡介此加工異常之背景﹐並數及本論文之重點。第二章以有限差分法求解﹐平面磨削時被加工件之三維暫態溫度場。其中磨削區域為一具有限面積之移動熱源﹐在各時間單位時以高斯謝德法求解溫度之聯立方程組﹐當達收斂時﹐再進行下一時間單位之溫度分佈的求解。其後以所求得之溫度﹐在第三章由樑理論建構被加工件之熱彎曲力矩､熱應力分佈及變形場之理論模式﹐並以多重數值積分法離散上述模式﹐而得到其離散解。第四章以數值分析求得熱傳導係數､熱對流係數､工件厚度､砂輪與工件之接觸長度及傳進工件能量比率對磨削溫度､熱彎曲力矩､熱應力及熱變形的影響﹐其中並探討磁力吸盤對熱彎曲力矩之抵禦能力。據冷凍導管之磁力吸盤對工件凸狀變形的影響﹐亦在此章探討。第五章中則以第三章所建立之工件凸狀變形理論模式與實驗結果比較，瞭解單行程與多行程凸狀變形之結果，並討論傳入工件之磨削能比率與所建樑理論模式之誤差。第六章則以聲波放射感測器及動力計量測﹐工件發生凸狀變形異常現象時之訊號反應﹐並以其訊號反應建立行程間與行程中之監測策略﹐在時域中﹐以迴歸法﹐求得行程中之監測特徵的變化，而後半部份則為監測模式之確認。第七章為本論文之結論。