以田口方法探討放電加工鍍層於表面...

以田口方法探討放電加工鍍層於表面改質之研究

蕭惟隆 1 林忠民 2

摘要

本文係利用田口式實驗法，並使用自行研製之機電式動態放電加工鍍層試驗機實

驗，探討在供應電壓、放電間隙距離、放電持續時間及放電休止時間等參數條件下對

鍍層影響之機制，求取實驗之最佳化實驗參數，並且使用光學顯微鏡及掃瞄式電子顯

微鏡(SEM)觀察鍍層表面形貌，探討實驗參數對鍍層厚度之影響。由田口式實驗法分

析得知，表面粗糙度最佳化製程參數組合為 A2B3C3D1，鍍層表面均勻性最佳化製程

參數組合為 A2B1C3D1，鍍層剖面厚度最佳化製程參數組合為 A2B2C1D3。實驗結果得

知，鍍層厚度會隨著放電加工時間增加而增加，當時間達到 142s 後，則鍍層厚度會

隨著加工時間的增加而減少；在相同的放電加工時間下，鍍層厚度隨著供應電壓的增

加而增加，當電壓達 200V後，鍍層厚度會隨著供應電壓的增加而減少；在相同的供

應電壓下，則鍍層厚度隨著放電間隙距離的增加而增加。

關鍵字：放電加工，放電被覆，表面改質，田口法

1 正修科技大學機械工程系講師 2 正修科技大學機械工程系教授

高雄師大學報 2009, 27, 17-34

投稿日期：民國 98 年 9 月 20 日；接受刊登日期 98 年 12 月 11 日

18 高雄師大學報第二十七期

Application of Taguchi Method in Optimization of Surface Modification by Electrical

Discharge Coating Technique

Wei-Lung Hsiao* Chung-Ming Lin**

Abstract

In this paper, the effects of supply voltage, gap distance, pulse-on and pulse-off

duration time on the mechanism of coating layer are studied by Taguchi Method and a

specific designed EDC tester. The optimal parameters for the surface modification of the

coating layer have been obtained. Moreover, the surface profile of the coating layer is

observed by using the optical microscope and SEM to evaluate the effects on the thickness

of coating layer. The results show that the optimal parameters combination for the surface

roughness is A2B3C3D1, A2B1C3D1 for the coating layer distribution and A2B2C1D3 for the

coating layer thickness. The experimental results also show that the coating thickness

increases with increasing process time, but decreases with increasing after process time

over 142 seconds. However, at the same process time, the coating thickness increases with

increasing supply voltage, but decreases with increasing after supply voltage over 200

Volts. Furthermore,, the coating layer thickness increases with increasing gap distance

under the same supply voltage.

Keywords: EDM, EDC, Surface modification, Taguchi Method.

* Instructor, Department of Mechanical Engineering, Chen Shiu University. ** Professor, Department of Mechanical Engineering, Chen Shiu University.

以田口方法探討放電加工鍍層於表面改質之研究 19

壹、前言

近幾年來，在切削刀具與模具表面改質方面作得相當成功，處理的技術也相對提高達到所

要求的期望。表面改質處理之目的是為了要改變材料表面的耐蝕性、耐磨耗性等性質。以往的

表面處理方式常以 PVD、CVD 方法作 TiC 單層鍍膜已廣泛使用於刀具上，尤其在高速鋼刀具，但 PVD、CVD 需要有複雜的真空處理裝置，且真空爐的大小決定了加工物的尺寸，也無法針對局部來進行表面處理。放電表面被覆(Electrical Discharge Coating)是直接利用傳統放電加工機來對表面進行被覆處理，透過火花放電作用將作為電極的導電材料熔化滲進工件表層，形成合

金化的表面硬化層，而使工件得以改善工作表面的物理、化學和機械性能，相對於 PVD、CVD而言，此法設備成本低、硬化層與基材的結合強度高而且可以自由選擇電極材料等特點，加工

溫度低；尺寸控制容易，亦可依據工件要求性能，進行局部或大面積之表面處理。一般而言，為了提高切削刀具耐磨耗及延長使用壽命，目前常用方法有滲碳、氮化處理、

PVD、CVD 及電漿噴敷[1]，以便在刀具表面上得到硬質薄膜。單層硬質薄膜如 TiN 與 CrN，TiN 薄膜常應用於切削刀具[2-3]，具有較高的硬度、較低的摩擦系數和良好的化學穩定性，不過由於氮化鈦鍍層在溫度 600℃時會產生氧化作用，由於附著性差，TiO2 氧化層會在氮化鈦鍍層頂端生成脆性相，且成長率隨著溫度的增加而增加，尤其在溫度 700℃時數分鐘後氮化鈦鍍層會有數 μm 的氧化層，因此會喪失抗磨耗功能[4]，而 CrN 薄膜具有低摩擦係數、高硬度、高韌性且具有抗腐蝕特性[5-6]。

上述這些方法大都以 PVD 或 CVD 達成，尤其是高速鋼刀具，若刀具使用一段時間磨耗後必須重磨才能再使用，當重磨過程中，鍍層會被移除，其壽命會比原來時降低。因此若要維持

其原來性質必須重新鍍膜，鍍膜前刀具表面必須再清洗使具有足夠之黏附性以活化表面才能作

鍍膜處理，此步驟需有整批刀具才適合，一般而言，重新鍍膜處理需在特殊環境下才可進行。

為了解決此問題，近年來發展出利用放電加工法在工件表面形成硬化層，即稱放電表面被覆

(EDC)[7]，利用此法可以在重磨過的刀具表面與模具表面鍍上一層硬化層。從 1980 年代就已經有以 PVD 濺鍍 TiN 薄膜，較高的硬度、較低的摩擦系數和良好的化學

穩定性且快速應用於工業方面與切削刀具[8]，CrN 薄膜高韌性且具有抗腐蝕，因此在刀具上之應用引起相當的興趣，常用於滑動材料，如汽車元件、切削元件及模具，CrN 薄膜明顯的優於TiN 薄膜[5-6]。Mohri 等人[9-10]使用 Ti 壓粉體燒結電極，在煤油中對金屬模成功被覆硬化層，實驗得知，可以提高表面硬度，黏附力為未者或 PVD 鍍 TiN 物件之 3 倍，壽命可延長 3-7 倍。Goto 等人[11-13]利用矽電極以 EDC 方法應用於刀具上，結果顯示刀腹磨損量為未實施 EDC 刀具的十分之一，且利用 TiC 電極方法應用於刀具上，其塗層硬度可達 2000-2800HV。Furutani等[14-15]利用 EDC 方法對工件表面實施碳化鈦硬化層工作，Uno 等人[16]利用 EDC 方法以鎳粉在工件上實施鋁銅雙硬化層。Ming 等人[17]則發現放電加工液中加入 Si、Ni 或 Cr 粉時，可提升表面的機械性質，獲得耐蝕、耐磨及高硬度的加工表面。

如上所述，切削刀具必須具備有較高的硬度、較低的摩擦系數和良好的化學穩定性以增加

其使用壽命，使用 EDC 方法在刀具上被覆硬化層是可行的方法。但上述大部分研究均著重於切削刀具改善，且大都需要以粉末冶金製作壓粉體電極方式進行披覆。對於模具表面之耐磨耗改


善方面甚少探討。本研究自行製作一部機電式放電加工被覆試驗機，以銅電極於絕緣液中添加

碳化鎢粉末於模具鋼材料上被覆碳化鎢硬化層，進而應用田口式實驗法，探討實驗參數對鍍層

之影響。

貳、實驗設備及方法

一、實驗設備

一般傳統放電加工機之供應電壓、放電間隙、放電加工時間、放電持續時間及放電休止時

間等參數較不易任意調整至所需之實驗要求，本研究乃自行研製之機電式動態放電加工鍍層試

驗機，如圖 1 所示，探討供應電壓、放電間隙距離、放電持續時間及放電休止時間，對模具鋼表面電鍍層影響機制。本試驗機使用二支每轉可移動 0.5mm 之非轉動軸型分厘卡。為使調整放電間隙距離精度能達 1μm，利用速度比為 1：4 之行星減速機構驅動分厘做上下微小移動，行星減速機構藉由解析度為 1.8°/步之步進馬達來驅動，步進馬達則由 PC 程式來控制。銅棒電極係固定於第一支分厘卡上可作左右移動，為了防止分厘卡的螺桿背隙造成量測精度，使用固定在

第二支分厘卡與固定在第一支分厘卡上之參考平板來量測試片之移動距離。固定於第二支分厘

卡上之 LVDT 探頭連結至刻度 0.1μm 電動比測儀，因此，放電間隙之微小移動距離可由此量測。另外為了使放電被覆時避免粉末會受放電火花之衝擊力衝開而影響被覆效果，本實驗設計一絕

緣中空套筒套於電極以形成一密閉空間，使粉末於此空間內進行被覆。

Stepping Motor and Gear Reducer

Reference plate

Workpiece

Copper electrodeDielectric Oiland powder

Load Cell

Data acquisition system

Personal computer

Personal computer

Oscilloscope

Electrical comparator

DC power supply

Pulse generatorr

. ..

..

... .. . .

...

... ...

. ... .

... ..

.BushingOil tank

Spring

Micrometer head 1

Micrometer head 2

table

圖 1 機電式動態放電加工鍍層試驗機示意圖

二、實驗試片

本實驗所使用之試片、電極及絕緣中空套筒之幾何形狀與尺寸如圖 2 所示。


圖 2(a)為 SKD11 模具鋼試片，圖 2(b)為內徑 4mm、長 15mm 的鐵氟龍(PTFE)絕緣套筒，圖2(c)為黃銅電極。絕緣液採用一般最常用的煤油，用以冷卻放電過程中所產生之熱量，煤油中添加了碳化鎢粉末，作為被覆的材料，碳化鎢粉末粒徑約為 10-15μm，如圖 3所示。實驗後之鍍層試片須經由精密切割機進行切片，經鑲埋後，再以砂紙#240、#400、#600，#800、#1000、#1200、#2000、1μm 與 0.3μm 之氧化鋁粉依序研磨拋光，處理完成後的試片放入超音波洗淨器清洗中以丙酮清洗。

25

15

8

φ 4.5

15

(a) (b)

60

φ 4

(c)

圖 2 試片幾何形狀與尺寸

圖 3 碳化鎢粉末

三、實驗步驟

實驗前，電極和試片先使用丙酮經超音波清洗機清洗後，電極固定於第一支分厘卡頭之夾

具上，試片則固定於油槽中，首先調整第一支分厘卡頭向下運動，使套筒向下移動至與試片表

面輕微接觸，此時藉由力量感測器得知彈簧及套筒和試片之接觸力量，再藉由個人電腦及自行


撰寫之程式控制步進馬達旋轉，驅動速度比 1：4 行星減速機構使第一支分厘卡頭轉動，其移動距離之精度可達 1μm。為了防止分厘卡的螺桿背隙造成量測精度，利用固定於第二支分厘卡頭上之圓型探頭來量測固定於第一支分厘卡頭上之參考平板之移動距離，因此利用參考平板的移

動距離來調整電極與試片間之距離。因圓型探頭連結至精度 0.1μm 電子比測儀，電極移動距離由電子比測儀量測，其接觸狀況由數位電錶電阻值決定。當電極往上移動，電極與試片間之接

觸電阻由 6.5Ω逐漸增大至 200Ω後迅速增至∞Ω，這表示接觸面的峰端完全被隔離。一般而言，接觸電阻在 6.5Ω至 200Ω屬於混合潤滑，試片間已達到真實接觸[18]。因此，若接觸電阻為 200Ω時，電極與試片之間隙距離設定為零，電子比測儀歸零。當電極持續向上移動其距離由電子比

測儀顯示，此值即為放電的間隙距離。此時絕緣套筒之底端緊密貼合於工件表面，此間隙距離

成為一密閉空間狀態。

參、實驗結果與討論

一、規劃選用直交表

本研究使用 Taguchi Genichi 直交表[19-21]進行各種最佳化參數探討，其實驗條件如表 1 所示，選用供應電壓、放電間隙距離、放電持續時間與放電休止時間四項因子(Factor)，尋找合適的直交表(Orthogonal array)與水準數(Level)，使用 L9(34)之直交表，如表 2 所示。L9(34)代表總共有 9 組實驗，有 3 個水準及 4 個因子，如表 3 所示。

表 1 實驗條件

實驗參數實驗範圍供應電壓 V (V) 200V～250V 放電間隙距離 d (μm) 50μm～100μm 放電持續時間 τon (μs) 25μs～35μs 放電休止時間 τoff (μs) 500μs～1000μs 放電加工時間 s (sec) 142s

表 2 L9(34)直交表

No. A (供應電壓) B

(放電間隙距離) C

(放電持續時間) D

(放電休止時間) 1 1 1 1 1 2 1 2 2 2 3 1 3 3 3 4 2 1 2 3 5 2 2 3 1 6 2 3 1 2 7 3 1 3 2 8 3 2 1 3 9 3 3 2 1


表 3 因子水準對照表

LevelFactors Level 1 Level 2 Level 3

A(供應電壓) 200 225 250 B(放電間隙距離) 50 75 100 C(放電持續時間) 25 30 35 D(放電休止時間) 500 750 1000

二、應用田口法於放電鍍層實驗

在本研究中，為獲得因子不同反應的非線性效果，則不計各因子間彼此的交互作用結果，

並依據田口式實驗規劃實驗之加工參數與水準值配置，進行放電鍍層實驗，其實驗條件如表 2之 L9(34)直交表所示。實驗過程中為降低實驗誤差所導致後續分析上的困擾，並針對 L9(34)直交表每項實驗條件均進行三次重複實驗，且針對鍍層表面粗糙度、鍍層表面均勻性與鍍層厚度分

析探討，其中田口法各項數據係使用 minitab 套裝軟體運算，於 minitab 中選擇直交表之種類L9(34)，再於直交表中輸入表 4、表 7 與表 9 中實驗所得之各項數據進行分析計算，其分析結果分述如下。

(一)鍍層表面粗糙度分析

本實驗依據表 2 之 L9(34)直交表配置實驗參數，其分析鍍層表面粗糙度之結果，使用表面粗度儀(Surfcorder SE-3300)量取鍍層之粗糙度，量測之取樣長度為 5.5mm，以 Ra值作為量測標準。所得實驗結果之粗糙度與 Ra值分別如圖 4 與表 4 所示，由表 4 中可知粗糙度最小為 5 號試片。


No. Ra -1 Ra -2 Ra -3

1

2

3

4

5

6

7

8

9

圖 4 各試片鍍層表面平均粗糙度


表 4 實驗之鍍層表面粗糙度值 Ra

實驗因子水準實驗數據 No. A B C D Ra -1 Ra -2 Ra -3

y 1 1 1 1 1 3.054 3.167 3.691 3.304 2 1 2 2 2 3.648 4.064 3.960 3.891 3 1 3 3 3 3.393 3.107 3.184 3.228 4 2 1 2 3 3.755 3.516 3.710 3.660 5 2 2 3 1 2.952 3.022 3.116 3.030 6 2 3 1 2 3.117 3.167 3.418 3.234 7 3 1 3 2 3.517 3.484 3.060 3.354 8 3 2 1 3 3.615 3.805 3.777 3.732 9 3 3 2 1 3.871 3.302 3.932 3.702

以表面粗糙度而言，Ra值越小越好，因此屬於望小特性，故利用 ( )22log10/ SyNS +−= 公式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 y 與標準差 S，其結果如表 5 所示。

表 5 鍍層表面粗糙度之 S/N 比

No. 平均值 y 標準偏差 S 雜訊比 S/N 1 3.304 0.340 -10.427 2 3.891 0.216 -11.814 3 3.228 0.148 -10.188 4 3.660 0.127 -11.276 5 3.030 0.283 - 9.752 6 3.234 0.161 -10.206 7 3.354 0.255 -10.535 8 3.732 0.103 -11.443 9 3.702 0.347 -11.406

為了解每一個控制因子在不同水準值下對表面粗糙度的影響程度，必須計算每一個控制因

子在各個水準值下對表面粗糙度的平均 S/N 比強度，其回應圖如圖 5 所示。由圖 5 中可得知最佳參數組合 A2B3C3D1，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的結果的準確性。依據式(1)～(4)計算出 S/N 比平均值T ，再運算各個控制因子 A2B3C3D1之 S/N 比平均值μ為-8.682 (db)，粗糙度預測值 ŷ 為 2.947μm，如表 6 所示。

最後驗證最佳化參數 A2B3C3D1之準確性，實驗所得表面粗糙度值如表 12 所示，其中 y、S及 S/N 所得與上述表 5 計算符合。最後依據式(1)～(4)計算出 μ之預測值與驗證值相差0.908(db)， ŷ 之預測值與驗證值相差 0.06μm，μ與 ŷ 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 12 所示。


μ=⋅ 2ˆlog10- y n

T

n

i∑= 1

η (1)

( ) ( ) ( ) ( )TTTTT LevelLevelLevelLevel +++++= D-C-B-Aμ (2)

1010ˆμ

=y (3)

μ=⋅ 2ˆlog10- y (4)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16-12

-11

-10

-9

S/N

ratio

of

R a (d

b)

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

圖 5 鍍層表面粗度糙之 S/N 比回應圖

表 6 表面粗糙度值之預測值表

預測最佳化參數 A2 B3 C3 D1 預測值 -10.078 -10.600 -9.825 -10.195

μ 預測值 -8.682 (db) ŷ 預測度表面粗糙值 2.947(μm)

(二)鍍層表面均勻性分析

為了解鍍層表面分佈之均勻性，其均勻性係指在圓內白色部分之碳化鎢與黑色部分之基材

所佔的百分比，利用 malab 軟體撰寫之影像處理程式進行分析掃瞄式電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope, SEM)所得鍍層表面之背向電子影像(BEI)圖片，將影像二極化處理，使鍍層呈現白色、基材呈現黑色，並計算鍍層所佔比率，其分析結果如圖 6 及表 7 所示，由表 7 可知鍍層表面均勻性 5 號試片最佳。


No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Data1

Data2

Data3

圖 6 鍍層表面均勻性

表 7 實驗之鍍層表面均勻性

實驗因子水準實驗數據 No. A B C D Data 1 Data 2 Data 3 y

1 1 1 1 1 75.4 75.5 73.7 74.9 2 1 2 2 2 69.6 69.7 71.2 70.2 3 1 3 3 3 74.2 74.5 75.2 74.6 4 2 1 2 3 72.9 73.0 72.2 72.7 5 2 2 3 1 77.3 77.4 77.1 77.3 6 2 3 1 2 76.2 76.3 74.8 75.8 7 3 1 3 2 77.2 77.7 76.7 77.2 8 3 2 1 3 67.3 68.5 70.6 68.8 9 3 3 2 1 73.5 73.5 71.9 73.0

以鍍層表面均勻性而言，分佈越高越好，以提高分佈面積範圍，因此屬於望大特性，故利

用ny

NS

n

i i∑=−= 1

2

1

log10/ 公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

y 與標準差 S，其結果如表 8 所示。為了不解每一個控制因子在同水準值下對鍍層表面分佈的影響程度，必須計算每一個控制

因子在各個水準值下對鍍層表面分佈的平均 S/N 比強度，其回應圖如圖 7 所示。


表 8 鍍層表面均勻性之 S/N 比

No. 平均值 y 標準偏差 S 雜訊比 S/N 1 74.9 1.01 37.49 2 70.2 0.90 36.92 3 74.6 0.51 37.46 4 72.7 0.44 37.23 5 77.3 0.15 37.76 6 75.8 0.84 37.59 7 77.2 0.50 37.75 8 68.8 1.67 36.75 9 73.0 0.92 37.26

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1636

37

38

39

S/N

ratio

of

D (d

b)

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

圖 7 鍍層表面均勻性之 S/N 比回應圖

由圖 7 中可得知最佳參數組合 A2B1C3D1 不，但此組合並在 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。與粗糙度方法相同依序求

出T、μ為 38.10(db)，均勻性預測值 ŷ 為 80.40%，如表 11 所示。。最後驗證最佳化參數 A2B1C3D1之準確性，μ預測值與驗證值相差 0.03(db)， ŷ 預測值與驗證值相差 0.33%，μ與 ŷ 之差值在誤差範圍內，由此得知田口式實驗法的再現性佳，結果如表 12 所示。

(三)鍍層厚度分析

本實驗依據表 2 L9(34)直交表配置實驗參數，將實驗後之試片予以剖切斷面，經研磨拋光後，以掃瞄式電子顯微鏡觀測其剖切斷面，並量測鍍層厚度，分析結果如圖 8 及表 9 所示，由表 9 中可知 5 號試片厚度最佳。


No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Data1

Data2

Data3

圖 8 鍍層厚度 SEM 照片圖

表 9 實驗之鍍層厚度

實驗因子水準實驗數據 No. A B C D Data 1 Data 2 Data 3

y 1 1 1 1 1 16.4 15.6 15.2 15.7 2 1 2 2 2 16.8 14.8 15.6 15.7 3 1 3 3 3 14.0 14.4 14.4 14.3 4 2 1 2 3 16.8 16.4 16.8 16.7 5 2 2 3 1 17.6 16.0 18.0 17.2 6 2 3 1 2 15.2 16.4 14.0 15.2 7 3 1 3 2 13.2 15.2 14.0 14.1 8 3 2 1 3 16.4 17.2 17.2 16.9 9 3 3 2 1 13.6 13.2 14.0 13.6

以鍍層厚度而言，厚度越高越好，因此屬於望大特性，故利用ny

NS

n

i i∑=−= 1

2

1

log10/ 公求

得各項實驗條件之 S/N 比，並再依序計算出各組實驗條件之平均值 y 與標準差 S，其結果如表10 所示。


表 10 鍍層厚度之 S/N 比

No. 平均值 y 標準偏差 S 雜訊比 S/N 1 15.7 0.6 23.9 2 15.7 1.0 23.9 3 14.3 0.2 23.1 4 16.7 0.2 24.4 5 17.2 1.1 24.7 6 15.2 1.2 23.6 7 14.1 1.0 23.0 8 16.9 0.5 24.6 9 13.6 0.4 22.7

為了解每一個控制因子在不同水準值下對鍍層厚度的影響程度，必須計算每一個控制因子

在各個水準值下對鍍層厚度的平均 S/N 比強度，並製成回應圖如圖 9 所示。

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1622

23

24

25

S/N

ratio

of

h (d

b)

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

圖 9 鍍層厚度之 S/N 比回應圖

由圖 9 中可得知最佳參數組合 A2B2C1D3 不，但此組合並在 L9(34)直交表內的實驗條件項目行中，因此須進驗證實驗以確認田口方法分析出的結果有其準確性。與粗糙度方法相同依序求

出T 、μ為 25.4 (db)，厚度預測值 ŷ 為 18.7μm，如表 11 所示。最後驗證最佳化參數 A2B2C1D3之準確性，μ預測值與驗證值相差 0.3(db)， ŷ 預測值與驗證值相差 0.7μm，μ與 ŷ 之差值在誤差範圍內，由此得知田口式實驗法的再現性佳，結果如表 12 所示。

表 11 預測數據表

表面粗糙度表面均勻性厚度

μ預測值 -8.682 (db) 38.10(db) 25.4 (db) ŷ 預測值 2.947μm 80.40% 18.7μm


表 12 實驗驗證數據表

表面粗糙度表面均勻性厚度

μ 驗證值 -9.59 (db) 38.07 (db) 25.10 (db) ŷ 驗證值 3.01 (μm) 80.07(%) 18.0 (μm)

三、實驗參數對鍍層厚度之影響

由上述田口法所得對鍍層厚度之主要影響參數為放電間隙距離與供應電壓，因此本實驗中

以供應電壓 100-300V，放電間隙 50-150μm，放電加工時間 34s-284s，放電持續時間τon 25μs，放電休止時間τoff 500μs 之實驗條件下，探討主要影響參數對鍍層厚度之影響

圖 10 表示在放電間隙距離 50μm 條件下，不同放電加工時間與供應電壓對鍍層厚度之影響。由圖中可得知，鍍層厚度會隨著加工時間增加而增加，但在加工時間 142 秒後鍍層厚度會減少。在一定的加工時間條件下，鍍層厚度會隨著供應電壓增加而增加，但在供應電壓 200V後鍍層厚度會減少。

圖 11 至圖 12 分別表示放電間隙距離 100μm 及 150μm 條件下，在一定的放電間隙距離與放電加工時間條件下對鍍層厚度之影響，其結果與圖 11 相似。由圖 11 至圖 13 中得知在不同的放電間隙距離條件下，鍍層厚度隨著放電間隙距離增加而增加。

0 71 142 213 284 355Machining time, s (sec)

0

5

10

15

20

Coa

ting

thic

knes

s, h

(μm

)

Supply voltage300V200V100V

圖 10 在放電間隙距離 50μm 條件下，不同加工時間與供應電壓對鍍層厚度之影響



0

5

10

15

20

25

Coa

ting

thic

knes

s, h

(μm

)




0

5

10

15

20

25

Coa

ting

thic

knes

s, h

(μm

)




肆、結論

本研究使用自行研製之機電式動態放電加工鍍層試驗機，應用田口式實驗法所得之最佳化

參數與主要影響參數，探討在不同供應電壓、放電間隙距離、放電持續時間及放電休止時間條

件下對模具鋼表面鍍層影響之機制。並使用光學顯微鏡及掃瞄式電子顯微鏡(SEM)觀察鍍層形

貌，主要研究結果如下：

由田口式實驗法分析得知，表面粗糙度最佳化製程參數組合為 A2B3C3D1，其中主要的影響

參數為放電持續時間與供應電壓。鍍層表面均勻性最佳化製程參數組合為 A2B1C3D1其中主要的

影響參數為放電持續時間、放電休止時間與放電間隙距離。鍍層厚度最佳化製程參數組合為

A2B2C1D3其中主要的影響參數為放電間隙距離與供應電壓。

經田口式實驗法所得之驗證實驗數據為表面粗糙度驗證實驗-9.59db、3.01μm；鍍層表面均

勻性為 38.07db、80.07%；鍍層厚度為 25.10db、18.00μm，由此得知分析結果與實驗結果吻合。

放電加工所得之鍍層厚度會隨著放電加工時間增加而增加，當達到 142s 後，則隨著加工時

間的增加而減少；在相同的放電加工時間下，鍍層厚度隨著供應電壓的增加而增加，在電壓達

200V 後，則隨著供應電壓的增加而減少；在相同的供應電壓下鍍層厚度隨著放電間隙距離的增

加而增加，當間隙距離大於放電門檻間隙時，鍍層厚度不再增加。

誌謝

本文由正修科大技大學補助研究經費，在此誌謝，並感謝林忠民教授提供寶貴意見及周勇

良碩士在 SEM 與實驗方面的協助。

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