academic

Ch18 §

Powder Metallurgy (粉末冶金) §

• 優點
  • 減少機械加工 elimination or reduction of machining
  • 減少廢料產生 scrap is eliminated or reduced
  • 高產率
  • 複雜形狀
  • 多種成份 wide composition variations
  • 多種性質 wide property variations
• 缺點
  • 強度較差 inferior strength property
  • 器具和材料成本較高
  • 形狀和尺寸的限制
  • 燒結時尺寸變化 dimensional changes during sintering
  • 密度變化
  • 健康和安全性
• 四個步驟
  • 粉末製造
  • 混合
  • 壓縮 compacting
  • 燒結 sintering
• 粉末的重要性質（3顆粒 1表面 流動 密度 壓縮 格林）
  • 顆粒形狀, 不規則的粉末在壓實時 壓胚的強度較大
  • 顆粒大小, 細粉末的燒結性較好
  • 顆粒尺寸分佈
  • 表面材質
  • 可流動性 flow rate
    • 粉末可經流動而充滿模穴的情形
    • the ease with which powder can be fed and distributed into a die
  • 視密度 apparent density
    • 每單位體積的重量
    • the ability to fill available space with external pressure
  • 可壓縮性 compressibility
    • 壓縮前粉末與壓縮後物件的體積比
    • effectiveness of applied pressure
  • green strength
    • 壓縮後的強度
    • the strength of the pressed powder after compacting
• 影響PM成品的變數
  • 粉末 type and size
  • 潤滑劑 type and amount
  • 擠壓壓力pressing pressure
  • 燒結溫度和時間
  • finishing treatment
• 粉末製造方法
  • 霧化法 atomization
    • 將低熔點金屬融化 以噴漆原理在氣流中噴射成極細的微粒(small droplets) 再冷卻固化
  • 還原法 (chemical) reduction methoddeposition
    • 用粉狀的金屬氧化物 在熔點下以與還原性的氣體接觸 deposition還原直接得到金屬粉末
    • 鐵粉
  • 電解堆積 Electrolytic deposition
    • 於電解液中 鋼板作為陽極 不鏽鋼為陰極 通電後 電積鐵粉會沉積在陰極上 剝下後再加工
  • 粉碎 pulveriztion
  • 研磨 grind
  • 熱解 thermal decomposition from particulae htdrides
  • 溶液沉澱 precipitation from solution
  • 金屬蒸氣 濃縮 condensation of vapors
  • 預製合金粉末 prealloyed powders
    • 用完全融化的合金製成
    • 因純金屬混合時 燒結溫度在熔點以下 無法使純金屬變成合金
    • 所以先製程合金後 再製成粉末
    • Each powder particle can have desired alloy composition
• 燒結 三步驟 (皆在無氧環境)
  • burn off : 移除潤滑和黏著劑
  • high temperature : 形成固體和結合
  • cool period : 冷卻
• 等壓模造形 hot isostatic pressing
  • 將粉末至於模中 在高溫環境用液壓或氣體加壓在粉末上
  • 個處所受壓力相同 所以製品密度與強度很均勻
• 製造高密度產品
  • high temperature metal deformation
  • spray forming
  • ceracon process
• 成品內部密度不均
  • 當壓力只由一邊的punch提供時 最大密度會出現在接觸面那一側 然後遞減
  • 若壓力由兩側的punch同時提供 可以增加密度的均勻度
  • 
• 設計原則（2個模具 1個空腔 2個斷面）
  • 零件的形狀能從模具中取出
  • 不應要求粉末流入小的空腔
  • 確保零件的設計使得模具有足夠的強度和耐用性
  • 確保零件的厚度能使其被充分壓實
  • 使斷面厚度的變化上有較少變化 減少製程難度與確保製造一致性

Ch20 §

Fundamentals of Orthogoanl Machining §

• cutting process 中的獨立變數
  • 切削速度 Cutting Speed
    • 工件表面上每分鐘被切除的材料量
    • 增加切削速度可以提高生產率，但也可能增加刀具磨損和加工溫度
  • 進給率 Feed Rate
    • 刀具在每轉期間移動的距離或材料被切除的量
    • 適當的進給率能夠平衡切削效率和刀具壽命
  • 切削深度 Depth of Cut
    • 工件表面到切削刀具頂點之間的距離
    • 增加切削深度可以提高切削率，但也可能增加刀具負荷和振動
  • 切削工具選擇
  • 冷卻和潤滑
    • 適當的冷卻和潤滑能夠降低刀具溫度、減少磨損、提高加工表面質量
• chatter
  • DOC
    • is the primary cause and control of chatter
    • 增加切削深度會增加切削屑的寬度，這可能導致切削屑堆積在切削刃上，增加刀具與工件之間的壓力和摩擦，可能引起刀削振動
    • 增加切削深度將增加切削過程中刀具受到的負載。如果刀具受到過大的負載，可能會彎曲或振動
    • 切削深度決定了切削過程中切削屑的寬度
  • Feed
    • 進給率主要影響 切削力的大小 和 切削振動 的嚴重程度
    • 進給率越大，切削力越大，切削振動的嚴重程度也相對增加。
    • 進給率對加工過程的穩定性（即是否發生刀削振動）的影響相對較小，更多的是控制振動的程度
  • Speed
    • 轉速是影響刀削振動的重要因素之一。適當的轉速可以調整相位差、控制振動再生，從而降低刀削振動的振幅

Ch21 §

Cutting tool materials §

• 車刀外型特徵
  • 側傾角 side rake angle
    • 僅存：排削相關
    • 車刀切刃面相對於車削方向的傾斜角度
    • 影響刀具的切削力、切削溫度和切削振動
    • 增加側傾角可以減小切削力和切削溫度，提高切削效率, 表面質量
    • 過大的側傾角可能導致刀具振動和過度磨損
  • 切刃角 cutting-edge angle
    • 刀具主切削刃與工件表面之間的夾角
    • 影響切削力、表面粗糙度和切削壽命
    • 較小的切刃角可以減小切削力，提高表面質量，但也會增加刀具的摩擦和磨損
    • 較大的切刃角可以提高切削壽命，但會產生較大的切削力和表面粗糙度
  • 離隙角 relief angle
    • 刀具切削刃和刀具後部的背角之間的夾角
    • 提供足夠的空間，以避免切屑堆積在刀具上並降低刀具的磨損
    • 適當的離隙角能夠改善刀具的熱穩定性、切削壽命和切削表面質量
  • 鼻錐半徑 nose radius
    • 刀具切削刃的末端形狀 決定了刀具與工件表面之間的接觸情況
    • 較大的鼻錐半徑可以增加刀具的強度和壽命，並降低刀具與工件表面的壓力集中，有助於減少表面損傷和提高表面質量
  • 
• the properties of tool steels (cutting tool) (前三個重要)
  • 硬度 hardness : resistance to deforming and flattening 抵抗變形和壓扁的能力
  • 韌性 toughness : resistance to breakage and chipping 斷裂和剝落
  • 耐磨性 wear resistance : resistance to abrasion and erosion 磨損和腐蝕
  • strength
  • chemical stability

Ch22 §

Turing and Boring Process §

• lathes
  • 車削（Turning） 加工外部圓柱和錐形表面
  • 鉆削（Boring）加工內部圓柱或錐形表面 是車削的一個變種
• deflection
  • 

Ch23 §

Drilling and related hole-making process §

• Steps
  1. a small hole is formed by the web
  2. 由旋轉的刀唇形成切屑
  3. 切屑被螺旋槽的螺旋運動從孔中清除
  4. 鑽頭由鑽尖的邊緣或邊界引導
• twist drills
  • three parts
  • 鑽體（The body）：由稱為螺紋槽（flutes）的螺旋槽和相互分隔的陸地（lands）組成
  • 鑽尖（The point）：有各種不同的幾何形狀，但通常具有118°的圓錐角度和24°的頂角（rake angle）
  • 鑽柄（The shank）：直或錐形的部分，用於讓夾具夾持鑽頭
• Requirements of a drill press （鑽床）
  • 足夠的功率和推力
  • 足夠堅固，以防止刀削振動（chatter）的發生
  • 由底座、工作臺和支撐電動主頭和主軸的立柱組成
• Counterboring, Countersinking, and Spot Facing
  • 沉頭孔（Counterboring）：在鑽孔操作之後進行，或使用特殊的刀具進行鑽孔。其目的是產生一個平底孔，使螺栓頭或螺帽位於表面以下，並具有足夠的間隙以容納工具。
  • 沉孔（Countersinking）：類似於沉頭孔，但底部採用60°、82°或90°的斜角，以容納平頭螺絲或鉚釘。
  • 面銑（Spot Facing）：在孔周圍加工最小深度和直徑，以確保螺栓頭完全銜入。通常用於粗糙的材料表面，其中腐蝕或疲勞要求需要完全銜入(seating)。
  • 
• 特殊鑽床
  1. 聯動鑽孔機（Gang-drilling machines）：具有獨立的立柱，每個立柱上進行不同的鑽孔操作，工件從一個立柱滑動到下一個立柱。這種鑽床適用於需要進行多個鑽孔操作的情況。
  2. 炮塔式直立鑽床（Turret-type, upright drilling machines）：當需要連續進行多個鑽孔操作時使用，炮塔可以轉動並將所需的刀具定位到每個操作的位置。這種鑽床可實現快速而高效的鑽孔操作。
  3. 徑向鑽床（Radial drilling machines）：用於大型工件，主軸安裝在徑向臂上，可在整個臂長度範圍內進行鑽孔操作。這種鑽床可以在徑向臂上的任何位置進行鑽孔操作，具有靈活性和多功能性。
  4. 半通用和通用鑽床（Semiuniversal and universal machines）：通用鑽床的主軸頭可以繞水平軸旋轉到任意角度，半通用鑽床則可以有限度地旋轉。這些鑽床可實現多個角度和方向的鑽孔操作。
  5. 多主軸鑽床（Multiple-spindle drilling machines）：單個動力頭可以操作多個主軸，從而同時進行多個孔的鑽孔操作，每個孔可以是獨特的。這種鑽床可提高生產效率，特別適用於需要進行大量孔的情況。
  6. 深孔鑽床（Deep-hole drilling machines）：專用於鑽孔深度較大的工件。這種鑽床具有特殊的結構和刀具設計，可以有效地進行深孔鑽孔操作。
• Drilling problems
  • 

Ch24 §

Milling §

• 種類
  • Peripheral Milling 刀具的軸跟工件寬平行
  • End Milling 刀具跟加工表面垂直
  • Facing milling 刀具跟加工表面垂直 用刀具側邊來銑 會銑出一個壁面
  • 
• Up and Down Milling
  • 用 進給的方向(feed) 跟 刀具轉動方向(rotation) 區分
  • Up milling
    • 反方向
    • 切削的厚度由小變大
    • 加工的時候 受力是由小到大 先切下面軟的地方 氧化物最後才切到 加工力道漸進 所以可以讓刀具壽命長一點
  • Down milling
    • 同方向
    • 切削的厚度由大變小
    • 表面粗糙度較好
    • 切削會往後噴 不會重復切到沒用的切削
  • 
• Bed type Mill
  • for deep cuts and heavy material removal
  • the bed only had horizontal movement 沒辦法上下動
• Planner type Mill
  • several heads to remove large amounts of material
  • material is fed slowly into the machine
  • 加工大平面
  • large work pieces, heavy material removal
• consideration of a milling machine
  • 主軸定位方式
  • 轉速
  • 機器能力（精度和準確度）
  • 機器容量（工件尺寸）
  • 主軸馬力（通常為機器馬力的70%）
  • 自動換刀 automatic tool changing

Ch26 §

Abrasive machining process §

• 磨輪(grinding wheel)的修整(truing)與削銳(dressing)
  • truing
    • 恢復原本的形狀
    • 磨掉一小部分材料，以暴露出新的磨削介質，在磨損的晶粒上形成新的切削邊緣。
  • dressing
    • 清除堵塞的金屬切屑
• 砂輪的結構(structure)和等級(grade)
  • structure
    • depends on the spacing of the grits
  • grade
    • depends on the amount of bonding agent(posts) holding abrasive grains in the wheel
    • is a function of the rate of fracture of the abrasive from the surface
    • 等級越高，磨料脫落速率越快，砂輪越軟
• 減低磨輪時發生 顫震chatter 的可能性
• 沙粒
  • 磨料顆粒的形狀不均勻，並且隨機分布在表面上
  • 切屑可以切割cut、推擠plow 或在表面上摩擦rub
  • 砂粒密度決定了切削刀片的負載
  • 隨著砂粒材料磨損、斷裂或脫落，新的砂粒材料被暴露出來，從而形成持續的去除速率
• Abrasive machining can produce high localized stress (局部應力) and heat within the material resulting in abusive grinding
  • Honing is used to remove small amounts of material to produce an exacting size and surface finish
• Centerless grinding
  • 優點
    • 磨削速度非常快速 連續進行
    • 自動化操作
    • 工件完全由工件支撐和調整輪支撐，這樣可以實現大量的切削
    • 工件沒有變形，可以輕鬆實現精確的尺寸控制
    • 大尺寸的砂輪，從而減少砂輪的磨損
  • 缺點
    • 特殊的機器 不能進行其他類型的加工
    • 工件必須是圓形的，不能有平面
    • 在磨削管材時，無法保證外徑和內徑的同心度
• Honing
  • 去除少量材料以達到精確尺寸和表面精度
  • 旋轉和軸向擺動被用於在整個孔的長度上產生所需的表面
• Superfinishing
  • 使用非常輕微、可控的壓力
  • 快速進行 短行程
  • 控制行程路徑，使單個砂粒永遠不會走同一條路徑兩次
• Lapping 拋光
  • 將磨料介質嵌入較軟的介質（稱為拋光料）的加工過程
  • 材料去除速度非常緩慢，通常用於去除加工和磨削痕跡，產生一個光滑的表面
  • 被拋光油或冷卻劑帶走，需要經常更換