本研究使用無方向性的碳纖維型的導電高分子材料(ESD 410C)作為工具電極，以自行研製的臥式電解複合磨粒拋光機電解複合磨粒拋光SUS 304不鏽鋼工件，探討氧化鋁磨粒粒徑(1 ~ 9 μm)、負荷(0.015 ~ 0.15 N)、加工電流(0 ~ 300 mA)以及加工時間(0 ~ 10 min)等實驗參數對工件表面粗糙度的影響。
在純磨粒加工實驗得知，最佳的加工條件為使用表面粗度Rmax = 1.36 μm的工具電極，在含磨粒粒徑3 μm的電解液中，在負荷0.15 N下，加工時間8分鐘時之工件表面粗糙度Rmax = 0.215 μm，Ra = 0.056 μm。在純電解加工實驗得知，最佳的加工條件為在負荷0.15 N及加工電流150 mA下，加工時間10分鐘時之工件表面粗糙度Rmax = 0.29 μm，Ra = 0.069 μm。
在工具電極無進給且兩階段的電解複合磨粒拋光實驗中，第一階段加工係在負荷0.15 N下，在含磨粒粒徑3 μm之電解液以及加工電流150 mA進行拋光加工4分鐘時之工件表面粗糙度Rmax = 0.237 μm，Ra = 0.051 μm。第二階段係僅將磨粒粒徑更換為1 μm下，持續加工至第10分鐘時工件的表面粗糙度Rmax = 0.132 μm，Ra = 0.031 μm，亦即光亮的鏡面。
最後，在工具電極進給(螺紋節距2 mm)且兩階段的電解複合磨粒拋光實驗中，第一階段加工係在負荷0.15 N下，在含磨粒粒徑3 μm之電解液以及加工電流150 mA進行拋光加工40個循環；第二階段係僅將磨粒粒徑更換為1 μm下，繼續加工至第100個循環時之螺桿工件的表面粗糙度Rmax = 0.12 μm，Ra = 0.031 μm，亦即光亮的鏡面。

In this study, a carbon-fiber-type non-directional conductive polymer (ESD 410C) was employed as a tool electrode to compositely electrolyze and abrasive polish the cylindrical surface of stainless steel workpiece using a horizontal electrochemical abrasive polishing machine self-developed. The effects of alumina abrasive particle size (1 ~ 9 μm), load (0.015 ~ 0.15 N), current (0 ~ 300 mA) and polishing time (0 ~ 10 min) on the surface roughness of workpiece were investigated.
Experimental results of abrasive polishing showed that the surface roughness Rmax and Ra decreased to 0.215 μm and 0.056 μm, respectively under the load of 0.15 N with the grit size of 3 μm in electrolyte within 8 minutes of polishing time. In electrolysis condition, the surface roughness Rmax and Ra decreased to 0.29 μm and 0.069 μm, respectively under the current of 150 mA in electrolyte, the load of 0.15 N within 10 minutes of polishing time.
A two-stage electrochemical abrasive polishing process is conducted. In the first stage, the surface roughness Rmax and Ra decreased quickly to 0.237 μm and 0.051 μm, respectively under the load of 0.15 N, with the grit size of 3 μm and a current of 150 mA in electrolyte within 4 minutes of polishing time. In the second stage, Rmax and Ra decreased to 0.132 μm and 0.031 μm, respectively using the abrasive particle size of 1 μm for 6 minutes. A flat shiny surface of stainless steel could be achieved.
Finally, a two-stage electrochemical abrasive polishing process was conducted to polish the screw workpiece with 2 mm in pitch. In the first stage, the surface of screw workpiece was polished under the load of 0.15 N, with the grit size of 3 μm and a current of 150 mA in electrolyte within 40 cycles of polishing time. In the second stage, the surface roughness Rmax and Ra decreased to 0.12 μm and 0.031 μm, respectively using the abrasive particle size of 1 μm for 100 cycles. A flat shiny surface of stainless steel could also be achieved.

論文審定書 i
誌謝 ii
摘要 iii
Abstract iv
目錄 v
圖次 vii
表次 xi
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 文獻回顧 3
1.2.1電化學加工演變 3
1.2.2電解磨粒拋光 5
1.2.3高分子材料 7
1.3 研究目的 9
第二章 實驗裝置與實驗方法 10
2.1 預備實驗 10
2.1.1 電解實驗設備 10
2.1.2 電解實驗系統 10
2.1.3 資料蒐集分析與訊號量測設備 13
2.1.4 實驗材料之特性與幾何形狀 14
2.1.5 工具電極 15
2.1.6 電解液選擇 21
2.1.7 實驗材料的前處理方式 23
2.1.8 實驗條件設定 23
2.1.9 實驗步驟 25
2.2 電解複合磨粒拋光加工之實驗設備以及實驗方法 27
2.2.1 臥式圓桿工件表面電解複合磨粒拋光加工機 27
2.2.2 恆電位儀 28
2.2.3 表面粗糙度量測儀 30
2.3 實驗材料幾何形狀 31
2.3.1 工件材料幾何形狀 31
2.3.2 工具電極設計 31
2.3.3 電解液之選擇 32
2.4 實驗材料的前處理方式 33
2.4.1 不鏽鋼工件 33
2.4.2 工具電極 34
2.5 實驗條件設定 35
2.6 實驗步驟 36
2.6.1 實驗流程 36
2.6.2 圓桿工件表面量測 38
第三章 實驗結果與討論 39
3.1 工具電極材料的選用 39
3.1.1 電解液濃度下之I-V曲線及溫度 41
3.1.2 電壓與電解液濃度對電流之影響 53
3.1.3 工具電極表面的氫氣層 54
3.1.4 最佳的工具電極材料之電解加工特性 58
3.2 工具電極表面粗糙度之設定 60
3.3 純磨粒作用 64
3.3.1 加工時間 65
3.3.2 轉速 65
3.3.3 磨粒與負荷 67
3.3.4 純磨粒加工機制 75
3.4 純電解作用 77
3.4.1 電壓電流曲線 77
3.4.2 工件材料解離現象之觀察 78
3.4.3 加工電流的效應 80
3.4.4 純電解加工機制 84
3.4.5 加工電流對工件表面粗糙度的影響 85
3.5 電解複合磨粒的作用 86
3.5.1 電解複合磨粒拋光加工 86
3.5.2 電解複合磨粒拋光的加工機制 90
3.5.3 兩階段加工 92
3.5.4 工具電極進給且兩階段加工(圓桿件全表面拋光) 96
3.6 螺桿之電解複合磨粒拋光 101
3.6.1 V型螺桿工件的幾何形狀和尺寸 101
3.6.2 V型工具電極的設計 102
3.6.3 V型螺桿之電解複合磨粒拋光 104
第四章 結果與未來研究方向 106
4.1 結論 106
4.2 未來研究方向 107
參考文獻 108

[1] 蔡芯穎，“使用導電高分子工具於電解複合研磨的鋼之表面特性研究”，國立中山大學機械與機電工程研究所碩士論文，(2011)
[2] 李承祐，“電解擦光加工參數對304不銹鋼表面粗糙度之影響”，國立中山大學機械與機電工程研究所碩士論文，(2012)
[3] J.A. McGeough, “Principles of electrochemical machining”, Chapman and Hall, London,(1974)1-10.
[4] 魏展鴻，“使用導電高分子工具對不鏽鋼表面的電解擦光之研究”，國立中山大學機械與機電工程研究所碩士論文，(2013)
[5] M.A. LaBoda and M.L. McMillan, “A new electrolyte for electrochemical machining”, Electrochemical Technology, Vol.5(1967) 340-345.
[6] K.P. Rajurkar, J. Kozaka, B. Wei, J.A. McGeough, “Study of pulse electrochemical machining characteristics”, CIRP Annals - Manufacturing Technology, Vol. 5 (1993) 231-234.
[7] W.Natsu, ¬D.Kurahata“Influence of ECM pulse conditions on WC alloymicro-pinfabrication”,Procedia CIRP,Vol.6 (2013)401- 406.
[8] 釜田浩，“電解バフ複合加工の特性解析と性能向上に関する研究“，京都大學博士班論文，(1994) 1-11
[9] C.L. Faust, “Electro-polishing I: The practical side”, Metal Finishing, (1982) 21-25.
[10] C.L. Faust, “Electro-polishing II: The practical side”, Metal Finishing, (1982) 59-63.
 
[11] M.A. Bejar and F. Gutierrez, “On the determination of current efficiency in electrochemical machining with a variable gap”, Journal of Materials Processing Technology, Vol.37(1993) 691-699.
[12] E.S. Lee, “Machining characteristics of the electro-polishing of stainless steel (SUS316L)”, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol.16(2000) 591-599.
[13] H. Ramasawmy, K. Sandut and L. Blunt, “Effect of secondary processing on EDM surfaces”, Surface Engineering, Vol.16 (2000) 501-505.
[14] L.S. Andrade, S.C. Xavier, R.C. Rocha-Filho, N. Bocchi and S.R. Biaggio, “Electro-polishing of AISI-304 stainless steel using an oxidizing solution originally used for electrochemical coloration”, Electrochimica Acta, Vol.50 (2005) 2623-2627.
[15] P.S. Pa, “Design of thread surface finish using ultrasonic-aid in electrochemical leveling”, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,
Vol.36(2008) 1110-1123.
[16] 清宮紘一，“電解砥粒研磨による鋼材の精密鏡面仕上げ”，鉄と鋼，Vol.72，(1986) 904-908。
[17] 馬場吉康和佐藤憲二，“電解複合研磨による金属の超鏡面化技術”，表面科学，Vol.11(1990) 368-374
[18] 清宮紘一和淺川慶一郎，“小径管内面の電解砥粒超鏡面仕上げ方法”，日本發明專利1995-094090或“小孔內面的電解磨粒超鏡面精加工法”，中華民國發明專利公報第168627號。
[19] J.Y. Choi and H.D. Jeong, “A study on polishing of molds using hydrophilic fixed abrasive pad”, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol.44(2004) 1163-1169.
[20] T. Kurita and M. Hattori, “A study of EDM and ECM / ECM-lapping complex machining technology”, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol.46 (2006) 1804-1810.
[21] H. Shirakawa, E.J. Louis, A.G. Macdiarmid, C.K. Chiang, A. J. Heeger, “Synthesis of electrically conducting polymers: Halogen derivatives of poly-acetylene, (CH)X”, Journal of The Chemical Society, Chemical Communications, Vol.16 (1977) 578-580.
[22] A.C. Wang and S.H. Weng, “Developing the polymer abrasive gels in AFM process”, Journal of Materials Processing Technology, Vol.192(2007) 486-490.
[23] A. Curodeau, J. Guay, D. Rodrigue, L. Brault, D. Gagné, L.-P. Beaudoin,“Ultrasonic abrasive μ-machining with thermoplastic tooling”,International Journal of Machine Tools and Manufacture,Vol.48 (2008) 1553-1561.
[24] A. Curodeau, L. F. Marceau, M. Richard and J. Lessard , “New EDM polishing and texturing process with conductive polymer electrodes”, Journal of Materials Processing Technology, Vol.159 (2005)17-26.