第16屆國際電加工會議(ISEM XVI)報告

 

 

 

一、參加會議經過

國際電加工會議(International Symposium for Electromachining, 簡稱ISEM)為國際上製造方面最著名的組織 - 國際製造工程學會 (International Institution for Production Engineering Research, 簡稱CIRP)下每三年舉辦一次有關電加工方面的最大國際會議。本次為該組織下舉辦之第十六屆會議,從2010年4 月19日起至4 月23日止計5天,在中國大陸上海市的華亭賓館(Hua Ting Hotel & Towers)內舉行。其內容涵蓋了雕模式放電加工、線切割式放電加工、微細放電加工、電化學加工、能量束加工、非傳統加工,以及快速無模成型(RP)等相當廣泛之領域。會議中之論文係經摘要與全文審查,共發表了127篇論文,於會議中分成三個session同時舉行。

 

大會的第一天主要是參加者報到及註冊,會議在第二天早上正式開始。首先,大會於主席趙萬生教授致歡迎詞並宣佈正式開始,之後由東京大學的Prof. Masanori Kunieda教授率先為大家報告本次會議的Key Note “Advancements in Fundamental Studies on EDM Gap Phenomena”為會議正式揭開序幕。這篇研究的重點主要是針對放電時極間的基本物理現象所作的模擬與觀察,放電中在工件與電極上所造成的凹坑主要是由於放電時產生的高溫造成材料的氣化與熔融,伴隨而來的高壓將熔融的材料沖走而達到移除材料的目的。氣化所噴出的材料冷卻後會累積在凹坑周圍使得周圍產生隆起狀,這篇研究以分子動力模擬軟體模擬其發生的過程,並以動畫展示。報告中還提到介電液在放電的過程中扮演著沖洗放電渣的角色,對材料移除率有著相當的貢獻。另外,在連續的放電過程中,極間的間隙會被放電時產生的氣泡所填滿,與周遭的介電液形成了一個類似質量與彈簧的系統,並在放電發生時產生類似簡諧運動的動作,並擾動殘渣。其後還利用高速攝影機將單發放電時所產生的放電火花柱拍下並量測其寬度,對照放電坑後證明凹坑直徑並不如以往所想像的與放電火花柱寬度相等,而是小於放電火花柱寬度。報告最後探討了放電能量的分布,如果兩極材料皆為純銅,大約有48%的能量會進入正極,34%進入負極,18%在極間消耗。進入負極的34%中,有30%藉由傳導散逸至工件材料中,3%藉由熱對流或輻射逸失,只有1%被殘渣帶走。這篇研究對於放電極間的基本物理情況做了詳細的調查,聽完後讓我感到非常有收穫。

 

緊接著是大會主席趙萬生教授為我們演說 “Nontraditional Machining in China: Industry and Academia”,簡介目前中國大陸在非傳統加工領域研究的概況。在大陸主要是由1979年建立的中國非傳統加工協會(The Chinese Society of Non-Traditional Machining, CSNTM)來帶領中國大陸在非傳統加工方面的發展,其下有五個不同的技術委員會,分別是die sinking EDM, wire EDM, ECM, rapid prototyping, 和high energy density beam machining。直到現在,金融海嘯發生前中國大陸每年大概可以生產50000件電加工機器,使得中國大陸成為世界上EM產量最大的國家,銷售總額也達到了50億人民幣;同時,在2008年中國大陸也進口了8500套非傳統加工機台,大部分來自日本或瑞士,總價值為7億美金,佔了所有進口機台總值的百分之三十,這也使得中國大陸成為世界上最大的非傳統加工機台進口國之一,十分驚人。此外,一些在電加工領域的世界知名品牌如Sodick,Mitsubishi Electric,Makino,以及Agie-Charmilles等都有在大陸設廠,年產量大約為3000台,產值為13億人民幣,這些外資佔了大陸加工機台年產量的30%,具有相當的貢獻。目前大陸在放電加工方面主要生產的機台有慢走式放電線切割機、快走式放電線切割機、型雕放電機、高速放電鑽孔機,以及其他特殊的電加工機。在雷射加工以及快速成型技術方面亦有工業應用產品製造上市;在非傳統加工的學術研究方面,目前在大陸有上海交通大學、哈爾濱大學、南京大學航天系、清華大學、西安交大、大連科技大學、北京大學、山東大學、大陸中央科技大學、廣東工業大學,以及北京大學航天系等學術單位在進行這方面的研究。另外,蘇州電加工研究機構(Suzhou Electromachining Machine Tool Research Institute, SEMTRI)乃是中國大陸最主要研發與發展非傳統加工技術的研發機構,更是這次ISEMXVI會議的主要贊助商;北京電加工協會更是著重在電加工技術的研究與發展的一個重要組織。聽完這些簡介,讓我感受到中國大陸在非傳統加工領域發展的野心,著實讓我感到緊張與詫異。經過兩篇Key note並稍作休息過後,研討會主要的發表程序正式開始,並分三階段於三個不同場地同時進行。

 

本人在第三天上午發表論文,題目為“A Method of Servo Control based on Pulse Discrimination in Micro-EDM”。此篇研究乃接續本人在2007年之ISEMXV會議上所發表之”微細放電加工線上監視系統”,將其使用在微放電伺服控制上的後續研究與應用。本人於此研究中發展出一套微放電伺服控制系統,硬體方面主要由機密三軸平台、PC-based控制器、微放電電源、高速資料擷取系統、以及加工槽與加工液循環系統所組成;軟體方面,包含了人機運動控制介面、微細放電加工線上監視系統,以及伺服進給策略程式,並將其整合。首先利用RC電路中電阻兩端的平均電壓獲得粗略的極間距離,做為控制法則裡進給速度的粗調節參考訊號,判斷現在是否距離太遠或太近,採用較高速的進給速度讓電極追上適當的極間距離;當極間距離適當時,隨即切換至進給細調節控制法則,利用微細放電加工線上監視系統所獲得的資訊做為參考訊號,將加工狀況概分成三類,相對應到不同的三種慢速加工速度,讓極間隨時擁有較適當的距離進行微放電加工,以避免在較差的狀況下加工,因此可提升加工速度及品質。其後在盲孔與穿孔的實驗中,證明了此新型控制法則較傳統的定速加工法則具有較高的加工效率及加工能力,以外,亦擁有更低的電極磨耗率,使得加工出來的孔具有更良好之形狀精度。


於ISEMXVI會場留影

會議的第四天下午,所有的研究發表已結束,大會安排了我們來到上海交大的機械與動力工程學院參觀,其研究領域相當廣泛。其中最有印象的是他們擁有專門的汽車研究院,研究汽車各方面包含最近很熱門的油電混合動力、結構強度,以及其電氣系統諸如此類,並與許多知名汽車企業具有產學合作的關係。同時也參觀了這次大會主席趙萬生教授的實驗室,研究主題大都著重在放電加工領域,其研究設備有慢走式放電線割機、五軸CNC型雕放電機,以及快走式線割機等等。另一個令我印象深刻的是上海交大也有結合生物與工程方面的研究,利用快速成型法製作人工骨骼,並研究其材料或形狀不同對強度的影響,以及生物組織附著狀況的情形,與台灣方面相關研究相當接近。

 

第五天大會安排我們到上海市鄰近的蘇州市去參觀當地的工廠。蘇州在大陸是一個工業生產重鎮,具有相當多的外商在此設廠。此行參觀了 Makino、蘇州三光,以及Sodick公司,並參觀他們的放電加工機生產線,具有相當規模,每間公司亦有良好的管理方法,果然成功沒有祕訣只有努力,著實讓我印象深刻。

 

 

於Sodick公司留影

 

 

 

二、心得

 

本次會議為放電加工界的國際性會議,所以許多國際重量級人物皆有出席,而會中所發表之論文都相當嚴謹並具有創新性。本次台灣參加會議者,除本人及指導教授台灣大學廖運炫教授與同一實驗室學長莊宗仁外,尚有華梵大學顏木田教授、台灣師範大學陳順同教授、台北科技大學許東亞教授、大漢技術學院許文政教授,以及其他國內學者等。這次參加會議,台灣大學方面共發表兩篇文章,分別由本人與莊宗仁報告。此會議不僅是可以提供一個讓國際間的放電加工知識交流的場所,更讓我有機會接觸到各國不同的人事物,尤其是趁此次機會充分了解中國大陸的研究現況與產業發展,讓我拓展視野,大開眼界。

 

 

 

三、攜回資料名稱及內容

 

會議論文集(Proceedings of the 16th International Symposium for Electromachining ISEM XVI一冊及光碟一片。