注塑成型模具硬態(tài)銑削表面粗糙度研究.pdf

第40卷第6期2009年12月中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)n0140 009注塑成型模具硬態(tài)銑削表面粗糙度研究王凌云，黃紅輝(上海工程技術(shù)大學(xué)制造工程系，上海，200437)摘要：采用過多因素法正交試驗，利用多元線性回歸分析法建立模具硬態(tài)銑削的表面粗糙度預(yù)報模型，經(jīng)過現(xiàn)場加工實踐檢驗其準確性。分析切削參數(shù)對模具零件的表面粗糙度的影響。研究結(jié)果表明：在高轉(zhuǎn)速、小切深及合適的進給速度下，模具加工表面質(zhì)量好，為優(yōu)化模具硬態(tài)銑削的切削參數(shù)和加工表面質(zhì)量的控制提供了較好的依據(jù)。關(guān)鍵詞：模具硬態(tài)銑削；表面粗糙度；參數(shù)優(yōu)化中圖分類號：1 文獻標志碼：A 文章編號：16727207(2009)061604of in 00437，of as a of a of of as he be by of ey 性能的刀具夾持系統(tǒng)、安全可靠的高速切削l J，使得以銑代磨、以銑代濟的模具加工成為可能。在高淬硬鋼件(5)模具的!用硬切削技術(shù)，直接將淬硬鋼一次裝卡加工成形，有效地避免了模具零件因多次裝卡而造成的裝夾誤差，提高了零件的幾何位置精度。采用高速銑削可獲得無銑痕的加工表面，使零件表面質(zhì)量大大提高。表面粗糙度是評價零件加工質(zhì)量的重要指標之一，對機械產(chǎn)品的使用壽命和可靠性有重要影響。影響表面粗糙度的因素很多，國內(nèi)外研究人員所作的主要研究工作是：建立表面粗糙度的預(yù)報模型，探討形成機理，以實現(xiàn)對粗糙度的控制。如：。出了一種表面粗糙度模擬方法，考慮到高速銑削中主軸振動對表面質(zhì)量的影響，用加速度信號代替切削力信號研究高速銑削表面粗糙度；009回日期：2009海亍教委科研創(chuàng)新項j(06上海工程技術(shù)大學(xué)科技發(fā)展基金資助項008信作者：王凌云(1963一)，女，湖南湘陰人，教授，從事數(shù)控技術(shù)應(yīng)用、先進制造技術(shù)、話凌云，等：注塑成型模具硬態(tài)銑削表面粗糙度研究 1605提出了一種新的曲面銑削的幾何預(yù)測方法；戰(zhàn)強等6究高速銑削鋁合金、普通灰鑄鐵及45淬硬鋼時銑削速度與進給量對加工表面粗糙度的影響；蘇寧等7】采用自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)(立鋁合金銑削加工表面粗糙度預(yù)測模型；賈春德等工件變量和刀具變量方面進行研究，通過矢量分析，建立正交車銑運動的矢量模型，得出表面粗糙度的計算公式。通過切削試驗來探討切削參數(shù)對高速加工表面質(zhì)量的影響是目前加工表面粗糙度研究的主要手段。目前國內(nèi)對淬硬鋼模具高速銑削的研究較少【13】。在此，本文作者采用多因素法正交試驗和回歸分析方法，建立模具零件加工表面粗糙度預(yù)報模型，研究模具硬態(tài)銑削加工工藝參數(shù)，并將其運用于模具實際生產(chǎn)中。1試驗11試驗材料試驗材料為441，其化學(xué)成分如表1所示。12試驗方法采用多因素正交試驗，通過擬合、回歸分析，得到注塑成型模具零件加工表面粗糙度的經(jīng)驗預(yù)報模型。模具加工主要有3種工藝：軟加工、硬加工和電加工，根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)、硬度來決定所采用的工藝。本次試驗用的模具采用在淬火后一次性銑成。13試驗系統(tǒng)試驗中采用的刀具參數(shù)不變，且加工系統(tǒng)處于穩(wěn)定切削狀態(tài)。刀具采用直徑為6 旋角為30。；表面粗糙度測量系統(tǒng)為1便攜式粗糙度儀(取樣長度為O8 定長度為4 機床為用牧野的高速主軸，轉(zhuǎn)速為20 000 r移速度為20 m用軸心冷卻，軸承內(nèi)潤滑方式，由高速回轉(zhuǎn)發(fā)生的熱位移抑制為最小限度，加工精度穩(wěn)定。另外，主軸和馬達的轉(zhuǎn)子為一體化的結(jié)構(gòu)，減小高速回轉(zhuǎn)時的振動，實現(xiàn)高品質(zhì)的加工，同時，延長工具的使用壽命。時，采用110的中空斜錐度設(shè)計保證了整個刀柄裝卸的靈活性，有效提高了重切削能力，尤其在使用較長的刀柄加工時差別就更加明顯。試驗工件是家用電器上一注塑件的模具型腔，該模具產(chǎn)品的尺寸較小，材料為構(gòu)如圖腔材料為4度(55，采用側(cè)澆口進膠，定模型腔結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖 I 4 w注：臨界點溫度氣l=875，t。3t。=305。萬方數(shù)據(jù)1606 中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) 第40卷2試驗結(jié)果與分析21正交試驗按照4)正交表共設(shè)計了44組試驗，4個切削參數(shù)為主軸轉(zhuǎn)速n(r進給速度Vf(軸向切削深度ap(徑向切削深度ao(四水平則是2，4。試驗數(shù)據(jù)及表面粗糙度實測值如表2所示。表2中的切削參數(shù)是根據(jù)模具零件加工生產(chǎn)現(xiàn)場的高速精加工要求選取的，以提高模具零件加工表面粗糙度預(yù)報模型的精度。22表面粗糙度的預(yù)測模型在機床加工系統(tǒng)和刀具幾何參數(shù)已確定的前提下，可建立正交回歸試驗的通用模型為：躉=尸l酢xl=x2=x3=x4=有：J，=bo+依多元線性回歸模型：0+(0，盯2)，用最小二乘法求出參數(shù)bo，b。，b2，占2，占，和占。：建立多元線性回歸方程：Yl=b0+2l，J，2 2bo+2 (3)：bo+中：島為試驗隨機變量誤差。(1) 采用矩陣運算方法解正規(guī)矩陣方程組，先引入矩陣式中：R。為表面粗糙度；削條件的系數(shù)；bl，3和式(1)兩邊分別取對數(shù)得：4培。 (2)其中：x=表2表面粗糙度實測值 06l：玩而6b+8。 (4)而2而62而634屹4：而64；Y=根據(jù)矩陣運算可得：b=(1X，l，。則回歸方程為：夕=t,o+6)234心。(5)(6)其中：多為統(tǒng)計變量，占2，島和反為回歸系數(shù)，可由式(5)求得。根據(jù)表2中的試驗結(jié)果，采用式(3)一6)計算得到上述試驗條件下的表面粗糙度經(jīng)驗預(yù)測模型為：恐=16699 79 381 60071 8蠢鵬75。 (7)從式(7)可知：提高切削速度能有效地減小工件表面粗糙度，即主軸轉(zhuǎn)速增大，表面粗糙度減??；而軸向切深、徑向切深、進給速度增大，粗糙度增大，但增大的幅度不同，表明影響程度各異。萬方數(shù)據(jù)第6期 王凌云，等：注握成型模具硬態(tài)銑削表面粗糙度研究 160723表面粗糙度預(yù)測模型的應(yīng)用在一些家用電器產(chǎn)品的注塑模具零件的加工中，用式(7)中的表面粗糙度預(yù)報模型得到的預(yù)測值與工件表面粗糙度實測值相比較得出：該模型的預(yù)測精度達到9573，表明所建立的模型具有較高的預(yù)測精度。24切削參數(shù)對表面粗糙度的影響分析切削加工因素對表面粗糙度的影響如圖3圖3可知：當主軸轉(zhuǎn)速較高、軸向切深較小時，區(qū)域表面粗糙度較小；當轉(zhuǎn)速較低、軸向切深較大時，粗糙度較大，表面質(zhì)量較差。在生產(chǎn)中高速精加工淬硬模具時，軸向切深為0068 00r圖4可知：較高轉(zhuǎn)速與較小的徑向切深區(qū)域表面粗糙度較小，當徑向切深較大時，切削力增大、振動增加，粗糙度增大；而當徑向切深取很小值時，圖3主軸轉(zhuǎn)速與軸向切深對粗糙度的影響 of of of 圖5可知：在低轉(zhuǎn)速與較高進給速度的區(qū)域是表面粗糙度較大的區(qū)域；高轉(zhuǎn)速與27 m是因為進給速度增大，工件表層易產(chǎn)生“撕裂”現(xiàn)象，表面粗糙度增大。3結(jié)論釓采用多因素法，通過正交試驗，利用多元線性回歸分析，建立了淬硬鋼4=16699 479 3胛_唯o071 80鵬7 5。b在較高的主軸轉(zhuǎn)速與較小的軸向切深及較小的徑向切深區(qū)域，表面粗糙度較?。辉跈C床轉(zhuǎn)速高和進給速度為27 m具表面粗糙度較大。利用預(yù)報模型對現(xiàn)場模具加工進行驗證，表明其對模具加工表面質(zhì)量的控制有較好的指導(dǎo)作用。參考文獻：【I】 聾興高效加工技術(shù)及其應(yīng)用研究田中國工程科學(xué)，2000，I l(2)：40I 000，1 l(2)：404主軸轉(zhuǎn)速與徑向切深對粗糙度的影響 【2】 Y， c， H，et of on in 001。l 13(13)：410方數(shù)據(jù)中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) 第40卷【3】 ，of 001，50(1)：694】 H， Nof 999，3 l(8)：4855】 李世杰，孫屯新，郭蘭申數(shù)控銑削中曲面加工的粗糙度預(yù)測田機械設(shè)計與制造工程，2000，29(4)：3537ianhe of C of 000，29(4)：3537【6】 劉戰(zhàn)強，萬 熠，艾 興高速銑削過程中表面租糙度變化規(guī)律的試驗研究嘰現(xiàn)代制造工程，2002(3)：8i，of 002(3)：87】 蘇宇，何寧，武凱，等基于】中國機械工程，2005，16(6)：475U E U et of ，005，l 6(6)：4758】 S， Y， L001，108(3)：2869】 陳曙光，劉 平，田保紅切削表面粗糙度的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測【J】工具技術(shù)，2005，39(4)：30U il 005，39(4)：30濤，劉獻禮】中國機械工程，2007，18(24)：2973in of 007，1 8(24)：2973春德，姜增輝正交車銑運動的矢量建模及表面粗糙度的理論研究陰機械工程學(xué)報，2001，37(3)：152159of on 001，37(3)：152159【12】黃雪梅，王啟義車削物理仿真工件表面質(zhì)量模型的研究【J】機械，2001，28(5)：8ueiof in 001，28(5)：89【13】夏雨高速銑削淬硬鋼的試驗研究【D】南京：南京航空航天大學(xué)機電學(xué)院。2006：5uof 006：514】閆 潔，江開勇4】重型機械，2006，1(3)：40aion 006(3)：40方數(shù)據(jù)注塑成型模具硬態(tài)銑削表面粗糙度研究作者： 王凌云， 黃紅輝， 上海工程技術(shù)大學(xué)制造工程系,上海,200437刊名： 中南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）英文刊名： F (期)： 2009，40(6)被引用次數(shù)： 2次參考文獻(14條)熠;艾興 高速銑削過程中表面租糙度變化規(guī)律的試驗研究期刊論文002(03)立新;郭蘭申 數(shù)控銑削中曲面加工的粗糙度預(yù)測期刊論文000(04) H; N of 999(08); of by 001(01) Y; C; H of in )效加工技術(shù)及其應(yīng)用研究期刊論文000(02)平;田保紅 切削表面粗糙度的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測期刊論文005(04) S