注塑模表面自動化磨削和拋光的過程#中英文翻譯#外文翻譯匹配

1 8Fang-Jung Shiou Chao-Chang A. Chen Wen-Tu Li 注塑 模 表面 自動化 磨削和拋光的過程 發(fā)表 日期： 2004年 3月 30日： 2004年 7月 5日 網(wǎng)上公布： 2005年 3月 30 日 斯普林格 -柏林出版社， 倫敦 有限公司 2005 年 摘要 ： 本文探討在數(shù)控加工中心中對注塑模上任意一個自由表面進行自動化磨削和拋光過程的可能性。作者在本文中已經(jīng)完成了磨削和拋光工具的設計和制造。在加工中心的注塑模5PDS 使用 Taguchi 正交矩陣 方法 確定 其最佳表面磨削參數(shù) 。 注塑模 5PDS 的最佳表面參數(shù)為：磨削材料為 PA 32OAL，磨削速度為 rpm18000 ，磨削深度為 m20 ，進給速度為min/50mm 。通過使用最佳磨削參數(shù)的平磨可使其表面粗糙度從 m6.1 提高到 m35.0 ，使用最佳拋光參數(shù)的拋光過程可使其表面粗糙度從 m343.0 提高到 m06.0 ，將最佳表面磨削和拋光參數(shù)運用到 自由表面模腔，其部分表面粗糙度值可從 m15.2 提高到 m07.0 。 關鍵字 ： 自動表面 拋光 ， 拋光 加工 ， 磨削 加工 ， 表面粗糙度 ， Taguchi方法 1 介紹 塑料是重要的工程材料，由于其 具有 特定 的 特點 ： 如耐腐蝕性， 抗化學品的腐蝕 ， 密度低 ， 并且易于制造， 在工業(yè)應用 上 已日益取代金屬部件 。 注射成型 工藝 在塑料產(chǎn)品中 是一個重要的成形過程 。 表面 加工的 質(zhì)量 是 注塑模 的 一個重要要求， 因為它直接影響塑膠產(chǎn)品 的外觀 。 加工過程中的 拋光和研磨 被 普遍使用 來 改善 工件 表面光潔度。 展開磨削已被廣泛應用于傳統(tǒng)模具加工行業(yè)。展開磨削的自動化表面加工過程的幾何模型 將 在【 1】中 介紹。 球面磨削加工使自動化表面加工系統(tǒng)被提高了【 2】。磨削速度，切削深度，進給速度，磨具屬性，如研磨材料和磨料粒大小，在球形磨削過程中起主導作用，如圖 1所示。注塑模具的最優(yōu)球面磨削參數(shù)尚未被證實。 近 幾 年來， 一些確定拋光過程最佳參數(shù) 的 研究已經(jīng)進在行了 。 舉例來說， 現(xiàn)在 已發(fā)現(xiàn)塑料 變形可使 工件表面減少 使用 碳化鎢 材料 ，從而改善 其 表面粗糙度，表面硬度，抗疲勞 強度 3-6 。拋光過程是通過加工中心 3， 4和車床 5 ， 6 來完成年的 。主要拋光參數(shù) 對 球或滾子材料的 表面 的 粗糙度 具有重大作用 ，拋光力，進給速度，拋光速度，潤滑， 其他的拋 2 光途徑 ，其中包括 3 。 注塑模的 最佳 表 面拋光參數(shù) 5PDS 是一 種 組合的油脂潤滑劑 ， 碳化鎢材料 ，拋光速度 min/200 mm ，拋光力 N300 ， 進給 m40 7 。 拋光 表面采用最佳球 面 拋光參數(shù) 的滲透速度 為 2.5 微米。 通過拋光過程來 改善表面粗糙 度的概率 一般 在 %40 到%90 3-7 。 圖 1.磨削過程示意圖 圖 2 .拋光過程示意圖 3 本研究的 主要 目的是 提高加工中心注塑模具自由表面的磨削和拋光光潔度。自動化表面磨削和拋光過程的流程圖如圖 3 。我們給加工中心設計和制造球面磨削工具及其對準裝置，最佳球面磨削參數(shù)的特定是利用 Taguchi 正交矩陣 方法。四個因素和三個相應條件，然后挑選 Taguchi 正交矩陣 方法18L矩陣進行實驗。表面研磨的最佳展開球面磨削參數(shù)被應用到自由曲面加工過程中。用最佳球面拋光參數(shù)來改善表面粗糙度和光潔度。 2 設計球面磨削工具及其對準裝置 從自由表面的球面磨削過程進行的可能性看，球面磨削中心應在加工中心的 Z 軸，展開磨削的工具及 調(diào)節(jié)裝置的設計如圖 4 所示。 電動磨床是安裝在兩個可調(diào)樞軸螺釘 之間。 該磨床中心的磨削球借助圓錐曲線溝槽的對齊組件和圓錐形凹線進行的良好的排列。排列好的研磨球被兩個可調(diào)螺釘固定，之后，對準元件可以被撤銷。球面磨床的中心坐標和它的偏差在 m5 左右，它是由數(shù)控坐標測量機測量。機床振動導致的力被螺旋型彈簧吸收。球面磨削工具和球面拋光工具的安裝如圖 5 所示，主軸被鎖，不論磨削過程還是拋光過程由主軸 鎖定。 4 圖 .4.球面磨床工具及其調(diào)整示意圖 3 矩陣實驗的步驟 3.1 Taguchi 正交陣 列 的結構 用 Taguchi 正交 矩 陣 8 做矩陣實驗 要求那些參數(shù)的影響是有效地。 為了配合上述球面磨削參數(shù) 的要求， 在 本研究中磨削的材料 （直徑 10毫米），進給速度， 磨削深度 ，電動磨床 的轉(zhuǎn)速 被選定為四個實驗因素（參數(shù)）并被指定為因子 A至 D （見表 1 ）。 并為每個素設定了 3個 等級 來包含它們所涉及的范圍，用數(shù)字 1、 2、 3來標識。每個因素的 3個 表 1 .實驗因素和 層次 因 素 等級 1 2 3 A :研磨材料 SiC 32OAlWA 32OAl,PA B :進給 速度 50 100 200 C :磨削 深度 20 20 80 D :轉(zhuǎn)數(shù) 12000 18000 24000 5 數(shù)值要求在在研究結果的基礎上來確定。第四個因素的第三 級 的磨削過程用18L正交矩陣來進行矩陣實驗。 3.2 數(shù)據(jù)分析 工程設計上的問題 可以分成 越小越好的類型 ，額定 最佳類型， 越大越好的 類型， 標記 目標類型，其中 還 包括 8 。該信號 和 噪音 （ NS/ ）的比例是用來作為 優(yōu)化產(chǎn)品或工藝設計 的 目標函數(shù)。 經(jīng)過 磨削參數(shù) 的組合，其 表面粗糙度值應小于原 來 表面 的粗糙度值。 因此，球面磨削過程是 越小 越好類型問題的 一個例子。該 NS/ 比 ， ， 是指由下列方程 8 定義的 ： niiyn1210101lo g10lo g10 （ 1） 結果 ： iy：觀測表明，質(zhì)量特性 是 根據(jù)不同的噪聲條件 來確定的 n ：多 次 實驗 每 個18L正交 矩 陣計算 的 NS/ 的比值顯示 ， 每個因素的主要影響是由不同技術的分析和方差測試的結果來決定的 8 。 解決 越小越好問題的的最佳方法是取 的最大值 ， 由公式1來定義的。各個因素的 最大值的選定將對 有重大影響， 然后就能確定球面磨削的最佳條件。 圖 .6.實驗設置來確定最佳的球面磨削參數(shù) 6 4 實驗工作及結果 該材料用于 5PDS 工具鋼 的研究 9 ，這是常用于 在汽車部件和家用器具領域的大型 注塑模 具 制品。這種材料的優(yōu)越性在于經(jīng)過加工后，模具可以直接用于其特殊前處理未經(jīng)熱處理的進一步加工過程。該產(chǎn)品的設計制造使它們可以被要求裝在動力架上來測量其動力。 5PDS 經(jīng)過簡單加工，然后裝在動力架上對 3坐標加工中心進行測量，該加工中心由Yang-Iron公司生產(chǎn)，配備了 FUNUC公司數(shù)控控制器。運用 Hommelwerke T4000設備對預加工表面粗糙度的測量，大約為 m6.1 。圖 6顯示了實驗開始時的球面磨削過程，由 Renishaw公司生產(chǎn)的 10MP 觸發(fā)器結合加工中心刀具參數(shù)來測量和協(xié)調(diào)該制品。該拋光路徑由PowerMILL CAM軟件生成數(shù)控代碼。這些代碼可以同步傳送到數(shù)控加工中心的 RS232串行接口中。 表 2 總結了表面粗糙度值 Ra 的測量和用公式 1 計算每個18L正交矩陣的 NS/ 值 ， 然后進行18L真叫矩 陣材料實驗。通過 NS/ 的平均值可以得到每個級別的 4 個因素，在表 3中列表，其數(shù)字在表 2中列出。其示意圖如圖 7所示。 圖 .7 控制因素的影響 7 表 2 . 5PDS 標本 表面粗糙度 年限 序號 內(nèi)部陣列 （ 控制因素 ） 衡量表面 粗糙度值（ Ra ） 結果 A b C D y1（ m） y2(m) y3(m) S/N比例 (dB) 平均值 ( m) 1 1 1 1 1 0.35 0.35 0.35 9.119 0.35 2 1 2 2 2 0.37 0.36 0.38 8.634 0.37 3 1 3 3 3 0.41 0.44 0.40 7.597 0.417 4 2 1 2 3 0.63 0.65 0.64 3.876 0.640 5 2 2 3 1 0.73 0.77 0.78 2.380 0.760 6 2 3 1 2 0.45 0.42 0.39 7.520 0.42 7 3 1 3 2 0.34 0.31 0.32 9.801 0.323 8 3 2 1 3 0.27 0.25 0.28 11.471 0.267 9 3 3 2 1 0.32 0.32 0.32 9.897 0.320 10 1 1 2 2 0.35 0.39 0.40 8.390 0.380 11 1 2 3 3 0.41 0.50 0.43 6.968 0.447 12 1 3 1 1 0.40 0.39 0.42 7.883 0.403 13 2 1 1 3 0.33 0.34 0.31 9.712 0.327 14 2 2 2 1 0.48 0.50 0.47 6.312 0.483 15 2 3 3 2 0.57 0.61 0.53 4.868 0.570 16 3 1 3 1 0.59 0.55 0.54 5.030 0.560 17 3 2 1 2 0.36 0.36 0.35 8.954 0.357 18 3 3 2 3 0.57 0.53 0.53 5.293 0.543 表 3 . 各因素的 NS/ 比值 的平均值 （分貝） 因素 A B C D 等級 1 8.099 7.655 9.110 6.770 等級 2 5.778 7.453 7.067 8.028 等級 3 8.408 7.176 6.107 7.486 結果 2.630 0.479 3.003 1.258 8 等級 2 4 1 3 平均值 .428 其目的在于將磨削過程中的表面粗糙度值減到最小，確定每項因素的最佳等級。由于該函數(shù)為單調(diào)遞減函數(shù)，我們應定量增大 NS/ 值。因此，我們能確定每一項因素的最佳等級。其最高值為 。因此，基于矩陣實驗，最佳研磨材料是粉紅氧化鋁 （32OAl,PA），最佳進給速度為 min/50mm ，最佳磨削深度為 m20 ，最佳轉(zhuǎn)速為 rpm18000 。如表 4 所示。 表 4 .球面磨削的最佳參數(shù) 因素 等級 研磨 材料 32OAl,PA 進給速度 50mm/min 磨削深度 20um 轉(zhuǎn)數(shù) 18000rpm 表 5 .表面粗糙度 NS/ 比 的方差分析表 因素 自 由度 平方和 均方和 方差比 A 2 24.791 12.396 3.62 B 2 0.692 0.346 C 2 28.218 14.109 4.12 D 2 4.776 2.388 誤差 9 總計 17 匯集誤差 13 3.424 分析每一項因素的主要原因，進一步采用方差分析技術和 F對比檢驗，以確定其定義（見表 5）根據(jù) F分布表，13.2,10.0F是指 F值在 76.2 時， 廢品率 為 10.0 ，自由度數(shù)為 2，匯集誤差為 13.F值若大于 76.2 ，對表面粗糙度值有重大影響，因此，進給速度和磨削深度對表面粗糙度有重大影響。 表 6 .被測樣品經(jīng)實驗 測得的表面粗糙度值 年限。序號 實測值（ Ra） 平均值（ um） S/N 比 9 Y1 Y2 Y3 1 0.30 0.31 0.33 0.313 10.073 2 0.36 0.37 0.36 0.363 8.802 3 0.36 0.37 0.37 0.367 8.714 4 0.35 0.37 0.34 0.353 9.031 5 0.33 0.36 0.35 0.347 9.163 平均值 0.349 9.163 通過觀察五個驗證實驗得出了用最佳拋光參數(shù)的可重復性 ，如表 6 所示。該 表面粗糙度值 被 測量 是大 約 m35.0 .用 最佳 組合的球面磨削參數(shù) 可使 表面 粗糙度 大概 提高了約78 。 表面 用 最佳 拋光參數(shù) 進一步 拋光 。 通過拋光后，表面粗糙度值可能達到mRa 06.0 。 圖 8 顯示的是 用 30 倍的 的顯微鏡對拋光后的表面粗糙度進行觀察。拋光后預 加工表面的粗糙度改進大約為 %95 。 從 Taguchi正交 矩陣實驗 獲得 的 最佳 磨削 參數(shù) 應用到表面光潔度的自由曲面的模具插入評價表面粗糙度的改善。 1個香料 被選定為測試載體。數(shù)控加工的模具，亞塞特為測試對象，模擬 銑床 CAM軟件。模具插入進的地面與最優(yōu)球面磨削參數(shù)取自田口的矩陣實驗。 拋光 與最佳球拋光 是地面的參數(shù) ，以進一步改善表面粗糙度的測試對象（見圖 9 ） 。表面粗糙度模具插入測量 儀器 與 霍梅爾有限公司 t4000設備。平均表面粗糙度值 Ra 在未加工表面平均值 m15.2 ;工件表面的平均值為 m45.0 ，以及對 拋光 表面 的平均值為 m07.0 。通過實驗后 表面粗糙度 的 改進 ，工件表面大約為 （ 2月 15日 -0 45 / 2 15 = 79 1 ，拋光表面大約為 （ 2 月 15 日 -0 07 / 2月 15日 = 96 7 ） 。 圖 . 8 用 30 倍的模具顯微鏡觀測比較加工前工件表面和加工后工件表面 10 圖 . 9 磨削 和 拋光 模具 中 插入一個 香水 瓶 5 結論 這篇文章中 ， 在一個加工中心對 注塑模 表面自