外文翻译--注塑模设计 中文版【优秀】

桂林电子科技大学毕业（论文）报告专用纸 第 1 页 共 20 页 注塑模设计 Alp Tekin Ergen Deniz zde Koca Yildiz Tecnical 大学机械工程系 ,内燃发动机实验室 ,土耳其 模 具简介 模具型腔可赋予制品其形状，因此在塑料加工过程中模具处于非常重要的地位，这使得模具对于产品最终质量的影响与塑化机构和其他成型设备的部件一样关键，有时甚至更重要。 模具材料 根据成型方法和模具使用周期（即要生产的产品数量）的不同，塑料成型模具要满足不同的需求，模具可以由多种材料制成，甚至于可以使比较特殊的材料如纸张和石膏。然而，由于大多数成型过程需要高 压，通常还有高温条件限制，金属迄今为止时最重要的材料，其中刚才居首位。很多时候，模具材料的选择不仅关系到性能和最佳性价比，还影响到模具的加工方法，甚至是整体设计。 典型的例子是金属铸造模具的材料选择，与机械加工模具相比，不同材料的金属铸造模具冷却系统存在很大的差异。另外，不同的制造方法也会对材料的选择产生影生产，原型模具的制造常常采用一些新技术，如计算机辅助设计和计算机集成制造，将固体毛配制成原型模具。与以前以模型为基础的方法相比，用CAD 和 CIMS 方法会更经济，这是因为这类模具厂家自身就能制作，而用其他技 术，只能由外面的供应商来加工生产。 总之，虽然模具生产中经常会用到一些高性能材料，但用得最多的仍然是那些常规材料。像陶瓷这类高性能材料几乎不能用于模具制造，这可能是因为其优点（如高温下性能不会改变）在模具中并不需要，相反，像烧结类陶瓷材料，具有低抗张强度和热传递性差的缺点，在模具中也只有少量应用。这里所用的零件不是采用粉末冶金和热等压工艺生产，而是指烧结成的多空、透气性零件。 在很多成型方法中，都必须将行腔中的气体排出去，人们已经多次尝试使用多孔金属材料排气。与专门设置的排气装置相比，其优点是显而易见的，尤 其是在熔料前锋处如有熔接线的地方，这里是最容易出现问题的区域：一方面能防止在制品表面有明显的熔接线，还能避免溢流料等残余物堵塞微孔。采用这类材料制造模具时，在设计和成型工艺上都会出现新的问题。 A设计原则 模具设计的原则很多，这些原则都是基于逻辑、以往经验、加工的方便性和经济性考虑，在设计、模具制造和模塑成型过程遵守这些规则是很有用的，但有时，忽略某一原则而遵守另一原则往往会更好些。本文将介绍最常用的设计原则， 桂林电子科技大学毕业（论文）报告专用纸 第 2 页 共 20 页 但设计人员只有从实践经验中才能有所收获。设计者应随时关注与这些设计原则有关的新观点、模塑方法 、材料。 B模具基础 1模腔 模腔指的是通过机加工在模具材料内部挖出的空间，以供模塑材料，即塑料填充，并获取该空间形状得到需要的制品。模具的历史几乎与人类文明一样悠久，通过在沙型这类的模具中注入液体金属如铁、青铜，生产出工具、武器、钟、塑像和厨房用具，如今在铸造厂仍使用这类模具，为了取出固化后的制品，需要将模具打碎，因此这种模具只能用一次，我们一直在寻求可以反复使用的永久模具，现在可以用坚固耐用的材料如钢材、软质铝及其他合金材料生产模具，当生产量不是很大、模具寿命要求不是很高时，甚至可以用某些塑料制品模 具。注塑生产时，熔料以高压注入型腔，因此就需要模具足够结实以抵御变形。 2型腔数量 多数模具，尤其生产大型制品的模具多为单腔模，但是大批量生产时的模具，会有两个或更多型腔，这纯粹是出于经济考虑。注射多型腔的时间并不比单腔模多，例如四腔模注射一个产品的时间大约仅是单腔模的 1/4，而产量却与型腔数成正比。多腔模比单腔模贵，并不是说要贵四倍，但需要带有大模板和锁模能力的注塑机，而且该例所需总的塑料量是单腔模的四倍，需要有较大的注射装置，较大设备的单位成本要比用小型模具的设备高。目前多型腔模大多选择 2、 4、 6、8、 12、 16、 24、 32、 48、 64、 96、 128 这样的数字。选择这些数字（偶数）的原因是为了方便在长方形区域内布置型腔，这样有利于设计、定尺寸以方便加工制造，也有利于围绕机器中心对称分布型腔，这种对称分布对保证每个型腔分配到相同的锁模力非常重要。也可以在圆形范围内设置较少量的型腔数，甚至于是3， 5， 7， 9 这样的奇数，还可用任意型腔数排布，但要注意围绕注塑机中心线投影面积对称分布。 3型腔形状及收缩 型腔形状实际上是塑件形状的“反”形状。尺寸需要家上塑料的收缩量。型腔形状可以用切削设备或电火花、化学腐蚀及 任何新型加工方法进行加工和制造，如电镀工艺，也可以将铜或锌基合金浇铸到具有制品形状的石膏模或硬塑料模如环氧树脂中，再机加工成规定形状。型腔可以直接在模板上切挖出来，也可做成嵌件攘入模板中。 C型腔和型芯 通常模具的凹部叫型腔，与之相配的凸起部分叫型芯。大多塑料制品是杯状的，这并不是它们看起来像水杯，而是有内外两面，其外部由型腔成型，内部由 桂林电子科技大学毕业（论文）报告专用纸 第 3 页 共 20 页 型芯制得。另一种是平板状制品，模具没有明显的凸起，型腔有时看起来像镜面，这类制品有塑料小刀、游戏筹码、圆片状制品如唱片，产品外表看起来很简单，但注塑成型时却有很多严重问题 出现。通常将型腔设置在注塑一侧的半模上，而将型芯设置在动模一侧。这样放的原因是所有注塑机在动模侧都设置有顶出机构，而且制品通常易于收缩并包覆在型芯上，随后被顶出。绝大多数注塑机在注射侧不安置顶出机构。 聚合物成型过程 聚合物成型加工是将固体 (有时是液体状 ) 粉末、粒状、珠粒等形状的树脂转变成具有一定形状、尺寸和性能的固体塑料制品，通常包括：挤出、模塑、压延、涂布、热成型等。为了实现上述目标，成型过程通常包括一下步骤：国体物料输送、压缩、加热、熔融、混合、成型、冷却、固化、修饰。很显然，这些操作不一定顺序完 成，其中有一些是同时进行的。 为了赋予塑料材料规定的几何形状和尺寸，需要通过成型加工来完成。还要综合考虑黏弹性形变和若传递，他们和溶体的固化有关。 成型加工包括下述两种方式：二维成型如口模成型、压延和涂布；三维成型。二维成型既包括连续稳定的操作也包括间歇式操作，连续式如薄膜和片材挤出、线缆包裹、纸张和片材涂布、压延、纤维纺丝、管材和异型材基础等，间歇式操作如挤出吹塑成型。通常，模塑成型是间歇式的，所以工作条件有时会不稳定。热成型、真空成型及其他类似方法常可以被看作是对已有的二次加工，例如在吹塑成型中，就包括 预成型（型胚的生成）和二次成型（型胚的吹胀）两部分。 成型过程中既有同步的液体流动和热传递，也有交错的流动和热传递。在二维成型过程中，一般成型后再接着固化，而在三维成型时，固化和成型往往在模具内同时进行。根据材料的性质、设备和成型条件，结合流动面的情况（自由与否），流动通常包括剪切、拉伸及压缩流动（国内一般将流动形式只分为剪切和拉伸流动）。聚合物流动和固化时的热力学机械性能决定了制品的微观结构变化如形态、结晶度和取向分布等，制品的最终性能与期微观结构密切相关。因此，只有了解树脂性能、设备、操作条件、热力学 力学性能、微观结构和制品最终性能之间的相互作用，才能更好的实现生产过程和制品的质量控制。已经运用数学模型和计算机模拟来研究它们之间的相互作用，鉴于 CAD/CAM/CAE 系统在塑料成型中应用越来越广泛，此种研究思路也越来越重要 。 注塑成型 将粒状、粉末及液体塑料转变为制品有很多种方法，塑料材料处于可模塑状态并可适用于多种成型方法。大多数情况下，热塑性材料可以用某些方法成型，而热固性材料需要用其他方法。这是因为热塑性材料加热后会软化，冷却前可被 桂林电子科技大学毕业（论文）报告专用纸 第 4 页 共 20 页 重塑，而热固性材料在加工前未聚合，成型过程中会发生化学反应，这种反 应通常是在热、催化剂或压力的作用下完成的，在进行塑料加工研究和应用时，了解这一点尤为重要。 注塑成型是迄今为止用得最多的一中热塑性材料的成型方法，同时也是历史悠久的一种方法，目前占到塑料成型总量的 30%。由于原料可惜此一步成型，注塑方法适于大批量和一步自动成型复杂几何形状的塑料制品，大多数情况下不需要后续加工。典型制品有玩具、汽车配件、家庭用具和电子产品。 由于注塑成型时有很多相互关联的变量，这种方法是相当复杂的。成功的注塑生产不仅有赖于设备参数的正确设置，还在于要消除每次注射时的泼动，这种泼动是由液压系统 、料筒温度及材料黏度变化引起的。提高每次注射时设备参数的稳定性，可得到公差小、次品率低和质量高的产品。 任何成型加工最根本的目标都是：提高产品质量，缩短成型周期，采用重复性和自动化程度高的循环过程。模具人员在生产过程中总是想尽办法降低或消除不合格。用注塑法生产那些精度要求很高的化学产品，或者附加值很高的产品如电器外壳，降低次品率的好处很大。 典型的注塑成型过程由五个阶段组成： 1.注射与充模； 2.补料或压缩； 3.保压； 4.冷却； 5.顶出制品。 注塑概况 工艺 注射成型是一个 塑料在 压力下 进入 一个空腔 中成为 理想 形状的的 循环过程。塑造，是 通过 冷却（热塑性塑料 ） 或由一个化学反应（热固性） 来 实现 的 。这是一个为大规模生产具有优良尺寸 精度 的复合塑料零部件最常见和 最 灵活 方式 。它需要极少或根本没有整理或装配作业。除 了 热塑性塑料和 热固性 ， 这个进程现在通过用聚合物粘结剂被扩展到 象纤维，陶器，金属粉 末 这样的材料 。 应用 按重量计算大约所有塑料加工的 32%是通过 注塑成型机器的 。 历史上， 注入成型的 主要 里程碑包括往复移动螺丝机器和各种新 的替代 过程， 和应用电脑仿真，以 及 设计和制造的塑料零部件 的发明 。 注 射 机的发展 从 19 世纪 70 年代初注入成型机器 问世以来它 已经经历 了 显著的修改和改进。 尤其 是 往复移动螺 杆 机器的发明 使 热塑性塑料注 塑 成型过程的 多功能性 和生产力 得到了 彻底改革。 往复移动螺 杆 的好处 桂林电子科技大学毕业（论文）报告专用纸 第 5 页 共 20 页 除在机器控制方面 和 机器起 动功能上有 明显改进外， 注 塑 成型机器的 一个主要发展 是 从一个 活塞机器 到一个往复移动螺丝 杆的 变化。 虽然活塞机本身简单 ，它 的 普及 受到 限制 归咎与它仅仅 通过纯传导 的缓慢的 加热 速度 。 往复移动螺 杆用它旋转的运动能 使材料塑化 更迅速而均匀，如图 1 中所示使可塑材料。 另外 ，它能把这个熔融的聚合物注入在一个向前的方向， 就像一个活塞 。 注 塑 成型过程的发展 注 塑 成型过程 开始 只与热塑性塑料聚合物一起使用在 活性 材料方面的发展， 在塑造设备方面的改进，并且 由于特殊工业的 需要已经 把工艺的用途扩展到超出了他 原先的范围 供选择的注塑工艺 在过去二十年期间发展注射模塑已经被做出许多尝试 ， 随着特殊设计 发展 道具生产零件的 工序 可用作替换过程 ， 从 传统的 注射模塑中派生而来 的 应用策划新时代 ，它有 更多自由 设计 和特殊结构上特征 通过 这些努力 产生了 许多 类型 ，包括： 级进 注射（夹心）成型 易熔 芯 注 塑 成型 气体辅助注 塑 成型 压缩注塑成型 层状（微）注射 交替供料 的 注 塑 成型 低压注入成型 推拉注 塑 成型 反应注塑成型 结构泡沫 注塑 成型 薄壁件成型 计算机模拟注塑成型过程 由于他们的扩展性和希望性 ,电脑仿真 也 已经 扩展 超出早 期的 外行 -扁平物 现在 ,复杂程序在过程期间模仿填充 后 行为 ,反作用动力学和两材料的 不同性质 或者二 维 的使用。 桂林电子科技大学毕业（论文）报告专用纸 第 6 页 共 20 页 仿真部分提供关于使用 C-类型产品的信息 在设计题目 有 中间 几例子 ,其给你怎样能使用 CAE 工具改进你的部分和塑造设计和使处理状况最优化配上插图。 级进 注射（夹心）成型 总体上说 级进注塑 成型 是通过两种不同的材料连续的和或同时地由同一浇口注射完成的 。 材料层板和凝固。 这工艺生产零件 ,其随着在层皮材料之间把型芯材料嵌入有一层积的结构中 . 这项创新过程 为 用最优性能的每一种材料或修改模的一部分 属性 提供了固有的灵活性。 图 1 四个阶段的 级进 注塑成型 (a)短球的皮合物融化 (显示在里深绿色 )注入进那些模型 (b)核心聚合物的注射 熔化 ，直到 型腔 被差不多填补 如 (c)中所示皮聚合物再次被注入，以便把离开的这个核心聚合物从浇注系统中清除出去 熔心注 射 成型 熔芯工艺 在 单个 产品 中 ，空的部分用复杂内部 结构的易熔 (丢失，可溶 )如下图 。这个 工艺 在塑造核 芯内部完成 ，核 芯 将 自身 融化或者化学消失，留下它的外 桂林电子科技大学毕业（论文）报告专用纸 第 7 页 共 20 页 部 结构 作为塑料部分的内部形状。 图 1。 易熔 (失芯 ， 熔芯 )核心注 射 成型 气体辅助注 塑 成型 气体辅助 工艺 气体辅助注塑成型过程的 是树脂 聚合物熔体 欠料 进入模腔。压缩气体，然后注入的 聚合物 核心部分帮助 填满 模具。这个过程如下所示。 图 1 。气体辅助注射成型 (a)电气系统 (b)液压系统， (c)控制面板， (d)汽缸。 注射 -压缩成型 注射压缩成型 工艺 是传统注射成型 的延续。 在把一 种 预调装置量的聚合物 熔化注 入一个开放 型腔 ,如同下面展示那样 ,聚合物注射的时候 被压紧 ,这过程的最重 要 特点 是 相对于无压力部件要 在低夹 具 方面 保证 尺寸上稳定 ,(百分之 20到 50甚至 更低 ). 桂林电子科技大学毕业（论文）报告专用纸 第 8 页 共 20 页 层状（微 层 ）注塑成型 层状 注射 成型通过同步注射和层倍增加的综合了供挤出和注射成型， 如同在图下面 1 中展示那样 ,层状注射成型同时实施不同的树脂注射 .不同树脂叠加在一起提高其性能， 例如 阻隔气密性 ,尺寸稳定性，耐熔性 和 光学透明性。 交替注射成型 交替注射 成型过程 是在 入口压力 下 引起 聚合物熔化 摆动，如这下面的插图中所示。当不同的层分子或者纤维由于凝固 而 被在 模具 里增加时 ， 活塞的行动保持材料在门里熔融， 、 。 这个过程提供 简单的方 法使 简单或者复杂部分 从空间中释放出来 ，下沉标明，以及 结合处 缺陷。 桂林电子科技大学毕业（论文）报告专用纸 第 9 页 共 20 页 低压注射成型 低气压注塑成型，基本上是一种优化 并 延长 的 常规注塑成型（见图 1 ） 。低压可以 通过 正确 的 螺 杆 转 /分 的编程 ， 水 压支持 压力 和螺杆速度来 控制 熔化 的温度和注射速度 。 它也利用 很多阀门的连续关闭来缩小流程 。 填料 阶段 以 一般慢并且控制注射速度 来消除 ，低气压注塑成型 的优点 包括减少 较大的夹紧力 ， 利用成本较低的模具和压力机 和降低模塑制品成型应力。 推拉注射成型 该推拉注射成型过程中使用了传统的 两套 注射液系统和 双浇口 模具， 推动 材料 在母主 注射装置 和辅助注射装置 中来回流动 ，如下所示 。 这个过程中消除熔 体缝 ， 空隙 ，裂 纹 ，并控制纤维 方 向。 桂林电子科技大学毕业（论文）报告专用纸 第 10 页 共 20 页 反应注塑成型 工艺 多数 反应注塑成型 工艺 ，包括反应注射成型（ RIM ），以及 混合成型 加工，如树脂传递模塑（ RTM）和结构反应注射成型（ SRIM ） 。 与热塑性塑料塑造相比 具有典型 的低粘性 ，模具压力低，模具成本低的特点。活性 树脂也可以在 混合 过程 中使用 。 例如，制作 高强度和小批量的大型零件 ， RTM和 SRIM 可用于长纤维 的预先成型 。另一个领域是比以往任何时候 接受的 都是微电子集成电路芯片 。 注塑成型的适应性是在这些物质中 包括在机械上料（桶）中的一段温度上升来避免固化。不过，腔 通常是 有 足够的热 来 启动化学交联。作为热预聚合物是被迫进入腔 中 ，热 度 是从腔墙 中 ， 流动的 粘性（摩擦） 热气 ， 和 反应元件 所释放的热气中补充的。零件的温度 往往超过 模具的温度 。 零件的固性 (甚至在高温 中 )的循环是 当反应足够强烈时 完成的 然后零件 被 弹出。 设计考虑 因为反应是 在填塞和充满 后 的阶 段进行的，所以活性材料的注塑成型的加工工艺是复杂的。 例如， 慢的填充经常引起过早的胶化和一个合力，然而快速填充能引起内部间隙混乱。 模具壁温度 的不适当控制 和 厚度不足 要么引起的注射剂流动 性问题或造成材料 过热。 计算机仿真是普遍公认的作为更具成本效益的工具，比传统的时间 短 ， 试错能力强 和 高的改错能力。 结构泡沫注塑成型 概况 结构泡沫 注塑 生产 的零件是有固体外表面周围的 围绕内部 气孔 (或者泡沫 )的 核心组成的，在下面的图 1 说明 。这个工艺适合大型厚零件在最终用途应用中承受弯曲负荷，结构泡沫零件还可以高低压生产或者是氮气和化学填充剂。 桂林电子科技大学毕业（论文）报告专用纸 第 11 页 共 20 页 薄壁成型 薄壁件是相对的 ， 传统的塑料 零件 通常 是 2到 4 毫米厚 。 当厚度 在 1.2 到 2毫米时 和边缘尺寸低于 1.2 毫米的时候 ，薄 壁 设计被 称为 先进 。薄壁成型的另一个定义是根据 流程 /壁厚比，这些薄壁的应用典型比率在 100： 1 到 150： 1之间或更高。 典型的应用范围 薄壁件成型更适用于便携式的通讯和计算设备，他们要求塑料壳得非常薄却依然能够同传统零件一样能够承受同样的机械强度 工艺 因为薄壁件冷却速度非常快，他们需要高的溶化温度，高的注射速度，和非常高的注射压力，如果多种阀门或者顺序阀门没有一个理想的填充速度来帮助减少压力的要求。 由于高的速度和剪切速率在薄壁件成型上更容易帮助减少薄壁件每个方向收缩，这对于充分的填充非常重要，然而核心的部分仍然是熔化。 注塑机 组成要素 对于热塑 性塑料，注塑机通过熔化，注塑，填充和冷却把 粒状或丸粒化原料转换成最好的成型零件。一个典型的注塑机主要由以下部分组成，在下面图 1中说明 机器功能 注塑机基于机器功能大致可分为三类： 一般用途的机器 精密机器超高速，薄壁件的机器 辅助设备 注塑机的主要辅助设备包括树脂干燥机，材料处理设备，制粒机，模温机，冷水机组，搬运机械手以及零件处理设备。 桂林电子科技大学毕业（论文）报告专用纸 第 12 页 共 20 页 基于注塑模具钢研磨和抛光工序的自动化表面处理 C. Apreaa, R. Mastrullob, C. Rennoa,* 萨勒诺大学 机械工程系 ,通过 Ponte Don Melillo 1、 84084 菲夏诺 ( 萨勒诺 )、意大利 那不勒斯大学 DETEC 费德里科二世 ,P。 le Tecchio 80、 80125 那不勒斯 ,意大利 完成于 2002 年 8月 8 日 ,在修订后 完成于 2003 年 12 月 18日 , 通过是 2004 年 2 月 18 日 摘要 : 本 文 研究 了 注塑模具钢自动研磨与球面抛光加工工序 的 可能性 ，这种 注塑模具钢 PDS5 的 塑 性 曲面 是在 数控加工中心 完成的。 这项研究已经完成了磨削刀架 的 设计 与 制造 。 最佳表面研磨参数 是在 钢铁 PDS5 的 加工中心测定 的。 对于PDS5 注塑模具钢 的最佳球面研磨参数是以下一系列的组合：研磨 材料的磨料 为粉红氧化铝 ，进给量 500 毫米 /分钟 ， 磨削深度 20 微米，磨削转速为 18000RPM。用优化 的 参数 进行 表面研磨 ， 表面粗糙度 Ra 值 可由大约 1.60 微米改善至 0.35微米 。 用球抛光 工艺和 参数优化抛光 ， 可以进一步改善表面粗糙度 Ra值 从 0.343微米至 0.06 微米左右 。在 模具 内部 曲面的测试部分 ， 用最佳参数 的 表面研磨、抛 光 ， 曲面表面粗糙度就可以提高约 2.15 微米到 0 0.07 微米 。 关键词 : 自动化表面处理 ； 抛光 ； 磨削加工 ； 表面粗糙度 ； Taguchi 方法 一、 引言 : 塑胶工程材料由于其重要特点 ,如耐化学腐蚀性、低密度、易于制造 ,并已日渐取代金属部件 在 工业 中广泛 应用 。 注塑成型 对于 塑料制品 是 一个重要 工艺。注塑模具的表面质量是 设计 的本质要求 ,因为它直接影响了塑胶产品的外观 和性能。 加工工 艺 如 球面 研磨、抛光常用 于 改善表面光洁度 。 研磨工具 (轮子 )的安装已广泛用于传统模具 的制造 产业 。 自动化表面研磨加工工具 的 几何模型 将在 1中 介 绍 。 自动化表面处理 的球磨 研磨工具 将在 2中得到 示范 和 开发 。 磨 削速度 , 磨 削 深度 ，进给速率和 砂轮 尺寸 、研磨材料特性 （ 如磨料粒度 大小） 是球形研磨 工艺 中 主要的 参数 ，如图 1（ 球面研磨过程示意图 ）所示。 注塑模具钢的球面研磨 最 优化参数 目前 尚未在文献 得到确切的 依据 。 近年来 ， 已 经 进行了一些研究 ， 确定 了 球 面 抛光工艺 的 最优参数 (图 2) （ 球面 抛光过程示意图 ）。 比如 ，人们 发现 , 用碳化钨球滚 压的方法可以使 工件表面的 塑性变形减少 ,从而改善表面粗糙度、表面硬度、抗疲劳 强度 3,4,5,6。 抛光的 工艺 的过程 是由 加工中心 3,4和 车床 5,6 共同完成的。对 表面粗糙度有重大影响 的 抛光 工艺 主要 参数，主要是 球或滚子材料 ， 抛光 力， 进给速率 ,抛光速度 ,润滑、抛光 率及其他因素等。 注塑模具钢 PDS5 的 表面抛光的参数优化 ，分别结合 了 油脂润滑剂 ， 碳化钨球 ,抛光速度 200 毫米 /分钟 ,抛光力 300 牛， 40微米 的进给量 7。 采用最佳参数 进行表面研磨和球面抛光的深度 为 2.5 微米 。 通过抛光 工艺， 表面粗糙度 可以 改善大致为 40%至 90%3-7。 桂林电子科技大学毕业（论文）报告专用纸 第 13 页 共 20 页 此项 目 研究的目的是 ， 发展 注塑 模具 钢的 球形研磨 和 球面抛光工序 ，这种 注塑模具 钢的 曲面 实在 加工 中心完成 的。 表面光洁度 的 球研磨与球抛光 的 自动化流程工序 ，如图 3 所示。 我们开始自行设计和制造的球面研磨工具及加工中心 的对 刀 装置 。 利用 Taguchi正交法 ， 确定了表面球研磨最佳参数 。 选择 为 TaguchiL18型矩阵实验相应 的 四个因素和三个层次 。 用 最佳参数进行表面球研磨则适用于一个曲面表面光洁度 要求较高的 注塑模具 。 为 了 改善表面粗糙 , 利用最佳球 面抛光 工艺 参 数，再进行对表层 打磨 。 图 1.球状研 磨 的过程的简图 图 2.球 面抛光 的过程的简图 桂林电子科技大学毕业（论文）报告专用纸 第 14 页 共 20 页 图 3.自动球面研磨 与 抛光工序 的 流程图 二、 球研磨 的 设计 和 对准装置 : 实施过程中可能出现的曲面 的 球研磨 ,研磨球 的中心应和 加工中心 的 Z 轴 相一致。 球面研磨工具的安装及调整装置 的 设计 ，如 图 4（ 球 面 研磨工具及其调整装置 ） 所示 。 电动磨床展开 了 两个 具有 可调支撑螺丝 的 刀架 。 磨床 中心正好与具有辅助作用 的圆锥槽线配合 。 拥有磨床 的 球接轨 ,当 两个可调支撑螺丝被收紧时，其后的 对准部件 就 可以拆除 。研磨 球中心坐标偏差约 为 5 微米 , 这是衡量一个数控坐标测量机 性能的重要标准。 机床的 机械振动 力 是 被 螺旋弹簧 所 吸收 。球形研磨球 和 抛光工具 的安装，如图 5（ a. 球面研磨工具的图片 . b.球抛光工具 的 图片 ） 所示 。为使 球面磨削加工和抛光加工 的进行， 主轴 通过 球锁机制 而被锁 定。 三、 矩阵实验的规划 3.1Taguchi 正交表 : PDS 试样的设计与制造 选择最佳矩阵实验因子 确定最佳参数 实施实验 分析并确定最佳因子 进行表面抛光 应用最佳参数加工曲面 测量试样的表面粗糙度 球研磨和抛光装置的设计与制造 桂林电子科技大学毕业（论文）报告专用纸 第 15 页 共 20 页 利用矩阵实验 Taguchi 正交 法，可以 确定参数 的影响程度 8. 为了配合上述球面研磨参数 ， 该材料磨料 的研磨 球 (直径 10 毫米 ),进给速率， 研磨 深度 ,再次研究中 电气磨床被 假定为 四个因素 (参数 )， 指定为 从 A 到 D（见表 1实验因素和水平 ）。 三个层次 (程度 )的因素 涵盖了不同的范围特征 ,并用 了数字 1、 2、 3标明。 挑选三类磨料 ,即碳化硅 (SiC),白色氧化铝 (Al2O3,WA),粉红氧化铝 (Al2O3, PA)来 研究 . 这 三个数值的 大小取决于 每个因素 实验结果。 选定 L18 型正交矩阵进行实验 ，进而研究 四 三级因素的球形研磨过程 。 图 4.球状研 磨 的工具的概要例证和它调节装置 图 5.a 球面研磨的工具的照片 b 球抛光工具 的 的照片 3.2 数据分析 的意义 : 桂林电子科技大学毕业（论文）报告专用纸 第 16 页 共 20 页 工程设计问题 ,可以分为较小 而好的 类型 ,象征性最好类型 ,大 而好 类型 ， 目标 取向 类型等 8。 信噪比 (S/N)的 比值 ，常 作为目标函数 来 优化产品或 者 工艺设计 。 被加工 面的 表面粗糙度值经 过 适当 地 组合磨削参数 ， 应小于原来的 未加工 表面 。 因此 ,球面研磨过程 属于工程问题中的 小 而好类型。这里的 信噪比（ S/N） , 按下列公式定义 8: =10 log10 （ 平方等于质量 参数 ) =10 log10 ni iyn121 这里， yi 不同噪声条件下 所 观察 的 质量 参数 n 实验 次数 从每 个 L18 型正交实验 得到的 信噪比 （ S/N） 数据 ，经 计算 后， 运用差异分析技术 (变异 )和歼比检验 来测定 每一个 主要的 因素 8。 优化 小而好类型的工程问题 问题更是尽量 使 最大而 定 。 各级 选择 的 最大化将 对最终的 因素有重大影响 。 最优条件可 视 研磨球 而 待定 。 表 1。 实验性因素和 等级 1 2 3A . 研磨材料 SiC Al 2 O 3 , W A Al 2 O 3 , P AB . 速度 ( m m / m i n ) 50 100 200C . 研磨深度 ( m ) 20 50 80D . 转数 ( r p m ) 12000 18000 24000等级因素 四、 实验 工作 和结 果 : 这项研究使用的材料是 PDS5 工具钢 (相当于艾西塑胶模具 )9， 它 常用 于大型注塑模具产品在国内汽车零件 领域和国内设备。 该材料的硬度约HRC33(HS46)9。 具体好处之一是 , 由于 其 特殊的热处理前处理 ， 模具可直接用于未经进一步加工工序 而对 这一材料 进行 加工 。式样 的设计和制造 ,应 使 它 们可以安装在底盘 ，来 测 量相应的反力。 PDS5 试样的加工 完毕 后 ， 装在大底盘 上在 三 坐标 加工中心进行了铣 削，这种加工中心是由杨 *钢铁公司 所生产 (中压型三号 ),配备 了 FANUC-18M 公司 的 数控控制器 (0.99 型 )10。 用 hommelwerket4000设备 来 测量前 机 加工 前 表面 的 粗糙度 ,使其 可达到 1.6 微米 。 图 6试验 显示了 球面磨削加工 工艺的 设置 。 一个由 Renishaw 公司 生产的 视 频触摸触发探头 ，安装在 加工中心 上，来 测量 和 确定和原 始式样的 协调 。 数控代码所需要的磨球路径 桂林电子科技大学毕业（论文）报告专用纸 第 17 页 共 20 页 由 PowerMILL 软件产 。 这些代码经 过 RS232 串口界面 ， 可以传送到 装有 控制器的数控加工中心 上。 完成了 L18 型 矩阵实验后， 表 2 （ PDS5 试样 光滑 表 层的 粗糙度 ） 总结了 光滑 表面 的 粗糙度 RA 值 ， 计算 了每一个 L18 型 矩阵实验的信噪比（ S/N） ,从而 用于方程 1。通过表 2 提供的各个数值，可以得到 4 种不同程度因子的平均信噪比（ S/N），在图 7 中已用图表显示。 表 2.PDS5 试样 光滑 表 层的 粗糙度 E x p .no. A B C D y1(m) y2(m) y3(m)S/Nratio (dB)Meany (m)1 1 1 1 1 0.35 0.35 0.35 9.119 0.352 1 2 2 2 0.37 0.36 0.38 8.634 0.373 1 3 3 3 0.41 0.44 0.4 7.597 0.4174 2 1 2 3 0.63 0.65 0.64 3.876 0.645 2 2 3 1 0.73 0.77 0.78 2.38 0.766 2 3 1 2 0.45 0.42 0.39 7.52 0.427 3 1 3 2 0.34 0.31 0.32 9.801 0.3238 3 2 1 3 0.27 0.25 0.28 11.471 0.2679 3 3 2 1 0.32 0.32 0.32 9.897 0.3210 1 1 2 2 0.35 0.39 0.4 8.39 0.3811 1 2 3 3 0.41 0.5 0.43 6.968 0.44712 1 3 1 1 0.4 0.39 0.42 7.833 0.40313 2 1 1 3 0.33 0.34 0.31 9.712 0.32714 2 2 2 1 0.48 0.5 0.47 6.312 0.48315 2 3 3 2 0.57 0.61 0.53 4.868 0.5716 3 1 3 1 0.59 0.55 0.54 5.03 0.5617 3 2 1 2 0.36 0.36 0.35 8.954 0.35718 3 3 2 3 0.57 0.53 0.33 5.293 0.543列阵(控制因素) 表面粗糙度 (R a) 响应 图 6.确定最佳球面磨削参数的实验设置 桂林电子科技大学毕业（论文）报告专用纸 第 18 页 共 20 页 表 3.由因素水平 (dB)的平均 S/N 比率 因素 A B C D等级1 8.099 7.655 9.11 6.77等级2 5.778 7.453 7.067 8.028等级3 8.408 7.176 6.107 7.486作用 2.63 0.479 3.003 1.258顺序 2 4 1 3平均值 7.428 图 7.控制因素作用 的曲线图 球面研磨工艺的目标，就是通过确定每一种因子的最佳优化程度值，来使试样光滑表层的表面粗糙度值达到最小。因为 log 是一个减函数，我们应当使信噪比（ S/N）达到最大。因此，我们能够确定每一种因子的最优程度使得的值达到最大。因此基于这个点阵式实验的最优转速应该是 18000RPM， 如表 4（ 优化组合球面研磨参数 ） 所示。 通过使用数据 方差分析 的 技术和 F 比检验 方法，进一步确定了每一种因子有什么主要的影响，从而确定了它们的影响程度 (见表 5 信噪比和 表面粗糙度 )。F0.1， 2， 13 的 F 比的比值是 2.76，相当于 10%的影响程度。（或者置信水平为90%）这个因子的自由度是 2，自由度误差是 13， 根据 F分布表 11。如果 F比值大于 2.76，就可以认为对表面粗糙度有显著影响