外文翻译——基于注塑模具钢研磨和抛光工序的自动化表面处理

基于注塑模具钢研磨和抛光工序的自动化表面处理 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 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 加工中心测定 的。 对于 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 18000用优化 的 参数 进行 表面研磨 ， 表面粗糙度 由大约 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 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 关键词 : 自动化表面处理 抛光 磨削加工 表面粗糙度 田口方法 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 介绍 。 自动化表面处理 的球磨 研磨工具 将得到 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 。 图 1 球面研磨过程示意图 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。 抛光的 工艺 的过程 是由 加工中心 和 车床 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 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。 采用最佳参数 进行表面研磨和球面抛光的深度 为 米 。 通过抛光 工艺， 表面粗糙度 可以 改善大致为 40 至 90。 图 2 球 面 抛光过程示意图 步距 研磨高度 球磨研磨 进给速度 工作台 进给 研磨球 工作台 研磨深度 研磨表面 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 。 利用田口正交法 ， 确定了表面球研磨最佳参数 。 选择 为 田口 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 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 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 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 . 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。 图 4 球 面 研磨工具及其调整装置 图 5 a. 球面研磨工具的图片 . 图片 模柄 弹簧 工具可调支撑 紧固螺钉 磨球 自动研磨 磨球组件 三、矩阵实验的规划 口正交表 利用矩阵实验田口正交 法，可以 确定参数 的有影响程度。 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 ,在次研究中 电气磨床被 假定为 四个因素 ， 指定为 从 A 到 D（见表 1 实验因素和水平 ）。 三个层次 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 ,白色氧化铝 ,粉红氧化铝 来 研究 . 这 三个数值的 大小取决于 每个因素 实验结果。 选定 正交矩阵进行实验 ，进而研究 四 三级因素的球形研磨过程 。 表 1实验因素和水平 因素 水平 1 2 3 A. 碳化硅 白色氧化铝 粉红氧化铝 B. 50 100 200 m） 20 50 80 D. 12000 18000 24000 据分析的界定 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 。 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 : =10 平方等于质量特性 =10 ni （ 1） 这里， 不同噪声条件下 所 观察 的 质量特性 n 实验 次数 从每 个 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 。 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 。 四、实验工作和结果 这项研究使用的材料是 相当于艾西塑胶模具 )， 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 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。 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 钢铁公司 所生产 (中压型三号 ),配备 了 数控控制器 ( )。 用 备 来 测量前 机加工 前 表面 的 粗糙度 ,使其 可达到 图 6试验 显示了 球面磨削 加工 工艺的 设置 。 一个由 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 由 件产 。 这些代码经 过 可以传送到 装有 控制器的数控加工中心 上。 图 6 完成了 阵实验后， 表 2 （ 滑 表 层的 粗糙度 ） 总结了 光滑 表面 的 粗糙度 计算 了每一个 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 四种 不同程度 因素 的平均信噪比（ S/N），在图 7中已用图表显示。 表 2 滑 表 层的 粗糙度 实验 序号 A B C D 2 S/N( 1 1 1 1 1 1 2 2 2 1 3 3 3 2 1 2 3 2 2 3 1 工中心 数控机床 电脑 6 2 3 1 2 3 1 3 2 3 2 1 3 3 3 2 1 0 1 1 2 2 1 1 2 3 3 2 1 3 1 1 3 2 1 1 3 4 2 2 2 1 5 2 3 3 2 6 3 1 3 1 7 3 2 1 2 8 3 3 2 3 7 控制影响因素 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 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 18000如表 3（ 优化组合球面研磨参数 ） 所示。 表 3 优化组合球面研磨参数 因素 水平 白色氧化铝 50mm/0 m 18000田口矩阵实验 获得的球面研磨优化参数，适用于曲面光滑的模具，从而改善表面的粗糙度。选择 香水瓶为一个测试载体 。对于被测物体的模具数控加工中心，由 拟测试 。经过精铣，通过使用从 田口矩阵实验 获得的球面研磨优化参数，模具表面进一信噪比 控制因素 步光滑。 紧接着 ,使用 打磨抛光的最佳参数 ，来对光滑曲面进行抛光工艺，进一步改善了被测物体的表面粗糙度。 (见图 9)。 模具 内部的 表面粗糙度 用 备 来测量。 模具 内部的 表面粗糙度 平均值为 滑表面 粗糙度 光表面 粗糙度 测物体的光滑表面的粗糙度改善了：(抛光表面的粗糙度改善了： ( 图 8 被测物体表面粗糙度 五、 结论 在这项工作中 ,对 注塑模具的曲面 进行了 自动球 面 研磨与球面抛光加工 ，并将其工艺 最佳参数成功 地运用到 加工中心 上。 设计和制造了 球 面 研磨 装置 (及其 对准组 件 )。通过实施 田口确定了球面研磨的最佳参数。对于 最佳球面研磨参数是以下一系列的组合： 材料的磨料 为 粉红氧化铝 ，进给量 料 500 毫米 /分钟 ， 磨削深度 20微米，转速为 18000过使用最佳球面研磨参数， 试样 的 表面粗糙度 从 约 米提高到 应用最优化表面磨削参数和最佳抛光参数，来加工模具的内部光滑曲面，抛光表面 m 内部表面 m 光滑表面 m 可使模具内部的光滑表面改善 ，抛光表面改善 鸣谢 作者感谢 中国 国 家 科 学理事 会 对本次研究 的支持 , 9 of of in a on a of a in s on a of an A a 8 000 a 0 m, a 0 mm/a of be m m by a be m m by to a a of on be m m. s 1 to as to of in is of of is an to on of as to in of A of of as as 1. in of n in of 2). it on be by a or a is by on or of a of a 00 mm/a 00 N, a 0 m. of of .5 of 0% 0%. 2. of he of to of a on a of is 3. We by on a by a s s to of a To 3. of of o of a of of as 4. in a of of of be of of m, by a by of is by a as 5. by a of (a) of b) of 3 of s he of be by s To of 0 of of as as () in to of by , 2, . of of on 18 to of of be 8. S/N) is as a or of an of be of is an of a , , is by =10 =10 ni of n: of , of by an of of is to , as q. 1. be a . be 4 he in 20), is of in of of is of is be to so be on a to on to on a a M). 4000 to be m. of A by to of to be C AM be to NC of to a , 8 ( B C D 2 S/N( 1 1 1 1 1 1 2 2 2 1 3 3 3 2 1 2 3 2 2 3 1 2 3 1 2 3 1 3 2 3 2 1 3 3 3 2 1 0 1 1 2 2 1 1 2 3 3 2 1 3 1 1 3 2 1 1 3 4 2 2