注塑模表面自动化磨削和抛光的过程#中英文翻译#外文翻译匹配

1 8Fang-Jung Shiou Chao-Chang A. Chen Wen-Tu Li 注塑 模 表面 自动化 磨削和抛光的过程 发表 日期： 2004年 3月 30日： 2004年 7月 5日 网上公布： 2005年 3月 30 日 斯普林格 -柏林出版社， 伦敦 有限公司 2005 年 摘要 ： 本文探讨在数控加工中心中对注塑模上任意一个自由表面进行自动化磨削和抛光过程的可能性。作者在本文中已经完成了磨削和抛光工具的设计和制造。在加工中心的注塑模5PDS 使用 Taguchi 正交矩阵 方法 确定 其最佳表面磨削参数 。 注塑模 5PDS 的最佳表面参数为：磨削材料为 PA 32OAL，磨削速度为 rpm18000 ，磨削深度为 m20 ，进给速度为min/50mm 。通过使用最佳磨削参数的平磨可使其表面粗糙度从 m6.1 提高到 m35.0 ，使用最佳抛光参数的抛光过程可使其表面粗糙度从 m343.0 提高到 m06.0 ，将最佳表面磨削和抛光参数运用到 自由表面模腔，其部分表面粗糙度值可从 m15.2 提高到 m07.0 。 关键字 ： 自动表面 抛光 ， 抛光 加工 ， 磨削 加工 ， 表面粗糙度 ， Taguchi方法 1 介绍 塑料是重要的工程材料，由于其 具有 特定 的 特点 ： 如耐腐蚀性， 抗化学品的腐蚀 ， 密度低 ， 并且易于制造， 在工业应用 上 已日益取代金属部件 。 注射成型 工艺 在塑料产品中 是一个重要的成形过程 。 表面 加工的 质量 是 注塑模 的 一个重要要求， 因为它直接影响塑胶产品 的外观 。 加工过程中的 抛光和研磨 被 普遍使用 来 改善 工件 表面光洁度。 展开磨削已被广泛应用于传统模具加工行业。展开磨削的自动化表面加工过程的几何模型 将 在【 1】中 介绍。 球面磨削加工使自动化表面加工系统被提高了【 2】。磨削速度，切削深度，进给速度，磨具属性，如研磨材料和磨料粒大小，在球形磨削过程中起主导作用，如图 1所示。注塑模具的最优球面磨削参数尚未被证实。 近 几 年来， 一些确定抛光过程最佳参数 的 研究已经进在行了 。 举例来说， 现在 已发现塑料 变形可使 工件表面减少 使用 碳化钨 材料 ，从而改善 其 表面粗糙度，表面硬度，抗疲劳 强度 3-6 。抛光过程是通过加工中心 3， 4和车床 5 ， 6 来完成年的 。主要抛光参数 对 球或滚子材料的 表面 的 粗糙度 具有重大作用 ，抛光力，进给速度，抛光速度，润滑， 其他的抛 2 光途径 ，其中包括 3 。 注塑模的 最佳 表 面抛光参数 5PDS 是一 种 组合的油脂润滑剂 ， 碳化钨材料 ，抛光速度 min/200 mm ，抛光力 N300 ， 进给 m40 7 。 抛光 表面采用最佳球 面 抛光参数 的渗透速度 为 2.5 微米。 通过抛光过程来 改善表面粗糙 度的概率 一般 在 %40 到%90 3-7 。 图 1.磨削过程示意图 图 2 .抛光过程示意图 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抛光光洁度。自动化表面磨削和抛光过程的流程图如图 3 。我们给加工中心设计和制造球面磨削工具及其对准装置，最佳球面磨削参数的特定是利用 Taguchi 正交矩阵 方法。四个因素和三个相应条件，然后挑选 Taguchi 正交矩阵 方法18L矩阵进行实验。表面研磨的最佳展开球面磨削参数被应用到自由曲面加工过程中。用最佳球面抛光参数来改善表面粗糙度和光洁度。 2 设计球面磨削工具及其对准装置 从自由表面的球面磨削过程进行的可能性看，球面磨削中心应在加工中心的 Z 轴，展开磨削的工具及 调节装置的设计如图 4 所示。 电动磨床是安装在两个可调枢轴螺钉 之间。 该磨床中心的磨削球借助圆锥曲线沟槽的对齐组件和圆锥形凹线进行的良好的排列。排列好的研磨球被两个可调螺钉固定，之后，对准元件可以被撤销。球面磨床的中心坐标和它的偏差在 m5 左右，它是由数控坐标测量机测量。机床振动导致的力被螺旋型弹簧吸收。球面磨削工具和球面抛光工具的安装如图 5 所示，主轴被锁，不论磨削过程还是抛光过程由主轴 锁定。 4 图 .4.球面磨床工具及其调整示意图 3 矩阵实验的步骤 3.1 Taguchi 正交阵 列 的结构 用 Taguchi 正交 矩 阵 8 做矩阵实验 要求那些参数的影响是有效地。 为了配合上述球面磨削参数 的要求， 在 本研究中磨削的材料 （直径 10毫米），进给速度， 磨削深度 ，电动磨床 的转速 被选定为四个实验因素（参数）并被指定为因子 A至 D （见表 1 ）。 并为每个素设定了 3个 等级 来包含它们所涉及的范围，用数字 1、 2、 3来标识。每个因素的 3个 表 1 .实验因素和 层次 因 素 等级 1 2 3 A :研磨材料 SiC 32OAlWA 32OAl,PA B :进给 速度 50 100 200 C :磨削 深度 20 20 80 D :转数 12000 18000 24000 5 数值要求在在研究结果的基础上来确定。第四个因素的第三 级 的磨削过程用18L正交矩阵来进行矩阵实验。 3.2 数据分析 工程设计上的问题 可以分成 越小越好的类型 ，额定 最佳类型， 越大越好的 类型， 标记 目标类型，其中 还 包括 8 。该信号 和 噪音 （ NS/ ）的比例是用来作为 优化产品或工艺设计 的 目标函数。 经过 磨削参数 的组合，其 表面粗糙度值应小于原 来 表面 的粗糙度值。 因此，球面磨削过程是 越小 越好类型问题的 一个例子。该 NS/ 比 ， ， 是指由下列方程 8 定义的 ： niiyn1210101lo g10lo g10 （ 1） 结果 ： iy：观测表明，质量特性 是 根据不同的噪声条件 来确定的 n ：多 次 实验 每 个18L正交 矩 阵计算 的 NS/ 的比值显示 ， 每个因素的主要影响是由不同技术的分析和方差测试的结果来决定的 8 。 解决 越小越好问题的的最佳方法是取 的最大值 ， 由公式1来定义的。各个因素的 最大值的选定将对 有重大影响， 然后就能确定球面磨削的最佳条件。 图 .6.实验设置来确定最佳的球面磨削参数 6 4 实验工作及结果 该材料用于 5PDS 工具钢 的研究 9 ，这是常用于 在汽车部件和家用器具领域的大型 注塑模 具 制品。这种材料的优越性在于经过加工后，模具可以直接用于其特殊前处理未经热处理的进一步加工过程。该产品的设计制造使它们可以被要求装在动力架上来测量其动力。 5PDS 经过简单加工，然后装在动力架上对 3坐标加工中心进行测量，该加工中心由Yang-Iron公司生产，配备了 FUNUC公司数控控制器。运用 Hommelwerke T4000设备对预加工表面粗糙度的测量，大约为 m6.1 。图 6显示了实验开始时的球面磨削过程，由 Renishaw公司生产的 10MP 触发器结合加工中心刀具参数来测量和协调该制品。该抛光路径由PowerMILL CAM软件生成数控代码。这些代码可以同步传送到数控加工中心的 RS232串行接口中。 表 2 总结了表面粗糙度值 Ra 的测量和用公式 1 计算每个18L正交矩阵的 NS/ 值 ， 然后进行18L真叫矩 阵材料实验。通过 NS/ 的平均值可以得到每个级别的 4 个因素，在表 3中列表，其数字在表 2中列出。其示意图如图 7所示。 图 .7 控制因素的影响 7 表 2 . 5PDS 标本 表面粗糙度 年限 序号 内部阵列 （ 控制因素 ） 衡量表面 粗糙度值（ Ra ） 结果 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 （分贝） 因素 A B C D 等级 1 8.099 7.655 9.110 6.770 等级 2 5.778 7.453 7.067 8.028 等级 3 8.408 7.176 6.107 7.486 结果 2.630 0.479 3.003 1.258 8 等级 2 4 1 3 平均值 .428 其目的在于将磨削过程中的表面粗糙度值减到最小，确定每项因素的最佳等级。由于该函数为单调递减函数，我们应定量增大 NS/ 值。因此，我们能确定每一项因素的最佳等级。其最高值为 。因此，基于矩阵实验，最佳研磨材料是粉红氧化铝 （32OAl,PA），最佳进给速度为 min/50mm ，最佳磨削深度为 m20 ，最佳转速为 rpm18000 。如表 4 所示。 表 4 .球面磨削的最佳参数 因素 等级 研磨 材料 32OAl,PA 进给速度 50mm/min 磨削深度 20um 转数 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 误差 9 总计 17 汇集误差 13 3.424 分析每一项因素的主要原因，进一步采用方差分析技术和 F对比检验，以确定其定义（见表 5）根据 F分布表，13.2,10.0F是指 F值在 76.2 时， 废品率 为 10.0 ，自由度数为 2，汇集误差为 13.F值若大于 76.2 ，对表面粗糙度值有重大影响，因此，进给速度和磨削深度对表面粗糙度有重大影响。 表 6 .被测样品经实验 测得的表面粗糙度值 年限。序号 实测值（ 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 通过观察五个验证实验得出了用最佳抛光参数的可重复性 ，如表 6 所示。该 表面粗糙度值 被 测量 是大 约 m35.0 .用 最佳 组合的球面磨削参数 可使 表面 粗糙度 大概 提高了约78 。 表面 用 最佳 抛光参数 进一步 抛光 。 通过抛光后，表面粗糙度值可能达到mRa 06.0 。 图 8 显示的是 用 30 倍的 的显微镜对抛光后的表面粗糙度进行观察。抛光后预 加工表面的粗糙度改进大约为 %95 。 从 Taguchi正交 矩阵实验 获得 的 最佳 磨削 参数 应用到表面光洁度的自由曲面的模具插入评价表面粗糙度的改善。 1个香料 被选定为测试载体。数控加工的模具，亚塞特为测试对象，模拟 铣床 CAM软件。模具插入进的地面与最优球面磨削参数取自田口的矩阵实验。 抛光 与最佳球抛光 是地面的参数 ，以进一步改善表面粗糙度的测试对象（见图 9 ） 。表面粗糙度模具插入测量 仪器 与 霍梅尔有限公司 t4000设备。平均表面粗糙度值 Ra 在未加工表面平均值 m15.2 ;工件表面的平均值为 m45.0 ，以及对 抛光 表面 的平均值为 m07.0 。通过实验后 表面粗糙度 的 改进 ，工件表面大约为 （ 2月 15日 -0 45 / 2 15 = 79 1 ，抛光表面大约为 （ 2 月 15 日 -0 07 / 2月 15日 = 96 7 ） 。 图 . 8 用 30 倍的模具显微镜观测比较加工前工件表面和加工后工件表面 10 图 . 9 磨削 和 抛光 模具 中 插入一个 香水 瓶 5 结论 这篇文章中 ， 在一个加工中心对 注塑模 表面自