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注塑模具外文文献翻译-使用Taguchi方法在注塑模具的设计中减少翘曲
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【中文7260字】 材料加工技术杂志182（2007）418-426 使用Taguchi方法在注塑模具的设计中减少翘曲S.H. Tang *，Y.J. Tan，S.M. Sapuan，S.Sulaiman，N.Ismail，R.SaminDepartment of Mechanical and Manufacturing Engineering，Universiti Putra Malaysia，43400 Serdang，Selangor，Malaysia2004年9月3日收到; 2006年7月27日收到修订表格; 于2006年8月10日接受摘要塑料注塑是当今塑料工业中最重要的聚合物加工操作之一。然而，模具制造和注塑机控制方面的技能不足将导致有缺陷的塑料制品。翘曲是通常出现在厚度小于1mm的产品中的一种类型的缺陷。该项目将生产一个尺寸为120 mm50 mm1 mm的薄板。薄板将用于翘曲测试。在模具制造中，所购买的模具基座将被加工和组装。之后，将模具固定在注塑机上。应该进行机器设置以生产产品。然后，通过应用田口法的实验设计，该产品将用于测试翘曲问题的有效因素。从结果，它表明翘曲最有效的因素是熔体温度。填充时间仅稍微影响翘曲。可以最小化翘曲缺陷的最佳参数是熔体温度（240），填充时间（0.5s），填充压力（90）和填充时间（0.6s）。关键词：注塑模具;田口法;实验设计;翘曲1.介绍 模具制造是重要的配套产业，因为它们的相关产品在消费产品的组件中占70以上。 对更短的设计和制造交货时间，良好的维度和整体质量以及快速的设计变化的高需求已经成为模具工业的瓶颈1。 这是一个复杂的过程，需要熟练和经验丰富的模具制造商。通常，注塑是当今塑料工业中最重要的聚合物加工操作之一。 大约三分之一的塑料通过注塑成型转化成零件2。 这是制造工业中非常优选的方法之一，因为它可以生产具有良好的尺寸精度和非常短的循环时间的复杂形状的塑料部件3。典型的例子是诸如计算机监视器和移动电话的产品的外壳和外壳，其具有薄的外壳特征。这些产品趋向于变得更轻，更薄和更小。因此，产品的内部部件必须包装在具有较小体积的壳体中。增加壳体部件的空间的一种方式是减小壁厚。然而，随着塑料部件的壁厚变薄，注塑操作变得更加困难4。这是因为将出现显着的翘曲缺陷。为了减少这种显着缺陷，需要有关有效因素的测试程序。 将制造尺寸为120mm50mm和1mm厚度的薄板。它用于测试有效因素，以最小化翘曲缺陷。首先，需要制造注塑模具。之后，模具将在注塑机上组装。当制造薄板时，通过应用田口法的实验设计，它们将用于测试翘曲问题的有效因素。2.准备在制造模具时，需要一些准备。 机器的能力在教师是可用的调查。 制造模具所需的机器是钻床，铣床和磨床。 塑料注塑机也是制造产品所需要的。 已使用的机器是BOY 22D。 除此之外，还需要搜索和购买可适合注塑机的模具基座。 已选择碳钢AISI 1050作为模具基底的材料。 由于模具底座中不包括顶针，定位环，浇口衬套，水接头和弹簧等部件，因此这些部件是单独购买的。 已使用的塑料材料是ABS。3.模具设计图。通风孔设计。在这个项目中可以使用四个设计概念。这些设计概念的描述如下：（a）三板模具 - 具有单腔的两个分型线。（b）双板模具 - 具有单个空腔的一个分型线，没有浇口系统。（c）双板模具 - 具有双腔的分离线，其具有浇口系统和在腔处的顶针。（d）双板模具 - 具有带浇口系统的双腔的一个分型线，并且在型腔处没有顶针。由于该项目预算有限，所选择的模具基座类型是两个板模而不是三个板模。在两个板模的设计概念中，选择了概念“d”。这是因为概念“b”是非生产性的，而概念“c”可能在排出期间损坏产品。通常，两个板模具由八个板组成并且分别具有它们的标准尺寸。已经选择的模具基座必须基于将使用的注塑机的规格。在本项目中，使用250 mm250 mm的标准模底，其板尺寸如表1所示。在表1所示的这些板中，仅需要设计腔板和芯板。其他板仅基于注塑机的规格和部件尺寸。模具板尺寸板尺寸 - 宽高厚度（mm）顶夹板1 25025025腔板1 20025040芯板1 20025040侧板2 3725070顶出器固定板1 12025015顶出板1 12025020底部夹板1 25025025产品设计和模具设计之间有相对的关系。由于该项目是确定可以最小化薄壳特征的翘曲缺陷的有效因素，所设计的产品是尺寸为120mm50mm1mm的板。对于模具基座，可以在芯板上设计能够产生产品的空腔。由于在芯板处有足够的空间，已经设计了具有浇注系统的两个腔。这种设计在空腔部分没有顶销，并且仅使用浇口拉出器排出产品。这将避免产品损坏。通风口设计很重要，因为它的功能是当模具关闭时释放腔内的空气。如果空气滞留在模具内，则会发生短路。图。图1为本项目通风孔的设计。冷却系统是设计阶段的另一个考虑因素。它用于在从模具中弹出之前固化塑料产品。图6图2和图3分别示出了本项目中腔板和芯板的冷却通道的设计。本项目的产品设计只是一个简单的薄板。因此，可以通过使用铣床，钻床和研磨机来制造模具。4.模具制造模具中有一些零件需要加工。它涉及高精度和准确的过程。因此，它需要熟练的模具制造商。以下是模具的每个部分的加工过程。4.1。顶部夹板第1部分：直径16 mm的钻孔（钻孔机）操作说明工具步骤1标记点高度规步骤2将机板固定在机台上步骤3以标记点中心钻为中心步骤4钻孔15.5钻步骤5铰孔孔16铰刀工具，高速钢;主轴转速，330rpm。第2部分：攻丝M6孔（钻孔机）操作说明工具步骤1标记点高度规步骤2将机板固定在机台上步骤3以标记点中心钻为中心步骤4用12 mm深度5钻孔钻2个孔步骤5攻丝孔M6攻丝机工具，高速钢;主轴转速，1000rpm。在进行下一步之前，同时进行标记点和标记圆。4.2。空腔板第1部分：直径16 mm的钻孔（钻孔机）操作说明工具步骤1标记点高度规步骤2将机板固定在机台上步骤3以标记点中心钻为中心步骤4钻孔15.5钻步骤5铰孔孔16铰刀工具，高速钢;主轴转速，330rpm。第2部分：直径8 mm的钻孔（钻孔机）操作说明工具步骤1标记点高度规步骤2将机板固定在机台上步骤3以标记点中心钻为中心步骤4钻两个孔，直到板8钻的半宽步骤5将板转到相对侧步骤6夹住机床工作台上的板步骤7在标记点中心钻中心步骤8通过孔8钻孔2第3部分：放大孔至40 mm直径，深度为14.8 mm（铣床）操作说明工具步骤1标记35和40圆形指南针步骤2将平板夹在机床工作台10端铣刀上步骤3以14.8 mm深度在35圆处铣削区域步骤4镗孔直径40圆，深度为14.8 mm工具，高速钢;主轴转速，820rpm;切削深度，粗加工为2mm，精加工为0.8mm。图。图4示出了顶部夹板的需要加工的部分。注意，第1部分，第2部分和第3部分中的第一步工具，高速钢;主轴转速，640rpm。第3部分：1/4孔（钻孔机）操作说明工具步骤1在机床台面11上夹紧板步骤2钻两个15 mm深的孔步骤3攻丝孔1/4攻丝机步骤4将板旋转到相反侧步骤5在机床台面11上夹紧板步骤6钻另外两个15 mm深的孔步骤7攻丝孔1/4攻丝机工具，高速钢;主轴转速，460rpm。图。图5示出了需要加工的腔板的部件。注意，在进行下一步骤之前，同时进行第1部分中的第一步和作为标记点的第2部分。4.3。核心板第1部分：直径8 mm的钻孔（钻孔机）操作说明工具步骤1标记点高度规步骤2将机板固定在机台上步骤3以标记点中心钻为中心步骤4钻两个孔，直到板8钻的半宽步骤5将板转到相对侧步骤6夹住机床工作台上的板步骤7在标记点中心钻中心步骤8通过孔8钻孔2工具，高速钢;主轴转速，640rpm。第2部分：攻丝1/4孔（钻孔机）操作说明工具步骤1在机床台面11上夹紧板步骤2钻两个15 mm深的孔步骤3攻丝孔1/4攻丝机步骤4将板旋转到相反侧步骤5在机床台面11上夹紧板步骤6钻另外两个15 mm深的孔步骤7攻丝孔1/4攻丝机工具，高速钢;主轴转速，460rpm。第5部分：直径6 mm的钻孔（钻孔机）操作说明工具步骤1标记点高度规步骤2将机板固定在机台上步骤3以标记点中心钻为中心步骤4钻孔5.8钻步骤5铰孔孔6铰刀工具，高速钢;主轴转速，880rpm。图。图6示出了需要加工的芯板的部件。注意，在进行下一步骤之前，同时进行作为标记点和标记圆的第1部分，第3部分，第4部分和第5部分中的第一步。磨床用于生产出气孔。4.4。顶出板第1部分：直径6 mm的钻孔，直径11 mm，深度6 mm的钻孔机（钻孔机）操作说明工具步骤1标记点高度规步骤2将机板固定在机台上步骤3以标记点中心钻为中心步骤4钻孔5.8钻步骤5用6 mm深度11钻头钻出沉头孔步骤6铰孔通孔6铰刀工具，高速钢;主轴转速，880rpm / 460rpm。图。图7示出了需要加工的顶出板的部件。4.5。底部夹板部分：通孔直径为55 mm（铣床）操作说明工具步骤1标记50和55圆指南针步骤2将平板夹在机床工作台10端铣刀上步骤3在区域50圆处铣削通孔步骤4镗孔直到55圆形Borebit工具，高速钢;主轴转速，820rpm;切削深度，每切削3mm。图。图8示出了需要加工的底部夹板的部件。在完成加工过程之后，将所有模板组装在一起。每个模板分别在板的一个角上具有其基准平面。所有的表面板在基准平面上彼此垂直。在组装模具期间，所有的板必须相对于基准平面对准。换句话说，板的所有基准平面必须在相同的角。在模具完成组装之后，使用螺栓和钩将模具悬挂到注塑机区域。它是一个一个安装。模具通过螺栓紧固地固定到机器中，以防止其从机器滑落。5.模具测试和改造模具试运行时，产生的大部分产品具有短缺陷。塑料材料不能到达产品的角落。这可能由于通风不足和封闭的模具中捕获的空气。因此，已经在模具上进行了修改，该模具在空腔的拐角处向模具添加了排气。最后，这种改进产生了没有短缺陷的产品。6.实验设计过程为了通过减少实验次数来确定有效因子中的最佳参数集，已经选择了田口方法。因此，需要选择将影响翘曲的因素，选择因子水平和基于田口法的正交阵列（OA）的选择。最佳参数集将产生最小翘曲积。6.1。选择因素根据杂志，有几个可能的因素，可以影响在薄板的弯曲缺陷，这是填充时间，模具温度，门尺寸，熔体温度，包装压力和包装时间4。由于模具的设计不同于轴颈，因此消除了门尺寸因数。模具温度系数也被消除表2表4所选因子的三个级别的参数有效因子的组合参数因素1级2级3级熔体温度，A（C）240 265 290填充时间，B（s）0.1 0.3 0.5包装压力，C（）60 75 90包装时间，D（s）0.6 0.8 1.0表3L9正交阵列试验编号列号A B C D1 1 1 1 12 1 2 2 23 1 3 3 34 2 1 2 35 2 2 3 16 2 3 1 27 3 1 3 28 3 2 1 39 3 3 2 1因为温度由于环境温度而难以控制。最后，选择了四个因素。这些因素是熔体温度，填充时间，包装压力和包装时间。6.2。因子水平的选择有三个级别的每个因素将使用田口法进行。这是因为如果选择的因子对产品具有重要的影响，我们可以在低，中和高值中进行选择，而不是仅仅选择低和高值。根据期刊建议的选择因子的每个级别参数如表2所示。6.3。正交阵列（OA）根据先前选择的因子和级别的数量，将使用L9正交阵列。 L9被选为OA，因为它适合于四个因素与三个级别。 L9正交阵列如表3所示。7.产品测试程序通过将有效因子的所有组合参数键入注塑机中开始测试过程，如表4所示。已经进行了9个实验，每个实验具有不同的组合。之后，除去产品上的闪光，并从流道中切出产品。通过使用千分尺在10个不同的位置测量自由带有闪光和流道的产品的厚度。记录读数和它们的平均值。为了测量板的翘曲，已经使用了千分表和花岗岩块。翘曲测量程序如下所示：试验编号熔体温度，灌装包装包装A（）时间，B（s）压力，C（）时间，D（s）1 240 0.1 60 0.62 240 0.3 75 0.83 240 0.5 90 1.04 265 0.1 75 1.05 265 0.3 90 0.66 265 0.5 60 0.87 290 0.1 90 0.88 290 0.3 60 1.09 290 0.5 75 0.6图。 9.符号h，ta和z的定义。（a）将板放置在花岗岩块的平坦表面上。（b）将刻度盘向下移动，直到其触针被花岗岩块的平坦表面接触，并且千分表被设置为零。（c）板在千分表的触针下方移动。（d）板的最大高度由刻度盘的刻度计算，并记录读数。（e）对其他板重复该过程。在获得所有读数之后，偏转，z，其为板的翘曲，从以下公式计算：h-ta = z。符号h，ta和z的定义如图1所示。 9。接下来，使用在实验中获得的板的偏转来计算信噪比（S / N）比。从S / N比，可以确定最佳的组合参数组。还可以使用方差分析（ANOVA）方法分析收集的数据。从该方法中，计算百分比贡献以确定哪个因素将显着影响翘曲。8.结果和讨论已经进行的加工过程例如是钻孔，铣削和攻丝。加工过程的顺序对于获得高质量的工作以及节省加工时间非常重要。在加工过程中，有一些步骤应该突出和注意。对于钻孔过程，特别是对于冷却通道，已经使用的钻孔机是径向钻孔机，而不是立式钻床。这是因为径向钻床的主轴转速是由齿轮控制，而立式钻床是用皮带。因此，与立式钻床相比，径向钻床可以产生更高的钻井扭矩。在钻出冷却通道期间，它花费很多时间，因为钻出的孔是相当大和深度的。它需要小心地加工，因为一旦切屑堆叠在钻孔内，钻头就容易断裂。因此，必须不时地去除芯片。另一种方法是在两个步骤中钻孔。首先，在中心钻一个直径较小的孔。然后，在前一个孔处钻出所需的直径孔。这将降低钻井扭矩，从而降低刀具断裂的风险。在钻孔之前，定心操作是重要的，不能忽视。此操作将引导在正确位置钻出的刀具，并防止刀具弯曲。在钻孔操作期间，在按压钻具时施加的力不能太大。这将使刀具弯曲并导致钻孔变得不直。此外，在钻孔过程中需要冷却剂。这将减少由摩擦引起的工具温度。在冷却通道和顶部夹板上有一些攻丝操作。在开孔之前，水龙头需要浸入润滑剂中。这将减少攻丝操作期间的摩擦。攻丝每个孔完全需要三种不同类型的水龙头，但直径相同。使用的第一个水龙头在末端更加锥形。它用于通过施加最小扭矩来制造螺纹。如果在攻丝孔时感觉很紧，应该取出切屑。继续敲击，施加更多扭矩可能会损坏水龙头。第二次敲击是加深线程，而最后一次敲击是为了完成。在敲击期间，第一次敲击很重要，必须是直的，因为创建的线程将给出接下来的两个敲击作为指导。产品生产后，首先通过花岗岩块上的千分表测量其厚度和最大高度。然后，计算平均厚度，挠度和平均挠度。已经进行的实验基于表3。在S / N比的确定中，越选择越好的质量特性。对于越小越好，S / N= - = 1 nn i = 110 log（MSD）其中MSD yi2其中MSD是均方差，y是观察值或数据，n是试验中的测试次数。表5实验结果总结表6S / N比的响应表熔化灌装包装温度（A）时间（B）压力（C）时间（D）1级21.557 19.000 17.260 21.0172级17.733 17.507 18.667 17.033等级3 16.313 19.097 19.677 17.553差异5.244 1.590 2.417 3.984对于平均偏转和S / N比计算的结果总结在表5中。根据表5中的数据，可以确定响应表的平均S / N比。计算的示例如下所示，并且结果可以总结为如表6所示。对于因子包装压力，等级1 = 23.23 + 15.52 + 13.03 = 17.260等级2 = 19.16 + 17.35 + 19.49 = 18.667等级3 = 22.28 + 20.33 + 16.42 = 19.677差值=最高值 - 最低值= 19.677-17.260= 2.417基于来自表6的数据，S / N响应图可以如图6和7所示构造。 10-13。从表6中的S / N比响应，可以通过选择具有每个因子的最高值的电平来确定最佳组合参数组。因此，获得的结果是A1，B3，C3和D1。该结果也可以从图1和2中的S / N响应图中观察到。 10-13。除此之外，表6中的水平之间的差异也显示哪个因素更重要。影响翘曲的最重要因素是熔体温度和包装时间，随后是包装压力和填充时间。实验结果与模拟结果的比较示于表7。从表中，通过实验获得的结果与除了包装时间之外的模拟结果不相同。这是因为产品设计和模具配置由于成本和机器能力而非常不同。除此之外，用于翘曲测量的接触式装置也可以表7实验结果与仿真结果的比较实验结果仿真结果熔体温度，A（C）240 290填充时间，B（s）0.5 0.3包装压力，C（）90 60包装时间，D（s）0.6 0.6影响结果。这是因为在千分表处的触针会在一定程度上扭曲产品。包装时间的参数与模拟结果相同，因为包装相仅用于补偿收缩。一旦使用相同的材料，产品的尺寸没有太大差别。表5中的数据也使用ANOVA进行分析。通过比较它们的相对方差来确定因素之间的相对百分比贡献。 ANOVA将计算诸如自由度，平方和，变量，F比，纯平方和和百分比贡献之类的量。这些量的示例计算如下所示，结果可以总结在表8中。8.1。自由度（f）总自由度，fT = N-1= 9-1 = 8其中N是结果的总数。对于因子A，fA = kA-1= 3-1 = 2其中kA是因子A的级数。对于误差，fe = fT-fA-fB-fC-fD= 8-2-2-2-2 = 0。8.2正方形（S）总平方和，S T =（z2 + z2 + . + z2 + z2） - （za1 + za2 + . + za8 + za9）2Na1 a2 a8 a9=（0.06792 + . + 0.10492） - （0.0679 + . + 0.1049）2= 0.1518-0.1345= 17.24010-3对于因子A，表显示熔体温度贡献最大是47.30。包装时间的贡献率为28.93A1 2 A2 2 2S A = + + A3 - （za1 + za2 + . + za8 + za9）2kA kA kA N（0.1486 + 0.2133 + 0.1049）2=（0.0679 + 0.1066 + 0.0735）2 +（0.1301 + 0.0941 + 0.1613）2 +3 3 3- （0.0679 + 0.1066 + . + 0.2133 + 0.1049）29通过包装压力为17.26。灌装时间不是一个= 8.15410-3显着因子只贡献6.51。这些结果是对于误差，与仿真结果非常相似。虽然值的百分比贡献不相同，但它表明，Se = ST-SA-SB-SC-SD特性，包装压力和包装时间是显着的因子同时填充时间对翘曲的影响不大= 17.24010-3-8.15410-3-1.12310-3缺陷。- 2.97510-3-4.98710-3= 0变量（V）对于因子A，VA = SA fA= 8.15410-3 = 4.07710-3 2对于错误，Ve = Se = 0 = 0 fe 08.4。 F比（F）对于因子A，FA = VAVeFA，FB，FC和FD是不确定的，因为Ve = 0。8.5。百分比贡献（P）对于因子A，PA = SA100ST= 8.15410-310017.24010-3= 47.30从表8中，ANOVA表的最后一列表示每个因子的贡献百分比。结果在9.结论塑料注塑是制造工艺中相当重
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