球研磨抛光工艺 翻译.docx

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球研磨抛光工艺翻译

毕业论文（设计）

外文翻译

题目：

球形研磨和抛光注塑模具钢的自动化表面精加工工艺

系部名称：

机械工程系专业班级：

机自071

学生姓名：

韩天啸学号：

200780724109

指导教师：

崔江红教师职称：

副教授

2011年03月22日

球形研磨和抛光注塑模具钢的自动化表面精加工工艺

Fang-JungShiou·Chao-ChangA.Chen·Wen-TuLi

收件日期：

2004年3月30日/接受日期：

2004年7月5日/发表时间：

05年3月30号

©施普林格出版社伦敦有限公司2005

摘要：

本研究讨论在数控加工中心注塑模具钢PDS5在自由曲面下进行自动化球形研磨和抛光球的表面处理工艺的可行性。

研磨工具持有人的设计和制造已经完成了这项研究。

在加工中心中，表面的最佳磨削参数采用田口直交法来进行塑料注射成型钢PDS5而确定。

塑料注塑模具钢PDS5表面最佳磨削参数是，一种pa的氧化铝磨削材料组合，以18000rpm的速度，20μm的磨削深度，以及50毫米/分钟的进给速度磨削。

试样的表面粗糙度Ra可以通过使用最佳的表面磨削参数来从1.60微米大约提高至0.35微米。

表面粗糙度Ra还可通过使用最佳抛光参数的球抛光这一过程进一步改善至约0.343微米至0.06微米。

应用表面打磨和抛光最佳参数，依次细研磨自由曲面模仁，自由曲面上测试区的表面粗糙度Ra部分可提高到约2.15微米至0.07微米。

关键词：

自动化表面精加工·球打磨过程··表面粗糙度磨削工艺·田口方法

1.简介

塑料是重要的工程材料，由于其特性，如耐腐蚀，耐化学品，密度低，易于制造，并已在工业应用中越来越多地取代金属部件。

注塑成型是一种重要的塑料产品成型工艺，塑料模具表面光洁度是一个直接影响塑料产品外观的必要条件。

如磨削，抛光和研磨这样的整理程序常用来改善表面光洁度。

研磨工具砂轮的装入已经广泛使用的传统模具，模具加工等行业。

为了自动化表面精加工进程，安装了磨削工具的几何磨具在

（1）中引入。

在自动化表面精加工系统中，球形研磨的球形研磨工具的加工进程模型在

（2）中阐述。

磨削速度，切削深度，进给速度，研磨材料，磨料，料度等砂轮特性都为球面磨削过程的影响参数，如图1所示。

注塑模具钢的最佳球面磨削参数尚未在文献中调查发现。

近年来，正在开展一些研究来确定球挤光过程的最佳参数（图2）。

据说使用碳化钨球或滚子可减小工件表面的塑性变形，因而改善表面粗糙度，表面硬度和抗疲劳性能[3-6]。

打磨过程是由加工中心[3，4]和车床[5，6]完成。

对表面粗糙度有显著影响的主要抛光参数是滚珠或滚子的材料，打磨力，进给速度，抛光速度，润滑，打磨通过次数，等等[3]。

塑料模具钢PDS5的最佳表面打磨参数是混合油脂润滑剂，碳化钨球，200毫米/分钟的磨削速度，300N的挤压力，40μm打磨速度。

使用最佳挤光参数的表面抛光穿透深度约为2.5微米。

通过挤光工艺改善表面粗糙度后，介于40％到90％之间。

这项研究的目的是在加工中心中塑料注塑磨具自由曲面的球形研磨和表面抛光加工程序的开发。

使用球形表面研磨和抛光程序的自动化表面加工流程图在图3中展示。

我们以设计和制造在机械加工中心中使用的球形研磨工具以及其定位装置为开始。

图1.球面磨削示意图

Grinderball磨床球scallopheight峰值workpiece工件plungegrindingfeedrate下挫磨削进给速度feed（step-overdistance）进给（步距）

球形表面的最佳磨削工艺参数通过利用田口直交方法来确定。

在田口的18课矩阵实验中，4因素3相应水平被选择。

表面磨削的最佳安装球面磨削参数被应用到自由曲面载体的表面光洁度加工中。

为了改善表面粗糙度，使用最佳挤光参数来对工件表面进行进一步打磨。

图2.球挤光过程示意图

Burnishingdirection磨削方向originalsurfacetexture原有的表面纹理feed进给burnishedsurfacetexture磨削后表面纹理depthofpenetration穿透深度originalheight原有深度burnishingball抛光球Workpiece工件finishedheight加工后深度

图3.使用球形表面打磨和抛光工艺的自动化表面加工流程图

Designandmanufactureofthesphericalgrindingtoolandtheballburnishingtool球形研磨工具的设计和制造，打磨工具球

DesignandmanufactureofPDS5testspecimen设计与制造PDS5试样

Selectionofthefactorsandtheirchosenlevelsforamatrixexperimenttodeterminetheoptimal2Dgrindingparameters矩阵实验中因素和他们所选水平的选择确定了2D的最佳参数

Conductionofthematrixexperiment传导矩阵实验

Surfaceroughnessmeasurementofthetestedspecimen被测样品的表面粗糙度测量

Performingtheanalysisofvariance（AVOVA）anddeterminationoftheoptimumsettingsoffactors执行的方差分析（ANOVA）并确定因素最佳设置

Ballburnishingofthegroundsurface切削表面的挤光

Applicationordeterminedoptimalsphericalgrindingandballburnishingparameterstofreeformsurfacefinishing在自由面加工中确定并应用球研磨和挤光最佳参数

2．设计了球形研磨工具及其定位装置

为了使在自由曲面中进行球研磨加工工艺成为可能，球磨床中心应该和Z轴的加工中心形成配合，球面磨削工具的安装以及他的设备调整设计如4图所示。

电动砂轮机用两个两个可调整支点螺钉安装在刀架上。

在圆锥槽对齐组件的帮助下，该磨具球中心配合一致。

对齐磨床球，两个可调整支点螺钉拧紧；之后，校准组件可以被移除。

球磨床中心坐标之前的偏差，连杆有约5微米，这是由数控三坐标测量机测量。

由机床振动引起的力被螺旋弹簧吸收。

生产出来的球研磨工具和抛光球被安装如图5所示。

为了球研磨过程和球挤光过程，主轴被一个主轴锁定机制锁定。

图4.球形研磨工具及其调节装置的示意图

Shank刀柄spring弹簧toolholdercomponents刀架部件Pivotscrews枢轴螺丝grinderballalignmentcomponent磨床球对准组件electricalgrinder电动砂轮机grinderball磨削球

3.矩阵实验的规划

3．1．田口直交的配置

通过进行田口直交[8]矩阵实验，几个参数的影响可以达到有效的使用。

为配合上述球面磨削参数，该磨床球研磨材料（10毫米直径），进料速度，磨削深度,并且电动砂轮机的换挡被4个实验因素所选择，本实验中指定由因素A到因素D（见表1）。

每个因素的三个等级（设置）配置包括感兴趣的区域，并定义为数字1，2和3。

研磨材料的三种类型，即碳化硅（SiC），白铝氧化物（Al2O3，华盛顿州），粉红色氧化铝（Al2O3，宾夕法尼亚州）分别选用和研究。

每个因素三个数值乃根据预先研究结果决定。

L18的直交选择由矩阵实验中球形研磨工艺的4个3级因素决定。

表一实验因素机器水平

Factor因素level水平Abrasivematerial研磨材料feed进给速度

Depthofgrinding磨削深度revolution公转

3.2数据分析的定义

工程设计问题可以划分为较小的较好类型，标准的最佳类型，较大的较好类型，签订目标类型，还有其他的（8）。

该信号与信噪比（S/N）比作为目标函数用于优化产品或过程设计。

工件表面的表面粗糙度值通过适当的磨削参数组合值应当比原表面的更小。

因此，球形研磨过程是一个较小较好类型问题的例子。

S/N比，η，是由以下方程定义[8]：

其中：

yi：

在不同条件下，观测噪声质量特性。

n：

实验次数。

S/N比从L18直交实验数据中获取计算，各因素的主要作用是通过使用方差（ANOVA）技术分析和F-比测试决定（8），较小较好问题的优化策略是最大化η，由1式定义。

最大化η的水平选择是由显著影响η的因素负责选择得。

球形研磨的最佳条件可以被确定。

图5.a．球形磨削工具照片b.挤光工具照片

Spindlelockingmechanism主轴锁定机制electricgrindertoolholder电动砂轮机刀架workpiece工件burnishingtool磨光工具dynamometer测力计

4.实验工作和结果

在这项研究中所使用的材料是PDS5工具钢（相当于采用AISIP20的）[9]，常用在在汽车零部件和家用电器领域中的大型注塑产品模型中。

这种材料的硬度为HRC33（HS46）[9]。

这个材料的优势是加工后，由于其特殊的前处理，不需要热处理，可直接用于进一步加工过程。

该工件被设计制造用来安装在测力计中测试反应力。

PDS5工件大多被加工而后安装在测功机上用于Yang-IronCompany（MV-3A类型）的三轴加工中心上面的精铣，以及配备在FANUCCompany的数控控制器（0M10型）上。

预加工表面

图6.确定最佳球面磨削参数的实验装置

Machiningcenter加工中心burnishingballtool球抛光工具MP10probeMP10探头NCtable数控台electricgrinderrollgrinder电动磨床轧辊磨床PDS5specimenPDS5样本generationofNCcodesforgrindingandburnishingpath数控代码生成的研磨及抛光路径

粗糙度的测量，使用HommelwerkeT4000设备，约1.6微米。

图6显示了球形研磨进程的实验装置。

由雷尼绍公司生产的MP10触摸触发式探头还集成了加工中心刀库来测量和确定切削工件同步。

挤光加工路径的数控代码可用在PowerMILLCAM软件上。

这些代码可以通过RS232串行接口控制器传输到数控加工中心。

图7.控制因素影响的绘图

S/NrationS/N比controlfactor控制因素

表2PDS5样本的切削表面粗糙度

Innerarray（controlfactors）内在阵列（控制因素）measuredsurfaceroughnessvalue（Ra）测试表面粗糙度（Ra）response响应

表3.平均的S/N比值由因子水平（分贝）

Factor因素effect影响rank序号mean平均值

在球面磨削过程的目标是通过确定各因素的最佳水平来尽量减小切削工件表面粗糙度的值。

由于对数函数是一个单调递减函数，我们应该最大化S/N比。

因此，我们可以判断每个因素的最佳水平，因为该水平拥有η的最大值。

因此，基于矩阵实验，最佳的研磨材料呈粉红色氧化铝;最佳的进给速度为50毫米/分钟;最佳的磨削深度为20微米;公转的最佳转速为18000个，如表4所示。

表4.球研磨最佳组合参数

表5.表面粗糙比S/N的方差分析表

Factor因素level水平Abrasive研磨材料feed进给速度Depthofgrinding磨削深度revolution公转degreesoffreedom自由度sumofsquares平方和Meansquares平均平方FratioF比率error误差total总计pooledtoerror误差合并

通过使用方差（ANOVA）技术分析和F比检验，各因素的主要作用的进一步确定是用来确定其意义（见表5）。

根据F-分布表（11），F0.10,2,13是2.76的显著性水平等于0.10（或90%的置信水平），因素的自由度为2，合并误差自由度为13。

大于2.76F比率值可归纳为对表面粗糙度的显著影响，并由星号标识。

因此，进给速度和磨削深度对表面粗糙度有显着影响。

5个验证试验开展了，以观察磨削参数最佳组合的重复使用，如表6。

表6试验核查后测试样本的表面粗糙度数值

EXP.NO.实验数measuredvalueRaRa测量值mean平均S/NratioS/N比

设定样品的表面粗糙度值Ra经测量大约为0.35μm，在使用球面磨削参数的最佳组合后表面粗糙度提高约78％。

切削表面使用抛光球最佳参数进一步打磨。

挤光之后，设表面粗糙度Ra的值为0.6微米。

图8所示30倍光学显微镜观察抛光表面粗糙度的改善。

经过抛光之后，预加工表面粗糙度改善95%左右。

由田口式矩阵实验获得的表面磨削球最佳工艺参数应用于内膜自由曲面的表面加工以评估表面光洁度的改善。

香水瓶被选定为测试载体。

该测试对象的内膜数控加工用PowerMILLCAM软件模拟。

经过精细加工，内膜将用从田口矩阵实验中获得的最佳球研磨参数进行进一步磨削。

此后不久，切削表面用最佳挤光参数进行抛光，以进一步提高被测物体的表面粗糙度（见图.9）。

磨具内膜表面粗糙度用HommelwerkeT4000设备测量，精细研磨后磨具内膜的表面平均粗糙度Ra平均为2.15微米；切削表面的为0.45微米；表面抛光的平均为0.07微米。

被测对象切削表面的表面粗糙度大约改善为（2.15-0.45）/2.15=79.1％，而抛光表面的为（2.15-0.07）/2.15=96.7％。

图830倍工具制造显微镜下观察被测工件的预加工表面，切削表面，抛光表面比较burnishedsurface研磨表面pre-machine预加工ground切削

图9精细研磨，切削和抛光的香水瓶内膜

Finemilledarea精细研磨面ballburnishedarea球研磨面groudarea切削面

5结论

在这项工作中，注塑模具自由曲面的表面加工处理中自动化球研磨和挤光的最佳参数在加工中心成功的开发了。

球面磨削工具的安装（及其排列组成部分）被设计和制造。

最佳球面研磨磨削表面参数通过田口L18的矩阵实验被测定。

注塑模具钢PDS5的最佳表面研磨参数分别是粉红色铝氧化合物（Al2O3,PA）的混合研磨材料，50毫米/分钟的进给速度，20微米的磨削深度，18000转的公转。

试样的表面粗糙度Ra通过使用最佳球研磨条件进行表面磨削可以大概从1.6微米提高至0.35微米。

通过应用最佳表面打磨和抛光参数对磨具内膜自由曲面进行表面加工。

改善表面粗糙度后，在切削表面中，切削表面大概是79.1%，在抛光表面上大约是96.7%。

本文摘译自

收件日期：

2004年3月30日/接受日期：

2004年7月5日/发表时间：

05年3月30号

©施普林格出版社伦敦有限公司2005

分类号10.1007/s00170-004-2328-8

0142-1123高级制造业│Technol（2006）28：

61-66