基于注塑模具钢研磨和抛光工序的自动化表面处理.doc

译文标题基于注塑模具钢研磨和抛光工序的自动化表面解决原文标题Based on the injection mold steel grinding and polishing processes automated surface treatment作 者Chao-Chang A. Chen · Wen-Tu Li译 名晁常 温途利国 籍美国原文出处Shiou FJ, Chen CH () Determination of optimal ball-burnishingparameters for plastic injection molding steel. Int J Adv Manuf Technol基于注塑模具钢研磨和抛光工序的自动化表面解决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也许性，这种注塑模具钢PDS5的塑性曲面是在数控加工中心完毕的这项研究已经完毕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如下一系列的组合：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值可由大概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微米核心词: 自动化表面解决 抛光 磨削加工 表面粗糙度 田口措施 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种重要工艺注塑模具的表面质量是设计的本质规定,由于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)的安装已广泛用于老式模具的制造产业自动化表面研磨加工工具的几何模型将简介自动化表面解决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）是球形研磨工艺中重要的参数，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根据 步距研磨高度球磨研磨进给速度工作台图1 球面研磨过程示意图进给研磨球工作台研磨深度研磨表面近年来 ，已经进行了某些研究，拟定了球面抛光工艺的最优参数(图2) （球面抛光过程示意图）。

例如，人们发现, 用碳化钨球滚压的措施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毕的对表面粗糙度有重大影响的抛光工艺重要参数，重要是球或滚子材料，抛光力， 进给速率,抛光速度,润滑、抛光率及其她因素等注塑模具钢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体为40％至90％ 图2 球面抛光过程示意图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毕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运用田口正交法，拟定了表面球研磨最佳参数选择为田口L18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合用于一种曲面表面光洁度规定较高的注塑模具 为了改善表面粗糙, 运用最佳球面抛光工艺参数，再进行对表层打磨PDS试样的设计与制造选择最佳矩阵实验因子拟定最佳参数实行实验分析并拟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行过程中也许浮现的曲面的球研磨,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节装置的设计，如图4（球面研磨工具及其调节装置）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, 这是衡量一种数控坐标测量机性能的重要原则 机床的机械振动力是被螺旋弹簧所吸取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 模柄弹簧工具可调支撑紧固螺钉磨球自动研磨磨球组件图4 球面研磨工具及其调节装置图5 a. 球面研磨工具的图片. b.球抛光工具的图片三、矩阵实验的规划3.1田口正交表运用矩阵实验田口正交法，可以拟定参数的有影响限度 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畴特性,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成果。

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表1实验因素和水平因素水平123A.碳化硅白色氧化铝粉红氧化铝B.50100200C.研磨深度（µm）205080D.118000240003.2数据分析的界定 工程设计问题,可以分为较小而好的类型,象征性最佳类型,大而好类型，目的取向类型等 信噪比(S/N)的比值，常作为目的函数来优化产品或者工艺设计 被加工面的表面粗糙度值通过合适地组合磨削参数，应不不小于本来的未加工表面 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）,η,按下列公式定义: η =−10 log 平方等于质量特性=−10 log （1）这里，y——不同噪声条件下所观测的质量特性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，运用差别分析技术(变异)和歼比检查来测定每一种重要的因素 优化小而好类型的工程问题问题更是尽量使η最大而定各级η选择的最大化将对最后的η因素有重大影响 最优条件可视研磨球而待定四、实验工作和成果这项研究使用的材料是PDS5工具钢(相称于艾西塑胶模具)， 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HRC33(HS46) 具体好处之一是, 由于其特殊的热解决前解决，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)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实验显示了球面磨削加工工艺的设立 一种由Renishaw公司生产的视频触摸触发探头，安装在加工中心上，来测量和拟定和原始式样的协调 数控代码所需要的磨球途径由PowerMILL软件产这些代码通过RS232串口界面，可以传送到装有控制器的数控加工中心上加工中心数控机床电脑图6完毕了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，计算了每一种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，可以得到四种不同限度因素的平均信噪比（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实验序号ABCDS/N(η(dB))Mean111110.350.350.359.1190.350212220.370.360.388.6340.370313330.410.440.407.5970.417421230.630.650.643.8760.640522310.730.770.782.3800.760623120.450.420.397.5300.420731320.340.310.329.8010.323832130.270.250.2811.4710.267933210.320.320.329.8970.3201011220.350.390.408.3900.3801112330.410.500.436.9680.4471213110.400.390.427.8830.4031321130.330.340.319.7120.3271422210.480.500.476.3120.4831523320.570.610.534.8680.5701631310.590.550.545.0300.5601732120.360.360.358.9540.3571833230.570.530.535.2930.543控制因素信噪比图7 控制影响因素球面研磨工艺的目的，就是通过拟定每一种因子的最佳优化限度值，来使试样光滑表层的表面粗糙度值达到最小。

由于− log是一种减函数，我们应当使信噪比（S/N）达到最大因此，我们可以拟定每一种因子的最优限度使得η的值达到最大因此基于这个点阵式实验的最优转速应当是18000RPM，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/min20μm18000rpm从田口矩阵实验获得的球面研磨优化参数，合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种测试载体对于被测物体的模具数控加工中心，由PowerMILL软件来模拟测试通过精铣，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hommelwerket4000设备来测量模具内部的表面粗糙度RA的平均值为2.15微米，光滑表面粗糙度RA的平均值为0.45微米，抛光表面。