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基于注塑模具钢研磨和抛光工序的自动化表面处理.docx
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基于注塑模具钢研磨和抛光工序的自动化表面处理.docx
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译文标题
基于注塑模具钢研磨和抛光工序的自动化表面处理
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 (2003) Determination of optimal ball-burnishing
parameters 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 PDS5
的塑性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 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 18000RPM。用优化的参数进行表面研磨,表面粗糙度 Ra 值可由大约 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。
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 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 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 Z 轴相一致。 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
PDS 试样的设计与制造
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
坐标偏差约为 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. 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。
图 4 球面研磨工具及其调整装置
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 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
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 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
水平
因素
1
2
3
A.
碳化硅
白色氧化铝
粉红氧化铝
B.
50
100
200
C.研磨深度(µm)
20
50
80
D.
12000
18000
24000
3.2 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),η,按下列公式定义:
η
=−10 log
10
平方等于质量特性
=−10 log
10
�
�
�
�
�
�
�
�
n
i
i
y
n
1
2
1
(1)
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