桂林電子科技大學畢業（論文）報告專用紙 第 1 頁 共 20 頁 注塑模設計 Alp Tekin Ergen Deniz zde Koca Yildiz Tecnical 大學機械工程系 ,內燃發動機實驗室 ,土耳其 模 具簡介 模具型腔可賦予制品其形狀，因此在塑料加工過程中模具處于非常重要的地位，這使得模具對于產品最終質量的影響與塑化機構和其他成型設備的部件一樣關鍵，有時甚至更重要。 模具材料 根據成型方法和模具使用周期（即要生產的產品數量）的不同，塑料成型模具要滿足不同的需求，模具可以由多種材料制成，甚至于可以使比較特殊的材料如紙張和石膏。然而，由于大多數成型過程需要高 壓，通常還有高溫條件限制，金屬迄今為止時最重要的材料，其中剛才居首位。很多時候，模具材料的選擇不僅關系到性能和最佳性價比，還影響到模具的加工方法，甚至是整體設計。 典型的例子是金屬鑄造模具的材料選擇，與機械加工模具相比，不同材料的金屬鑄造模具冷卻系統存在很大的差異。另外，不同的制造方法也會對材料的選擇產生影生產，原型模具的制造常常采用一些新技術，如計算機輔助設計和計算機集成制造，將固體毛配制成原型模具。與以前以模型為基礎的方法相比，用CAD 和 CIMS 方法會更經濟，這是因為這類模具廠家自身就能制作，而用其他技 術，只能由外面的供應商來加工生產。 總之，雖然模具生產中經常會用到一些高性能材料，但用得最多的仍然是那些常規材料。像陶瓷這類高性能材料幾乎不能用于模具制造，這可能是因為其優點（如高溫下性能不會改變）在模具中并不需要，相反，像燒結類陶瓷材料，具有低抗張強度和熱傳遞性差的缺點，在模具中也只有少量應用。這里所用的零件不是采用粉末冶金和熱等壓工藝生產，而是指燒結成的多空、透氣性零件。 在很多成型方法中，都必須將行腔中的氣體排出去，人們已經多次嘗試使用多孔金屬材料排氣。與專門設置的排氣裝置相比，其優點是顯而易見的，尤 其是在熔料前鋒處如有熔接線的地方，這里是最容易出現問題的區域：一方面能防止在制品表面有明顯的熔接線，還能避免溢流料等殘余物堵塞微孔。采用這類材料制造模具時，在設計和成型工藝上都會出現新的問題。 A設計原則 模具設計的原則很多，這些原則都是基于邏輯、以往經驗、加工的方便性和經濟性考慮，在設計、模具制造和模塑成型過程遵守這些規則是很有用的，但有時，忽略某一原則而遵守另一原則往往會更好些。本文將介紹最常用的設計原則， 桂林電子科技大學畢業（論文）報告專用紙 第 2 頁 共 20 頁 但設計人員只有從實踐經驗中才能有所收獲。設計者應隨時關注與這些設計原則有關的新觀點、模塑方法 、材料。 B模具基礎 1模腔 模腔指的是通過機加工在模具材料內部挖出的空間，以供模塑材料，即塑料填充，并獲取該空間形狀得到需要的制品。模具的歷史幾乎與人類文明一樣悠久，通過在沙型這類的模具中注入液體金屬如鐵、青銅，生產出工具、武器、鐘、塑像和廚房用具，如今在鑄造廠仍使用這類模具，為了取出固化后的制品，需要將模具打碎，因此這種模具只能用一次，我們一直在尋求可以反復使用的永久模具，現在可以用堅固耐用的材料如鋼材、軟質鋁及其他合金材料生產模具，當生產量不是很大、模具壽命要求不是很高時，甚至可以用某些塑料制品模 具。注塑生產時，熔料以高壓注入型腔，因此就需要模具足夠結實以抵御變形。 2型腔數量 多數模具，尤其生產大型制品的模具多為單腔模，但是大批量生產時的模具，會有兩個或更多型腔，這純粹是出于經濟考慮。注射多型腔的時間并不比單腔模多，例如四腔模注射一個產品的時間大約僅是單腔模的 1/4，而產量卻與型腔數成正比。多腔模比單腔模貴，并不是說要貴四倍，但需要帶有大模板和鎖模能力的注塑機，而且該例所需總的塑料量是單腔模的四倍，需要有較大的注射裝置，較大設備的單位成本要比用小型模具的設備高。目前多型腔模大多選擇 2、 4、 6、8、 12、 16、 24、 32、 48、 64、 96、 128 這樣的數字。選擇這些數字（偶數）的原因是為了方便在長方形區域內布置型腔，這樣有利于設計、定尺寸以方便加工制造，也有利于圍繞機器中心對稱分布型腔，這種對稱分布對保證每個型腔分配到相同的鎖模力非常重要。也可以在圓形范圍內設置較少量的型腔數，甚至于是3， 5， 7， 9 這樣的奇數，還可用任意型腔數排布，但要注意圍繞注塑機中心線投影面積對稱分布。 3型腔形狀及收縮 型腔形狀實際上是塑件形狀的“反”形狀。尺寸需要家上塑料的收縮量。型腔形狀可以用切削設備或電火花、化學腐蝕及 任何新型加工方法進行加工和制造，如電鍍工藝，也可以將銅或鋅基合金澆鑄到具有制品形狀的石膏模或硬塑料模如環氧樹脂中，再機加工成規定形狀。型腔可以直接在模板上切挖出來，也可做成嵌件攘入模板中。 C型腔和型芯 通常模具的凹部叫型腔，與之相配的凸起部分叫型芯。大多塑料制品是杯狀的，這并不是它們看起來像水杯，而是有內外兩面，其外部由型腔成型，內部由 桂林電子科技大學畢業（論文）報告專用紙 第 3 頁 共 20 頁 型芯制得。另一種是平板狀制品，模具沒有明顯的凸起，型腔有時看起來像鏡面，這類制品有塑料小刀、游戲籌碼、圓片狀制品如唱片，產品外表看起來很簡單，但注塑成型時卻有很多嚴重問題 出現。通常將型腔設置在注塑一側的半模上，而將型芯設置在動模一側。這樣放的原因是所有注塑機在動模側都設置有頂出機構，而且制品通常易于收縮并包覆在型芯上，隨后被頂出。絕大多數注塑機在注射側不安置頂出機構。 聚合物成型過程 聚合物成型加工是將固體 (有時是液體狀 ) 粉末、粒狀、珠粒等形狀的樹脂轉變成具有一定形狀、尺寸和性能的固體塑料制品，通常包括：擠出、模塑、壓延、涂布、熱成型等。為了實現上述目標，成型過程通常包括一下步驟：國體物料輸送、壓縮、加熱、熔融、混合、成型、冷卻、固化、修飾。很顯然，這些操作不一定順序完 成，其中有一些是同時進行的。 為了賦予塑料材料規定的幾何形狀和尺寸，需要通過成型加工來完成。還要綜合考慮黏彈性形變和若傳遞，他們和溶體的固化有關。 成型加工包括下述兩種方式：二維成型如口模成型、壓延和涂布；三維成型。二維成型既包括連續穩定的操作也包括間歇式操作，連續式如薄膜和片材擠出、線纜包裹、紙張和片材涂布、壓延、纖維紡絲、管材和異型材基礎等，間歇式操作如擠出吹塑成型。通常，模塑成型是間歇式的，所以工作條件有時會不穩定。熱成型、真空成型及其他類似方法常可以被看作是對已有的二次加工，例如在吹塑成型中，就包括 預成型（型胚的生成）和二次成型（型胚的吹脹）兩部分。 成型過程中既有同步的液體流動和熱傳遞，也有交錯的流動和熱傳遞。在二維成型過程中，一般成型后再接著固化，而在三維成型時，固化和成型往往在模具內同時進行。根據材料的性質、設備和成型條件，結合流動面的情況（自由與否），流動通常包括剪切、拉伸及壓縮流動（國內一般將流動形式只分為剪切和拉伸流動）。聚合物流動和固化時的熱力學機械性能決定了制品的微觀結構變化如形態、結晶度和取向分布等，制品的最終性能與期微觀結構密切相關。因此，只有了解樹脂性能、設備、操作條件、熱力學 力學性能、微觀結構和制品最終性能之間的相互作用，才能更好的實現生產過程和制品的質量控制。已經運用數學模型和計算機模擬來研究它們之間的相互作用，鑒于 CAD/CAM/CAE 系統在塑料成型中應用越來越廣泛，此種研究思路也越來越重要 。 注塑成型 將粒狀、粉末及液體塑料轉變為制品有很多種方法，塑料材料處于可模塑狀態并可適用于多種成型方法。大多數情況下，熱塑性材料可以用某些方法成型，而熱固性材料需要用其他方法。這是因為熱塑性材料加熱后會軟化，冷卻前可被 桂林電子科技大學畢業（論文）報告專用紙 第 4 頁 共 20 頁 重塑，而熱固性材料在加工前未聚合，成型過程中會發生化學反應，這種反 應通常是在熱、催化劑或壓力的作用下完成的，在進行塑料加工研究和應用時，了解這一點尤為重要。 注塑成型是迄今為止用得最多的一中熱塑性材料的成型方法，同時也是歷史悠久的一種方法，目前占到塑料成型總量的 30%。由于原料可惜此一步成型，注塑方法適于大批量和一步自動成型復雜幾何形狀的塑料制品，大多數情況下不需要后續加工。典型制品有玩具、汽車配件、家庭用具和電子產品。 由于注塑成型時有很多相互關聯的變量，這種方法是相當復雜的。成功的注塑生產不僅有賴于設備參數的正確設置，還在于要消除每次注射時的潑動，這種潑動是由液壓系統 、料筒溫度及材料黏度變化引起的。提高每次注射時設備參數的穩定性，可得到公差小、次品率低和質量高的產品。 任何成型加工最根本的目標都是：提高產品質量，縮短成型周期，采用重復性和自動化程度高的循環過程。模具人員在生產過程中總是想盡辦法降低或消除不合格。用注塑法生產那些精度要求很高的化學產品，或者附加值很高的產品如電器外殼，降低次品率的好處很大。 典型的注塑成型過程由五個階段組成： 1.注射與充模； 2.補料或壓縮； 3.保壓； 4.冷卻； 5.頂出制品。 注塑概況 工藝 注射成型是一個 塑料在 壓力下 進入 一個空腔 中成為 理想 形狀的的 循環過程。塑造，是 通過 冷卻（熱塑性塑料 ） 或由一個化學反應（熱固性） 來 實現 的 。這是一個為大規模生產具有優良尺寸 精度 的復合塑料零部件最常見和 最 靈活 方式 。它需要極少或根本沒有整理或裝配作業。除 了 熱塑性塑料和 熱固性 ， 這個進程現在通過用聚合物粘結劑被擴展到 象纖維，陶器，金屬粉 末 這樣的材料 。 應用 按重量計算大約所有塑料加工的 32%是通過 注塑成型機器的 。 歷史上， 注入成型的 主要 里程碑包括往復移動螺絲機器和各種新 的替代 過程， 和應用電腦仿真，以 及 設計和制造的塑料零部件 的發明 。 注 射 機的發展 從 19 世紀 70 年代初注入成型機器 問世以來它 已經經歷 了 顯著的修改和改進。 尤其 是 往復移動螺 桿 機器的發明 使 熱塑性塑料注 塑 成型過程的 多功能性 和生產力 得到了 徹底改革。 往復移動螺 桿 的好處 桂林電子科技大學畢業（論文）報告專用紙 第 5 頁 共 20 頁 除在機器控制方面 和 機器起 動功能上有 明顯改進外， 注 塑 成型機器的 一個主要發展 是 從一個 活塞機器 到一個往復移動螺絲 桿的 變化。 雖然活塞機本身簡單 ，它 的 普及 受到 限制 歸咎與它僅僅 通過純傳導 的緩慢的 加熱 速度 。 往復移動螺 桿用它旋轉的運動能 使材料塑化 更迅速而均勻，如圖 1 中所示使可塑材料。 另外 ，它能把這個熔融的聚合物注入在一個向前的方向， 就像一個活塞 。 注 塑 成型過程的發展 注 塑 成型過程 開始 只與熱塑性塑料聚合物一起使用在 活性 材料方面的發展， 在塑造設備方面的改進，并且 由于特殊工業的 需要已經 把工藝的用途擴展到超出了他 原先的范圍 供選擇的注塑工藝 在過去二十年期間發展注射模塑已經被做出許多嘗試 ， 隨著特殊設計 發展 道具生產零件的 工序 可用作替換過程 ， 從 傳統的 注射模塑中派生而來 的 應用策劃新時代 ，它有 更多自由 設計 和特殊結構上特征 通過 這些努力 產生了 許多 類型 ，包括： 級進 注射（夾心）成型 易熔 芯 注 塑 成型 氣體輔助注 塑 成型 壓縮注塑成型 層狀（微）注射 交替供料 的 注 塑 成型 低壓注入成型 推拉注 塑 成型 反應注塑成型 結構泡沫 注塑 成型 薄壁件成型 計算機模擬注塑成型過程 由于他們的擴展性和希望性 ,電腦仿真 也 已經 擴展 超出早 期的 外行 -扁平物 現在 ,復雜程序在過程期間模仿填充 后 行為 ,反作用動力學和兩材料的 不同性質 或者二 維 的使用。 桂林電子科技大學畢業（論文）報告專用紙 第 6 頁 共 20 頁 仿真部分提供關于使用 C-類型產品的信息 在設計題目 有 中間 幾例子 ,其給你怎樣能使用 CAE 工具改進你的部分和塑造設計和使處理狀況最優化配上插圖。 級進 注射（夾心）成型 總體上說 級進注塑 成型 是通過兩種不同的材料連續的和或同時地由同一澆口注射完成的 。 材料層板和凝固。 這工藝生產零件 ,其隨著在層皮材料之間把型芯材料嵌入有一層積的結構中 . 這項創新過程 為 用最優性能的每一種材料或修改模的一部分 屬性 提供了固有的靈活性。 圖 1 四個階段的 級進 注塑成型 (a)短球的皮合物融化 (顯示在里深綠色 )注入進那些模型 (b)核心聚合物的注射 熔化 ，直到 型腔 被差不多填補 如 (c)中所示皮聚合物再次被注入，以便把離開的這個核心聚合物從澆注系統中清除出去 熔心注 射 成型 熔芯工藝 在 單個 產品 中 ，空的部分用復雜內部 結構的易熔 (丟失，可溶 )如下圖 。這個 工藝 在塑造核 芯內部完成 ，核 芯 將 自身 融化或者化學消失，留下它的外 桂林電子科技大學畢業（論文）報告專用紙 第 7 頁 共 20 頁 部 結構 作為塑料部分的內部形狀。 圖 1。 易熔 (失芯 ， 熔芯 )核心注 射 成型 氣體輔助注 塑 成型 氣體輔助 工藝 氣體輔助注塑成型過程的 是樹脂 聚合物熔體 欠料 進入模腔。壓縮氣體，然后注入的 聚合物 核心部分幫助 填滿 模具。這個過程如下所示。 圖 1 。氣體輔助注射成型 (a)電氣系統 (b)液壓系統， (c)控制面板， (d)汽缸。 注射 -壓縮成型 注射壓縮成型 工藝 是傳統注射成型 的延續。 在把一 種 預調裝置量的聚合物 熔化注 入一個開放 型腔 ,如同下面展示那樣 ,聚合物注射的時候 被壓緊 ,這過程的最重 要 特點 是 相對于無壓力部件要 在低夾 具 方面 保證 尺寸上穩定 ,(百分之 20到 50甚至 更低 ). 桂林電子科技大學畢業（論文）報告專用紙 第 8 頁 共 20 頁 層狀（微 層 ）注塑成型 層狀 注射 成型通過同步注射和層倍增加的綜合了供擠出和注射成型， 如同在圖下面 1 中展示那樣 ,層狀注射成型同時實施不同的樹脂注射 .不同樹脂疊加在一起提高其性能， 例如 阻隔氣密性 ,尺寸穩定性，耐熔性 和 光學透明性。 交替注射成型 交替注射 成型過程 是在 入口壓力 下 引起 聚合物熔化 擺動，如這下面的插圖中所示。當不同的層分子或者纖維由于凝固 而 被在 模具 里增加時 ， 活塞的行動保持材料在門里熔融， 、 。 這個過程提供 簡單的方 法使 簡單或者復雜部分 從空間中釋放出來 ，下沉標明，以及 結合處 缺陷。 桂林電子科技大學畢業（論文）報告專用紙 第 9 頁 共 20 頁 低壓注射成型 低氣壓注塑成型，基本上是一種優化 并 延長 的 常規注塑成型（見圖 1 ） 。低壓可以 通過 正確 的 螺 桿 轉 /分 的編程 ， 水 壓支持 壓力 和螺桿速度來 控制 熔化 的溫度和注射速度 。 它也利用 很多閥門的連續關閉來縮小流程 。 填料 階段 以 一般慢并且控制注射速度 來消除 ，低氣壓注塑成型 的優點 包括減少 較大的夾緊力 ， 利用成本較低的模具和壓力機 和降低模塑制品成型應力。 推拉注射成型 該推拉注射成型過程中使用了傳統的 兩套 注射液系統和 雙澆口 模具， 推動 材料 在母主 注射裝置 和輔助注射裝置 中來回流動 ，如下所示 。 這個過程中消除熔 體縫 ， 空隙 ，裂 紋 ，并控制纖維 方 向。 桂林電子科技大學畢業（論文）報告專用紙 第 10 頁 共 20 頁 反應注塑成型 工藝 多數 反應注塑成型 工藝 ，包括反應注射成型（ RIM ），以及 混合成型 加工，如樹脂傳遞模塑（ RTM）和結構反應注射成型（ SRIM ） 。 與熱塑性塑料塑造相比 具有典型 的低粘性 ，模具壓力低，模具成本低的特點。活性 樹脂也可以在 混合 過程 中使用 。 例如，制作 高強度和小批量的大型零件 ， RTM和 SRIM 可用于長纖維 的預先成型 。另一個領域是比以往任何時候 接受的 都是微電子集成電路芯片 。 注塑成型的適應性是在這些物質中 包括在機械上料（桶）中的一段溫度上升來避免固化。不過，腔 通常是 有 足夠的熱 來 啟動化學交聯。作為熱預聚合物是被迫進入腔 中 ，熱 度 是從腔墻 中 ， 流動的 粘性（摩擦） 熱氣 ， 和 反應元件 所釋放的熱氣中補充的。零件的溫度 往往超過 模具的溫度 。 零件的固性 (甚至在高溫 中 )的循環是 當反應足夠強烈時 完成的 然后零件 被 彈出。 設計考慮 因為反應是 在填塞和充滿 后 的階 段進行的，所以活性材料的注塑成型的加工工藝是復雜的。 例如， 慢的填充經常引起過早的膠化和一個合力，然而快速填充能引起內部間隙混亂。 模具壁溫度 的不適當控制 和 厚度不足 要么引起的注射劑流動 性問題或造成材料 過熱。 計算機仿真是普遍公認的作為更具成本效益的工具，比傳統的時間 短 ， 試錯能力強 和 高的改錯能力。 結構泡沫注塑成型 概況 結構泡沫 注塑 生產 的零件是有固體外表面周圍的 圍繞內部 氣孔 (或者泡沫 )的 核心組成的，在下面的圖 1 說明 。這個工藝適合大型厚零件在最終用途應用中承受彎曲負荷，結構泡沫零件還可以高低壓生產或者是氮氣和化學填充劑。 桂林電子科技大學畢業（論文）報告專用紙 第 11 頁 共 20 頁 薄壁成型 薄壁件是相對的 ， 傳統的塑料 零件 通常 是 2到 4 毫米厚 。 當厚度 在 1.2 到 2毫米時 和邊緣尺寸低于 1.2 毫米的時候 ，薄 壁 設計被 稱為 先進 。薄壁成型的另一個定義是根據 流程 /壁厚比，這些薄壁的應用典型比率在 100： 1 到 150： 1之間或更高。 典型的應用范圍 薄壁件成型更適用于便攜式的通訊和計算設備，他們要求塑料殼得非常薄卻依然能夠同傳統零件一樣能夠承受同樣的機械強度 工藝 因為薄壁件冷卻速度非常快，他們需要高的溶化溫度，高的注射速度，和非常高的注射壓力，如果多種閥門或者順序閥門沒有一個理想的填充速度來幫助減少壓力的要求。 由于高的速度和剪切速率在薄壁件成型上更容易幫助減少薄壁件每個方向收縮，這對于充分的填充非常重要，然而核心的部分仍然是熔化。 注塑機 組成要素 對于熱塑 性塑料，注塑機通過熔化，注塑，填充和冷卻把 粒狀或丸粒化原料轉換成最好的成型零件。一個典型的注塑機主要由以下部分組成，在下面圖 1中說明 機器功能 注塑機基于機器功能大致可分為三類： 一般用途的機器 精密機器超高速，薄壁件的機器 輔助設備 注塑機的主要輔助設備包括樹脂干燥機，材料處理設備，制粒機，模溫機，冷水機組，搬運機械手以及零件處理設備。 桂林電子科技大學畢業（論文）報告專用紙 第 12 頁 共 20 頁 基于注塑模具鋼研磨和拋光工序的自動化表面處理 C. Apreaa, R. Mastrullob, C. Rennoa,* 薩勒諾大學 機械工程系 ,通過 Ponte Don Melillo 1、 84084 菲夏諾 ( 薩勒諾 )、意大利 那不勒斯大學 DETEC 費德里科二世 ,P。 le Tecchio 80、 80125 那不勒斯 ,意大利 完成于 2002 年 8月 8 日 ,在修訂后 完成于 2003 年 12 月 18日 , 通過是 2004 年 2 月 18 日 摘要 : 本 文 研究 了 注塑模具鋼自動研磨與球面拋光加工工序 的 可能性 ，這種 注塑模具鋼 PDS5 的 塑 性 曲面 是在 數控加工中心 完成的。 這項研究已經完成了磨削刀架 的 設計 與 制造 。 最佳表面研磨參數 是在 鋼鐵 PDS5 的 加工中心測定 的。 對于PDS5 注塑模具鋼 的最佳球面研磨參數是以下一系列的組合：研磨 材料的磨料 為粉紅氧化鋁 ，進給量 500 毫米 /分鐘 ， 磨削深度 20 微米，磨削轉速為 18000RPM。用優化 的 參數 進行 表面研磨 ， 表面粗糙度 Ra 值 可由大約 1.60 微米改善至 0.35微米 。 用球拋光 工藝和 參數優化拋光 ， 可以進一步改善表面粗糙度 Ra值 從 0.343微米至 0.06 微米左右 。在 模具 內部 曲面的測試部分 ， 用最佳參數 的 表面研磨、拋 光 ， 曲面表面粗糙度就可以提高約 2.15 微米到 0 0.07 微米 。 關鍵詞 : 自動化表面處理 ； 拋光 ； 磨削加工 ； 表面粗糙度 ； Taguchi 方法 一、 引言 : 塑膠工程材料由于其重要特點 ,如耐化學腐蝕性、低密度、易于制造 ,并已日漸取代金屬部件 在 工業 中廣泛 應用 。 注塑成型 對于 塑料制品 是 一個重要 工藝。注塑模具的表面質量是 設計 的本質要求 ,因為它直接影響了塑膠產品的外觀 和性能。 加工工 藝 如 球面 研磨、拋光常用 于 改善表面光潔度 。 研磨工具 (輪子 )的安裝已廣泛用于傳統模具 的制造 產業 。 自動化表面研磨加工工具 的 幾何模型 將在 1中 介 紹 。 自動化表面處理 的球磨 研磨工具 將在 2中得到 示范 和 開發 。 磨 削速度 , 磨 削 深度 ，進給速率和 砂輪 尺寸 、研磨材料特性 （ 如磨料粒度 大小） 是球形研磨 工藝 中 主要的 參數 ，如圖 1（ 球面研磨過程示意圖 ）所示。 注塑模具鋼的球面研磨 最 優化參數 目前 尚未在文獻 得到確切的 依據 。 近年來 ， 已 經 進行了一些研究 ， 確定 了 球 面 拋光工藝 的 最優參數 (圖 2) （ 球面 拋光過程示意圖 ）。 比如 ，人們 發現 , 用碳化鎢球滾 壓的方法可以使 工件表面的 塑性變形減少 ,從而改善表面粗糙度、表面硬度、抗疲勞 強度 3,4,5,6。 拋光的 工藝 的過程 是由 加工中心 3,4和 車床 5,6 共同完成的。對 表面粗糙度有重大影響 的 拋光 工藝 主要 參數，主要是 球或滾子材料 ， 拋光 力， 進給速率 ,拋光速度 ,潤滑、拋光 率及其他因素等。 注塑模具鋼 PDS5 的 表面拋光的參數優化 ，分別結合 了 油脂潤滑劑 ， 碳化鎢球 ,拋光速度 200 毫米 /分鐘 ,拋光力 300 牛， 40微米 的進給量 7。 采用最佳參數 進行表面研磨和球面拋光的深度 為 2.5 微米 。 通過拋光 工藝， 表面粗糙度 可以 改善大致為 40%至 90%3-7。 桂林電子科技大學畢業（論文）報告專用紙 第 13 頁 共 20 頁 此項 目 研究的目的是 ， 發展 注塑 模具 鋼的 球形研磨 和 球面拋光工序 ，這種 注塑模具 鋼的 曲面 實在 加工 中心完成 的。 表面光潔度 的 球研磨與球拋光 的 自動化流程工序 ，如圖 3 所示。 我們開始自行設計和制造的球面研磨工具及加工中心 的對 刀 裝置 。 利用 Taguchi正交法 ， 確定了表面球研磨最佳參數 。 選擇 為 TaguchiL18型矩陣實驗相應 的 四個因素和三個層次 。 用 最佳參數進行表面球研磨則適用于一個曲面表面光潔度 要求較高的 注塑模具 。 為 了 改善表面粗糙 , 利用最佳球 面拋光 工藝 參 數，再進行對表層 打磨 。 圖 1.球狀研 磨 的過程的簡圖 圖 2.球 面拋光 的過程的簡圖 桂林電子科技大學畢業（論文）報告專用紙 第 14 頁 共 20 頁 圖 3.自動球面研磨 與 拋光工序 的 流程圖 二、 球研磨 的 設計 和 對準裝置 : 實施過程中可能出現的曲面 的 球研磨 ,研磨球 的中心應和 加工中心 的 Z 軸 相一致。 球面研磨工具的安裝及調整裝置 的 設計 ，如 圖 4（ 球 面 研磨工具及其調整裝置 ） 所示 。 電動磨床展開 了 兩個 具有 可調支撐螺絲 的 刀架 。 磨床 中心正好與具有輔助作用 的圓錐槽線配合 。 擁有磨床 的 球接軌 ,當 兩個可調支撐螺絲被收緊時，其后的 對準部件 就 可以拆除 。研磨 球中心坐標偏差約 為 5 微米 , 這是衡量一個數控坐標測量機 性能的重要標準。 機床的 機械振動 力 是 被 螺旋彈簧 所 吸收 。球形研磨球 和 拋光工具 的安裝，如圖 5（ a. 球面研磨工具的圖片 . b.球拋光工具 的 圖片 ） 所示 。為使 球面磨削加工和拋光加工 的進行， 主軸 通過 球鎖機制 而被鎖 定。 三、 矩陣實驗的規劃 3.1Taguchi 正交表 : PDS 試樣的設計與制造 選擇最佳矩陣實驗因子 確定最佳參數 實施實驗 分析并確定最佳因子 進行表面拋光 應用最佳參數加工曲面 測量試樣的表面粗糙度 球研磨和拋光裝置的設計與制造 桂林電子科技大學畢業（論文）報告專用紙 第 15 頁 共 20 頁 利用矩陣實驗 Taguchi 正交 法，可以 確定參數 的影響程度 8. 為了配合上述球面研磨參數 ， 該材料磨料 的研磨 球 (直徑 10 毫米 ),進給速率， 研磨 深度 ,再次研究中 電氣磨床被 假定為 四個因素 (參數 )， 指定為 從 A 到 D（見表 1實驗因素和水平 ）。 三個層次 (程度 )的因素 涵蓋了不同的范圍特征 ,并用 了數字 1、 2、 3標明。 挑選三類磨料 ,即碳化硅 (SiC),白色氧化鋁 (Al2O3,WA),粉紅氧化鋁 (Al2O3, PA)來 研究 . 這 三個數值的 大小取決于 每個因素 實驗結果。 選定 L18 型正交矩陣進行實驗 ，進而研究 四 三級因素的球形研磨過程 。 圖 4.球狀研 磨 的工具的概要例證和它調節裝置 圖 5.a 球面研磨的工具的照片 b 球拋光工具 的 的照片 3.2 數據分析 的意義 : 桂林電子科技大學畢業（論文）報告專用紙 第 16 頁 共 20 頁 工程設計問題 ,可以分為較小 而好的 類型 ,象征性最好類型 ,大 而好 類型 ， 目標 取向 類型等 8。 信噪比 (S/N)的 比值 ，常 作為目標函數 來 優化產品或 者 工藝設計 。 被加工 面的 表面粗糙度值經 過 適當 地 組合磨削參數 ， 應小于原來的 未加工 表面 。 因此 ,球面研磨過程 屬于工程問題中的 小 而好類型。這里的 信噪比（ S/N） , 按下列公式定義 8: =10 log10 （ 平方等于質量 參數 ) =10 log10 ni iyn121 這里， yi 不同噪聲條件下 所 觀察 的 質量 參數 n 實驗 次數 從每 個 L18 型正交實驗 得到的 信噪比 （ S/N） 數據 ，經 計算 后， 運用差異分析技術 (變異 )和殲比檢驗 來測定 每一個 主要的 因素 8。 優化 小而好類型的工程問題 問題更是盡量 使 最大而 定 。 各級 選擇 的 最大化將 對最終的 因素有重大影響 。 最優條件可 視 研磨球 而 待定 。 表 1。 實驗性因素和 等級 1 2 3A . 研磨材料 SiC Al 2 O 3 , W A Al 2 O 3 , P AB . 速度 ( m m / m i n ) 50 100 200C . 研磨深度 ( m ) 20 50 80D . 轉數 ( r p m ) 12000 18000 24000等級因素 四、 實驗 工作 和結 果 : 這項研究使用的材料是 PDS5 工具鋼 (相當于艾西塑膠模具 )9， 它 常用 于大型注塑模具產品在國內汽車零件 領域和國內設備。 該材料的硬度約HRC33(HS46)9。 具體好處之一是 , 由于 其 特殊的熱處理前處理 ， 模具可直接用于未經進一步加工工序 而對 這一材料 進行 加工 。式樣 的設計和制造 ,應 使 它 們可以安裝在底盤 ，來 測 量相應的反力。 PDS5 試樣的加工 完畢 后 ， 裝在大底盤 上在 三 坐標 加工中心進行了銑 削，這種加工中心是由楊 *鋼鐵公司 所生產 (中壓型三號 ),配備 了 FANUC-18M 公司 的 數控控制器 (0.99 型 )10。 用 hommelwerket4000設備 來 測量前 機 加工 前 表面 的 粗糙度 ,使其 可達到 1.6 微米 。 圖 6試驗 顯示了 球面磨削加工 工藝的 設置 。 一個由 Renishaw 公司 生產的 視 頻觸摸觸發探頭 ，安裝在 加工中心 上，來 測量 和 確定和原 始式樣的 協調 。 數控代碼所需要的磨球路徑 桂林電子科技大學畢業（論文）報告專用紙 第 17 頁 共 20 頁 由 PowerMILL 軟件產 。 這些代碼經 過 RS232 串口界面 ， 可以傳送到 裝有 控制器的數控加工中心 上。 完成了 L18 型 矩陣實驗后， 表 2 （ PDS5 試樣 光滑 表 層的 粗糙度 ） 總結了 光滑 表面 的 粗糙度 RA 值 ， 計算 了每一個 L18 型 矩陣實驗的信噪比（ S/N） ,從而 用于方程 1。通過表 2 提供的各個數值，可以得到 4 種不同程度因子的平均信噪比（ S/N），在圖 7 中已用圖表顯示。 表 2.PDS5 試樣 光滑 表 層的 粗糙度 E x p .no. A B C D y1(m) y2(m) y3(m)S/Nratio (dB)Meany (m)1 1 1 1 1 0.35 0.35 0.35 9.119 0.352 1 2 2 2 0.37 0.36 0.38 8.634 0.373 1 3 3 3 0.41 0.44 0.4 7.597 0.4174 2 1 2 3 0.63 0.65 0.64 3.876 0.645 2 2 3 1 0.73 0.77 0.78 2.38 0.766 2 3 1 2 0.45 0.42 0.39 7.52 0.427 3 1 3 2 0.34 0.31 0.32 9.801 0.3238 3 2 1 3 0.27 0.25 0.28 11.471 0.2679 3 3 2 1 0.32 0.32 0.32 9.897 0.3210 1 1 2 2 0.35 0.39 0.4 8.39 0.3811 1 2 3 3 0.41 0.5 0.43 6.968 0.44712 1 3 1 1 0.4 0.39 0.42 7.833 0.40313 2 1 1 3 0.33 0.34 0.31 9.712 0.32714 2 2 2 1 0.48 0.5 0.47 6.312 0.48315 2 3 3 2 0.57 0.61 0.53 4.868 0.5716 3 1 3 1 0.59 0.55 0.54 5.03 0.5617 3 2 1 2 0.36 0.36 0.35 8.954 0.35718 3 3 2 3 0.57 0.53 0.33 5.293 0.543列陣(控制因素) 表面粗糙度 (R a) 響應 圖 6.確定最佳球面磨削參數的實驗設置 桂林電子科技大學畢業（論文）報告專用紙 第 18 頁 共 20 頁 表 3.由因素水平 (dB)的平均 S/N 比率 因素 A B C D等級1 8.099 7.655 9.11 6.77等級2 5.778 7.453 7.067 8.028等級3 8.408 7.176 6.107 7.486作用 2.63 0.479 3.003 1.258順序 2 4 1 3平均值 7.428 圖 7.控制因素作用 的曲線圖 球面研磨工藝的目標，就是通過確定每一種因子的最佳優化程度值，來使試樣光滑表層的表面粗糙度值達到最小。因為 log 是一個減函數，我們應當使信噪比（ S/N）達到最大。因此，我們能夠確定每一種因子的最優程度使得的值達到最大。因此基于這個點陣式實驗的最優轉速應該是 18000RPM， 如表 4（ 優化組合球面研磨參數 ） 所示。 通過使用數據 方差分析 的 技術和 F 比檢驗 方法，進一步確定了每一種因子有什么主要的影響，從而確定了它們的影響程度 (見表 5 信噪比和 表面粗糙度 )。F0.1， 2， 13 的 F 比的比值是 2.76，相當于 10%的影響程度。（或者置信水平為90%）這個因子的自由度是 2，自由度誤差是 13， 根據 F分布表 11。如果 F比值大于 2.76，就可以認為對表面粗糙度有顯著影響