南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯系 部： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 姓 名： 李薇薇 學(xué) 號(hào)： 05010201 外文出處：Int J Adv Manuf Technol (2006) 28: 61-66 附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：譯文基本符合翻譯原文,個(gè)別詞匯不符合語(yǔ)境。語(yǔ)句較為通順，條理比較清楚，專業(yè)用語(yǔ)翻譯基本恰當(dāng)，符合中文語(yǔ)法，整體翻譯質(zhì)量較好。簽名： 年 月 日附件 1：外文資料翻譯譯文基于注塑模具鋼研磨和拋光工序的自動(dòng)化表面處理摘要 本文研究了注塑模具鋼自動(dòng)球面研磨與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(shù)控加工中心完成的。這項(xiàng)研究已經(jīng)完成了磨削刀架的設(shè)計(jì)與制造。最佳表面研磨參數(shù)是在鋼 PDS5 的加工中心測(cè)定的。對(duì)于PDS5 注塑模具鋼的最佳研磨參數(shù)是以下一系列的組合：研磨材料的磨料為氧化鋁，進(jìn)給量 50 毫米/分鐘，磨削深度 20 微米，磨削轉(zhuǎn)速為 18000rpm。用優(yōu)化的參數(shù)進(jìn)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。用拋光工藝和參數(shù)化拋光，可以進(jìn)一步改善表面粗糙度 Ra 值從 0.343 微米至0.06 微米。對(duì)模具內(nèi)部曲面的測(cè)試，用最佳參數(shù)的表面研磨、拋光，曲面表面粗糙度就從 2.15 微米可以提高到約為 0.07 微米。關(guān)鍵詞 自動(dòng)化表面處理 拋光 磨削加工 表面粗糙度 田口方法 1 引言塑膠工程材料由于其重要特點(diǎn),如耐化學(xué)腐蝕性、低密度、易于制造,并已日漸取代金屬部件在工業(yè)中廣泛應(yīng)用。注塑成型對(duì)于塑料制品是一個(gè)重要工藝。注塑模具的表面質(zhì)量是設(shè)計(jì)的本質(zhì)要求,因?yàn)樗苯佑绊懥怂苣z產(chǎn)品的外觀和其性能。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(tǒng)模具的制造產(chǎn)業(yè)。自動(dòng)化表面研磨加工工具的幾何模型將在[1]中介紹。自動(dòng)化表面處理的球磨研磨工具將在[2]中得到示范和開發(fā)。磨削速度，磨削深度，進(jìn)給速率和砂輪尺寸、研磨材料特性（如磨料粒度大?。┦乔蛐窝心スに囍兄饕膮?shù)，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(yōu)化參數(shù)目前尚未在文獻(xiàn)得到確切的依據(jù)。近年來，已經(jīng)進(jìn)行了一些研究，確定了球面拋光工藝的最優(yōu)參數(shù)(圖 2，球面拋光過程示意圖） 。比如，人們發(fā)現(xiàn), 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(qiáng)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(duì)表面粗糙度有重大影響的拋光工藝主要參數(shù)，主要是球或滾子材料拋光力、進(jìn)給速率、拋光速度、潤(rùn)滑、拋光率及其他因素等。注塑模具鋼 PDS5 的表面拋光的參數(shù)優(yōu)化，分別結(jié)合了油脂潤(rùn)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(jìn)給量[7]。采用最佳參數(shù)進(jìn)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]。 此項(xiàng)目研究的目的是，發(fā)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(shí)在加工中心完成的。表面光潔度的球研磨與球拋光的自動(dòng)化流程工序，如圖 3 所示。我們開始自行設(shè)計(jì)和制造的球面研磨工具及加工中心的對(duì)刀裝置。利用田口正交法，確定了表面球研磨最佳參數(shù)。選擇為田口L18 型矩陣實(shí)驗(yàn)相應(yīng)的四個(gè)因素和三個(gè)層次。用最佳參數(shù)進(jìn)行表面球研磨則適用于一個(gè)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(shù)，再進(jìn)行對(duì)表層打磨。PDS 試樣的設(shè)計(jì)與制造選擇最佳矩陣實(shí)驗(yàn)因子確定最佳參數(shù)實(shí)施實(shí)驗(yàn)分析并確定最佳因子進(jìn)行表面拋光應(yīng)用最佳參數(shù)加工曲面測(cè)量試樣的表面粗糙度球研磨和拋光裝置的設(shè)計(jì)與制造圖 3 自動(dòng)球面研磨與拋光工序的流程圖2 球研磨的設(shè)計(jì)和對(duì)準(zhǔn)裝置實(shí)施過程中可能出現(xiàn)的曲面的球研磨,研磨球的中心應(yīng)和加工中心的 Z 軸相一致。球面研磨工具的安裝及調(diào)整裝置的設(shè)計(jì)，如圖 4（球面研磨工具及其調(diào)整裝置）所示。電動(dòng)磨床展開了兩個(gè)具有可調(diào)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(dāng)兩個(gè)可調(diào)支撐螺絲被收緊時(shí)，其后的對(duì)準(zhǔn)部件就可以拆除。研磨球中心坐標(biāo)偏差約為 5 微米, 這是衡量一個(gè)數(shù)控坐標(biāo)測(cè)量機(jī)性能的重要標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)床的機(jī)械振動(dòng)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(jìn)行，主軸通過球鎖機(jī)制而被鎖定。 3 矩陣實(shí)驗(yàn)的規(guī)劃3.1 田口正交表：利用矩陣實(shí)驗(yàn)田口正交法，可以確定參數(shù)的有影響程度[8]。為了配合上述球面研磨參數(shù)，該材料磨料的研磨球(直徑10毫米)、進(jìn)給速率、研磨深度，在次研究中電氣磨床被假定為四個(gè)因素(參數(shù))，指定為從A到D（見表1實(shí)驗(yàn)因素和水平） 。三個(gè)層次(程度)的因素涵蓋了不同的范圍特征，并用了數(shù)字1、2、3標(biāo)明。挑選三類磨料，即碳化硅(SiC)，白色氧化鋁(Al 2O3,WA)，粉紅氧化鋁(Al2O3,PA)來研究。這三個(gè)數(shù)值的大小取決于每個(gè)因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果。選定L18型正交矩陣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而研究四——三級(jí)因素的球形研磨過程。3.2 數(shù)據(jù)分析的界定：工程設(shè)計(jì)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(biāo)取向類型等[8]。信噪比(S/N)的比值，常作為目標(biāo)函數(shù)來優(yōu)化產(chǎn)品或者工藝設(shè)計(jì)。被加工面的表面粗糙度值經(jīng)過適當(dāng)?shù)亟M合磨削參數(shù)，應(yīng)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） 、η,按下列公式定義[8]:η =?10 log （平方等于質(zhì)量特性)10=?10 log10????????niy2這里，y ——不同噪聲條件下所觀察的質(zhì)量特性in——實(shí)驗(yàn)次數(shù)從每個(gè) L18 型正交實(shí)驗(yàn)得到的信噪比（S/N）數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算后，運(yùn)用差異分析技術(shù)(變異)和殲比檢驗(yàn)來測(cè)定每一個(gè)主要的因素[8]。優(yōu)化小而好類型的工程問題問題更是盡量使 η 最大而定。各級(jí) η 選擇的最大化將對(duì)最終的 η 因素有重大影響。最優(yōu)條件可視研磨球而待定。4 實(shí)驗(yàn)工作和結(jié)果這項(xiàng)研究使用的材料是 PDS5 工具鋼(相當(dāng)于艾西塑膠模具)[9]，它常用于大型注塑模具產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)汽車零件領(lǐng)域和國(guó)內(nèi)設(shè)備。該材料的硬約 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(jīng)進(jìn)一步加工工序而對(duì)這一材料進(jìn)行加工。式樣的設(shè)計(jì)和制造,應(yīng)使它們可以安裝在底盤，來測(cè)量相應(yīng)的反力。PDS5 試樣的加工完畢后，裝在大底盤上在三坐標(biāo)加工中心進(jìn)行了銑削，這種加工中心是由楊*鋼鐵公司所生產(chǎn)(中壓型三號(hào))，配備了 FANUC-18M 公司的數(shù)控控制器(0.99 型)[10]。用 hommelwerket 4000 設(shè)備來測(cè)量前機(jī)加工前表面的粗糙度，使其可達(dá)到 1.6 微米。圖 6 試驗(yàn)顯示了球面磨削加工工藝的設(shè)置。一個(gè)由 Renishaw 公司生產(chǎn)的視頻觸摸觸發(fā)探頭，安裝在加工中心上，來測(cè)量和確定和原始式樣的協(xié)調(diào)。數(shù)控代碼所需要的磨球路徑由PowerMILL 軟件產(chǎn)。這些代碼經(jīng)過 RS232 串口界面，可以傳送到裝有控制器的數(shù)控加工中心上。完成了 L18 型矩陣實(shí)驗(yàn)后，表 2（PDS5 試樣光滑表層的粗糙度）總結(jié)了光滑表面的粗糙度 RA 值，計(jì)算了每一個(gè) L18 型矩陣實(shí)驗(yàn)的信噪比（S/N）,從而用于方程 1。通過表 2 提供的各個(gè)數(shù)值，可以得到 4 中不同程度因子的平均信噪比（S/N） ，在圖 7 中已用圖表顯示。球面研磨工藝的目標(biāo)，就是通過確定每一種因子的最佳優(yōu)化程度值，來使試樣光滑表層的表面粗糙度值達(dá)到最小。因?yàn)? log 是一個(gè)減函數(shù)，我們應(yīng)當(dāng)使信噪比（S/N）達(dá)到最大。因此，我們能夠確定每一種因子的最優(yōu)程度使得η 的值達(dá)到最大。因此基于這個(gè)點(diǎn)陣式實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)轉(zhuǎn)速應(yīng)該是 18000RPM，如表4（優(yōu)化組合球面研磨參數(shù)）所示。通過使用數(shù)據(jù)方差分析的技術(shù)和 F 比檢驗(yàn)方法，進(jìn)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(dāng)于 10%的影響程度（或者置信水平為90%） 。這個(gè)因子的自由度是 2，自由度誤差是 13，根據(jù) F 分布表[11]。如果 F比值大于 2.76，就可以認(rèn)為對(duì)表面粗糙度有顯著影響。結(jié)果，進(jìn)給量和磨削深度都對(duì)表面粗糙度有顯著影響。為了觀察使用最優(yōu)磨削組合參數(shù)的重復(fù)性能，進(jìn)行了 5 種不同類別的實(shí)驗(yàn)，如表 6 所示。獲得被測(cè)試樣的表面粗糙度值 RA 大約是 0.35 微米。使用球研磨組合參數(shù)，可使表面粗糙度提高了 78%。使用球面拋光的優(yōu)化參數(shù)，光滑表面進(jìn)一步被拋光。經(jīng)過球面拋光可獲得粗糙度 RA 值為 0.06 微米的表面。被改善了的拋光表面，可以在 30x 光學(xué)顯微鏡觀察下進(jìn)行觀察，如圖 8（未加工表面、光滑面和拋光面的測(cè)試樣品的顯微鏡象(30x)的比較）所示。經(jīng)過拋光工藝，工件機(jī)加工前的表面粗糙度改善了近 95%。從田口矩陣實(shí)驗(yàn)獲得的球面研磨優(yōu)化參數(shù)，適用于曲面光滑的模具，從而改善表面的粗糙度。選擇香水瓶為一個(gè)測(cè)試載體。對(duì)于被測(cè)物體的模具數(shù)控加工中心，由 PowerMILL 軟件來模擬測(cè)試。經(jīng)過精銑，通過使用從田口矩陣實(shí)驗(yàn)獲得的球面研磨優(yōu)化參數(shù)，模具表面進(jìn)一步光滑。緊接著,使用打磨拋光的最佳參數(shù)，來對(duì)光滑曲面進(jìn)行拋光工藝，進(jìn)一步改善了被測(cè)物體的表面粗糙度 (見圖 9)。模具內(nèi)部的表面粗糙度用 hommelwerket4000 設(shè)備來測(cè)量，模具內(nèi)部的表面粗糙度 RA 的平均值為 2.15 微米，光滑表面粗糙度 RA 的平均值為 0.45 微米，拋光表面粗糙度 RA 的平均值為 0.07 微米。被測(cè)物體的光滑表面的粗糙度改善了：(2.15-0.45)/2.15=79.1%，拋光表面的粗糙度改善了：(2.15-0.07)/2.15=96.7%。5 結(jié)論在這項(xiàng)工作中，對(duì)注塑模具的曲面進(jìn)行了自動(dòng)球面研磨與球面拋光加工，并將其工藝最佳參數(shù)成功地運(yùn)用到加工中心上。設(shè)計(jì)和制造了球面研磨裝置(及其對(duì)準(zhǔn)組件)。通過實(shí)施田口 L18 型矩陣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確定了球面研磨的最佳參數(shù)。對(duì)于 PDS5 注塑模具鋼的最佳球面研磨參數(shù)是以下一系列的組合：材料的磨料為粉紅氧化鋁，進(jìn)給量料 500 毫米/分鐘，磨削深度 20 微米，轉(zhuǎn)速為 18000RPM。通過使用最佳球面研磨參數(shù)，試樣的表面粗糙度 RA 值從約 1.6 微米提高到0.35 微米。應(yīng)用最優(yōu)化表面磨削參數(shù)和最佳拋光參數(shù)，來加工模具的內(nèi)部光滑曲面，可使模具內(nèi)部的光滑表面改善 79.1%，拋光表面改善 96.7%。鳴謝：作者感謝中國(guó)國(guó)家科學(xué)理事會(huì)對(duì)本次研究的支持，NSC 89-2212-E-011-059。參考文獻(xiàn)：[1] 國(guó)家評(píng)估陳嚴(yán)，安裝粉磨幾何模型工具自動(dòng)化表面加工工藝，臺(tái)北：第六屆國(guó)際自動(dòng)化技術(shù)會(huì)議議事錄，2000.5.9-11,43-47.[2] 國(guó)家評(píng)估陳嚴(yán)，達(dá)菲那，球形研磨工具的表面自動(dòng)化處理系統(tǒng)，國(guó)際科技Manuf產(chǎn)物－1期（第1版）[J]，1997，17-26.[3] 蕙新罕布什爾州，譚資深大律師，影響球表面光潔度的參數(shù)文獻(xiàn)調(diào)查和討論，大意工程－10期（第4版） ，1988,215-220.[4] 蕙新罕布什爾州，譚資深大律師，宮澤喜一，產(chǎn)生球表面上粗糙度的調(diào)研 [J]，國(guó)際工具M(jìn)anuf產(chǎn)物－31期（第1版） ，1991，75-81.[5] 玉十，王嵐，不同參數(shù)對(duì)帶有金剛石工具的鋁合金球形凸出面表面粗糙度的影響[J]，國(guó)際工具M(jìn)anuf產(chǎn)物－39期，1999，459-469.[6] Liermann部Klocke先生，軋輥拋光成表面，國(guó)際工具M(jìn)anuf產(chǎn)物－38期（第5版） ，1996，419-423.[7] 修福建，注塑鋼球面參數(shù)的最佳測(cè)定[J]，國(guó)際Manuf技術(shù)，2003.[8] Phadke，堅(jiān)固設(shè)計(jì)的質(zhì)量工程，新澤西州的 Englewood 懸崖處普倫蒂斯- 大會(huì)堂，1989.[9] 大東公司的技術(shù)手冊(cè)，塑料注塑模具鋼的選擇，臺(tái)灣，1985.[10] 楊鋼鐵廠的技術(shù)手冊(cè)中壓-3A 型立式加工中心，臺(tái)灣，1996.[11] 威利，蒙哥馬利直流設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)分析，紐約，1991.附件 2：外文原文（復(fù)印件）