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編號(hào)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文翻譯 （譯文） 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 韋良華 學(xué) 號(hào)： 1000110129 指導(dǎo)教師單位： 機(jī)電工程學(xué)院 姓 名： 陳虎 職 稱： 助教 2014年 5 月 26日 通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化微注射成型工藝 摘要 本文提出通過(guò)試驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）優(yōu)化微注射成型（MIM）過(guò)程。MIM是一種相對(duì)較新的用于微部件的快速制造的技術(shù)。由于改變工藝參數(shù)，為了滿足質(zhì)量和可靠性的限制，減少操作過(guò)程中變異的是非常重要。在這項(xiàng)研究中，對(duì)MIM工藝的理解，它是通過(guò)DOE的六個(gè)影響表面質(zhì)量的參數(shù)，流動(dòng)長(zhǎng)度和長(zhǎng)寬比來(lái)優(yōu)化的。顯著單一的工藝參數(shù)以及它們之間的相互作用是通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析確定。為2級(jí)的試驗(yàn)中，20：21：20的縱橫比，分別對(duì)應(yīng)聚丙烯（PP）丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯（ABS）和聚甲醛（POM）實(shí)現(xiàn) 關(guān)鍵詞：微注射成型（MIM），試驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE），全因子，部分因子，優(yōu)化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì) 第一章 引言 因?yàn)樗拇笈可a(chǎn)能力和低元件成本，微注射成型（MIM）是一種在微型制造行業(yè)內(nèi)流行的相對(duì)較新的技術(shù)。為了使MIM以最小的成本實(shí)現(xiàn)最高品質(zhì)的元件，理解的過(guò)程并確定不同的獨(dú)立參數(shù)的影響是很重要的。一種可以采用的調(diào)查MIM的整體操作的方法是試驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）的設(shè)計(jì)。在一般情況下，DOE（DoE）可用于收集從每個(gè)過(guò)程，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析獲得加工工藝的理解。這個(gè)程序可以幫助優(yōu)化過(guò)程，并最終使得質(zhì)量的提高。 本文的結(jié)構(gòu)如下，在MIM工藝在第2節(jié)所述，在第3節(jié)DOE的介紹，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集之后第4節(jié)解釋，結(jié)果和數(shù)據(jù)分析進(jìn)行說(shuō)明在第5節(jié)說(shuō)明。結(jié)果的討論，在第6節(jié)提出，最后在第7節(jié)給出結(jié)論的文件結(jié)束。 2212-8271?2013的作者。由Elsevier BV公司負(fù)責(zé)出版，羅伯托特提教授同行評(píng)議 DOI：10.1016/j.procir.2013.09.052 第二章 微注射成型（MIM） 微注射成型[1]是在制造世界一個(gè)相對(duì)較新的技術(shù)，因此，它需要被深入研究調(diào)查。據(jù)Liu等人[2]進(jìn)行微粉末注射成型，因?yàn)樗谠S多不同的領(lǐng)域，例如醫(yī)學(xué)，光學(xué)和電信，成功的應(yīng)用，使得微系統(tǒng)技術(shù)被廣泛使用在新的21世紀(jì)，。帶有大批量生產(chǎn)能力和低元件成本，使得MIM技術(shù)是進(jìn)行微制造中的一個(gè)關(guān)鍵生產(chǎn)工序。MIM的組件分為以下兩個(gè)類別之一： A型：外形尺寸小于1mm ；B型：微特征小于200μm。 由Sha等人[3]在美國(guó)DOE進(jìn)行初步工作和MIM的數(shù)據(jù)分析，主要集中在5個(gè)不同的受三個(gè)不同的聚合物材料可達(dá)到的高寬比影響的因素（熔體和模具溫度，注射速度，壓力和流動(dòng)狀態(tài)）的分析。本實(shí)驗(yàn)縱橫比是一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的微特征，其為較長(zhǎng)尺寸與較短尺寸的的比率。他們的研究結(jié)論是，熔體溫度（TB）和注射速度（六）是受在復(fù)制所有三種聚合物材料的微觀特性中可達(dá)到的長(zhǎng)寬比的影響的關(guān)鍵因素。 由Griffiths等人[4]進(jìn)行的MIM工具的表面質(zhì)量效果主要集中于影響熔體流動(dòng)和模具表面之間的流動(dòng)行為，并相互作用的因素。這些早期的調(diào)查結(jié)果都考慮到了這項(xiàng)研究。 圖1示出了MIM型機(jī)的畫(huà)面。DOE的規(guī)劃和數(shù)據(jù)分析使用的統(tǒng)計(jì)軟件包“Minitab 16”進(jìn)行。 圖1 微型注塑機(jī)[5] 第三章 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)（DOE） 在實(shí)驗(yàn)中定義和調(diào)查所有可能的條件涉及多重因素的技術(shù)被稱為實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。 這兩種DOE類型被廣泛采用是析因設(shè)計(jì)與田口方法。根據(jù)實(shí)驗(yàn)Minitab的設(shè)計(jì)[6]，析因設(shè)計(jì)是一種設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，允許同時(shí)影響研究，一些因素可能對(duì)產(chǎn)生同一個(gè)影響結(jié)果。當(dāng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不同的所有因素的水平同步，而不是一次一個(gè)，允許相互作用的因子的研究。 在全面析因?qū)嶒?yàn)，響應(yīng)于實(shí)驗(yàn)因子水平的所有組合計(jì)算。因子水平的組合代表了在響應(yīng)將被測(cè)量的條件。每個(gè)實(shí)驗(yàn)條件稱為運(yùn)行和響應(yīng)測(cè)量觀察。整組運(yùn)行的是“設(shè)計(jì)”。 為了最大限度地減少時(shí)間和成本，因此能夠排除一些因子水平的組合。因子設(shè)計(jì)中，一個(gè)或多個(gè)電平組合被排除被稱為部分因子設(shè)計(jì)。 有用的部分因子設(shè)計(jì)的因素中篩選出來(lái)，因?yàn)樗鼈儨p少運(yùn)行次數(shù)以達(dá)到可管理的大小。被執(zhí)行的運(yùn)行是一個(gè)選擇的子集或完全析因設(shè)計(jì)的一小部分。但Roy [7]提到，使用全因子和部分因子能源部可能會(huì)導(dǎo)致以下問(wèn)題：實(shí)驗(yàn)在成本和時(shí)間變量的數(shù)目是大的而變得笨拙;兩種設(shè)計(jì)為相同的實(shí)驗(yàn)可能會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果;這些設(shè)計(jì)通常不允許確定各因素的貢獻(xiàn);實(shí)驗(yàn)用的大量因素的解釋可能是相當(dāng)困難的。 因此，田口方法，以克服這些問(wèn)題被開(kāi)發(fā)了。田口方法是定義和調(diào)查所有可能的條件中涉及到多個(gè)因素的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。 田口方法首先由田口玄一博士在第二次世界大戰(zhàn)[8，9]后提出。他想出了三個(gè)基本概念[7]：1、質(zhì)量應(yīng)該設(shè)計(jì)到產(chǎn)品中，而不是檢查了進(jìn)去。2、質(zhì)量最好通過(guò)最小化從一個(gè)目標(biāo)的偏差來(lái)實(shí)現(xiàn)。本產(chǎn)品應(yīng)設(shè)計(jì)成使得它是免疫不可控的環(huán)境因素。3、質(zhì)量成本應(yīng)作為衡量偏離標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)和損失應(yīng)該是衡量整個(gè)系統(tǒng)的函數(shù)。 田口博士建立了一個(gè)三階段的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的依據(jù)上述概念的增強(qiáng)DOE，即系統(tǒng)設(shè)計(jì)，參數(shù)設(shè)計(jì)和容差設(shè)計(jì)。 在第一階段，系統(tǒng)設(shè)計(jì)是確定的設(shè)計(jì)因素的合適的工作水平。它包括設(shè)計(jì)，并根據(jù)選定的材料，零件和標(biāo)稱產(chǎn)品/工藝參數(shù)的系統(tǒng)測(cè)試。 參數(shù)設(shè)計(jì)是一個(gè)尋找可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品/過(guò)程的最佳性能的因子水平。 公差設(shè)計(jì)的最后階段是降低其顯著影響產(chǎn)品/工藝因素的耐受性。 構(gòu)建一組特殊的陣列稱為正交陣列（OAS）奠定了實(shí)驗(yàn)。在OA簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程。它是通過(guò)選擇最合適的OA完成的，分配的因素、以適當(dāng)?shù)牧胁⒚枋龇Q為試驗(yàn)條件的個(gè)別實(shí)驗(yàn)的組合。 在這項(xiàng)研究中，一個(gè)部分因子DOE與Taguch的設(shè)計(jì)理念為提高質(zhì)量相結(jié)合進(jìn)行。 第四章 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集 該實(shí)驗(yàn)由沙等人[10]所定義的來(lái)設(shè)計(jì)和設(shè)置。該實(shí)驗(yàn)的目的是分析六個(gè)可實(shí)現(xiàn)的高寬比的因素影響，并找到最顯著因素，以達(dá)到給予最高的長(zhǎng)寬比的最佳的設(shè)置。圖2示出了測(cè)試微特征的一部分和腿具的有兩個(gè)水平寬度（W），200或500微米，和深度（D），70（D1）或100（D2）微米的形式，其中具有相同深度的特征，D1或D2，分別組成上部分的一側(cè)上。 圖2能源部測(cè)試部分 三種不同的材料，即，半結(jié)晶聚合物，如聚丙烯（PP），聚甲醛（POM）和無(wú)定形聚合物，如丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯（ABS）是在本研究中。調(diào)查的參數(shù)為料筒溫度（TB），模具溫度（Tm），注射速度（V），保壓壓力（PH），空氣疏散（VA）的存在和微腿寬度（W）。 縱橫比，即，微特征和它們的深度的長(zhǎng)度之間的比率，D1或D2，是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中測(cè)定。具有相同的W和D（2每部分），同時(shí)施加于表1中給出的過(guò)程設(shè)置，24次的測(cè)量的響應(yīng)的平均值被用于本研究。 表1 2 DOE二級(jí)MIM工藝參數(shù) MIM工藝參數(shù)和DoE水平 聚合物 級(jí)別 鋱（oC） Tm（oC） Vi（毫米/秒 Pb Va W（微米） PP 1 200 35 50 No No 250 2 225 50 100 Yes Yes 500 POM 1 180 35 50 No No 250 2 200 60 100 Yes Yes 500 ABS 1 248 60 50 No No 250 2 258 75 100 Yes Yes 500 第五章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析 在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用一個(gè)2級(jí)六個(gè)因素部分因子設(shè)計(jì)（26-2）。DOE被用來(lái)確定處于活動(dòng)狀態(tài)的顯著因素，并研究微流道的填充因子。這個(gè)練習(xí)的目的是看DOE響應(yīng)的結(jié)果以了解該過(guò)程，然后選擇顯著因素及其達(dá)最佳性能所必需的相應(yīng)的設(shè)置。 5.1、結(jié)果 這是DOE測(cè)定實(shí)驗(yàn)熔體填充的長(zhǎng)度和通道的深度之間的比率的的反應(yīng)，D1或D2被記錄在表2中。D1和D2上表中所示的值是24次測(cè)量的平均值的值。 表2為2級(jí)MIM工藝參數(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 運(yùn)行/試驗(yàn)編號(hào) MIM工藝參數(shù) PP POM ABS Tb Tm Vi Ph Va W D1 D2 D1 D2 D1 D2 1 1 1 1 1 1 1 4 9 2 4 0.5 8 2 2 1 1 1 2 1 6 13 4 5 4 7 3 1 2 1 1 2 2 7 15 4 6 5 17 4 2 1 1 1 2 8 20 6 12 6 19 5 1 1 2 1 2 2 11 20 1 5 6 20 6 2 1 2 1 1 2 17 18 6 12 7 20 7 1 2 2 1 1 1 10 18 3 6 6 19 8 2 2 2 1 2 1 15 20 6 14 7 20 9 1 1 1 2 1 2 7 11 3 4 3.5 18 10 2 1 1 2 2 2 7 19 4 5 5 20 11 1 2 1 2 2 1 5 10 3 5 0.8 8 12 2 2 1 2 1 1 7 14 5 8 1.2 9 13 1 1 2 2 2 1 9 16 4 6 6 18 14 2 1 2 2 1 1 12 20 5 11 7.5 20 15 1 2 2 2 1 2 11 20 5 11 7 20 16 2 2 2 2 2 2 17 20 8 16 7.5 19 5.2 數(shù)據(jù)分析 統(tǒng)計(jì)軟件包“Minitab16”是用來(lái)分析從實(shí)驗(yàn)獲得的結(jié)果。該分析用于在 D1和D2兩種情況下PP的結(jié)果，如表3所示。 表3 估計(jì)效果和PP-D1數(shù)據(jù)的DOE系數(shù) 術(shù)語(yǔ) 效果 系數(shù) ?系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)誤差 T P Tb 3.125 1.5625 0.3125 5.00 0.038 單 因 素 Tm 0.8750 0.4375 0.3125 1.40 0.296 Vi 6.375 3.1875 0.3125 10.20 0.009 Ph -0.3750 -0.1875 0.3125 -0.60 0.609 Va 0.1250 0.0625 0.3125 0.20 0.86 W 2.1250 1.0625 0.3125 3.40 0.077 Tb*Tm 0.3750 0.1875 0.3125 0.60 0.609 相 互 作 用 Tb*Vi 1.8750 0.9375 0.3125 3.00 0.095 Tb*Ph -0.3750 -0.1875 0.3125 -0.60 0.609 Tb*Va 0.1250 0.0625 0.3125 0.20 0.860 Tb*W 0.1250 0.0625 0.3125 0．20 0.860 Tm*Ph 0.3750 0.1875 0.3125 0.60 0.609 Tm*W -0.6250 -0.3125 0.3125 -1.00 0.423 第六章 結(jié)果討論 上述結(jié)果分別用于生產(chǎn)更多的證據(jù)來(lái)支讓MIM工藝因素的技術(shù)支持。 使用α=0.05，適用于PP -D1，發(fā)現(xiàn)Tb值是0.038和Vi為0.009表明，這兩個(gè)單因素Tb和Vi是顯著主要影響，即它們的p值小于0.05。這兩個(gè)單因素，其作用和其它計(jì)算值在表3中顯示。此外，上述結(jié)果表明，沒(méi)有一個(gè)雙向的交互是顯著的。這顯然是受了“標(biāo)準(zhǔn)化效應(yīng)正態(tài)圖”（圖3）和“帕累托圖theStandardized的影響”（圖4）所示。 圖3對(duì)PP-D1的正常影響 圖4 用于PP-D1帕累托圖 6.1 正常效果圖 請(qǐng)鍵入文字或網(wǎng)站地址，或者上傳文檔。 您是不是要找： The above results were utilised to produce more evidence to support the claims for strong factors which matter the most for the MIM process. 、 、一個(gè)正常的效果圖用于比較相對(duì)大小和主、交互效應(yīng)的統(tǒng)計(jì)顯著性。如圖3，Minitab中繪制一條直線來(lái)指示該點(diǎn)預(yù)計(jì)將下降，如果所有的效果都接近于零。不屬于直線附近的 點(diǎn)，通常有顯著信號(hào)因素的作用。這樣較大的效果一般去進(jìn)一步遠(yuǎn)離擬合直線相比不重要的影響。默認(rèn)情況下，Minitab中使用α=0.05和標(biāo)簽效果顯著。因子C和A明確標(biāo)示標(biāo)簽的示于圖3。這是通過(guò)在MIM工藝對(duì)PP-D1具有更大的權(quán)重的系數(shù)C相比，在該圖中可以看到系數(shù)a。 6.2帕累托圖 帕累托圖的作用是用來(lái)比較相對(duì)大小和主、交互效應(yīng)的統(tǒng)計(jì)顯著性。如圖4，Minitab繪制以絕對(duì)值的因素影響遞減順序的。圖表上的參考線指示哪些因素影響顯著。當(dāng)你的模型中包含的誤差項(xiàng)，默認(rèn)情況下，Minitab中使用α=0.05繪制參考線。在圖3的結(jié)果確認(rèn)圖4中顯示的結(jié)果為因子C和 A是已通過(guò)參考線僅有的兩個(gè)因素的影響，并且因子C比因子A具有更大的影響。 6.3主效應(yīng)圖 在分析中的下一個(gè)步驟是看的顯著相互作用。表3計(jì)算的雙向互動(dòng)效應(yīng)，可以直觀地顯示在交互作用圖，看看這些影響有多大。交互作用圖顯示了兩個(gè)可疑的相互作用的因素，改變一個(gè)因子的設(shè)置對(duì)另一個(gè)因子的影響。因?yàn)榻换タ梢苑糯蠡驕p小主效應(yīng)，即取決于相互作用是否是正或負(fù)，評(píng)估相互作用是極其重要的。而接近平行線表示因子之間很少或沒(méi)有相互作用，相交線信號(hào)的交互。交互量是成正比的交角，即接近90°表達(dá)了強(qiáng)烈的相互作用。 在圖6中的交互作用圖顯示，即在兩個(gè)同級(jí)別的Tb，響應(yīng)Vi在100的高寬比Vi在50更高。但是，可以看出，Tb設(shè)置為225使用Vi在100運(yùn)行和使用Vi在50運(yùn)行其響應(yīng)差的差比Tb設(shè)置為200使用Vi在100運(yùn)行和使用Vi在50運(yùn)行的縱橫比差別更大。這表明，以獲得最高的長(zhǎng)寬比應(yīng)定為225，而Vi保持在100。 圖6 PP -D1交互作用圖 這項(xiàng)研究表明，除了在聚甲醛-D2，ABS-D1和ABS-D2用的雙向互動(dòng)，在大多數(shù)情況下，縱橫比是通過(guò)單因素的影響。對(duì)于PP-D2，Vi只在PP-D1，Tb和Vi的情況下。對(duì)于POM-D1，Tp，Tm, Vi和W和對(duì)于POM-D2，Tb，Tm，Vi，W和TbXVi。當(dāng)ABS用于D1中的影響因素分別為T(mén)p，Vi，W和TmXPh對(duì)于D2的顯著因素Vi，W和TmXPh。在表4中以粗體顯示的條目指示所選設(shè)置的顯著因素。陰影部分在表4中示出的因素之間的雙向交互。 使用消除過(guò)程中的關(guān)鍵因素的PP被確定為機(jī)筒溫度（Tb）和噴射速度（Vi），對(duì)于聚甲醛為機(jī)筒溫度（Tb），模具溫度（Tm），噴射速度（Vi）和寬度（W）以及ABS為機(jī)筒溫度（Tb）的，噴射速度（Vi）和寬度（W）與模具溫度（Tm）固定在75，因此該因素保持壓力（PH）和空氣排出的存在（Va）能在MIM工藝被忽略。這給出了4項(xiàng)試驗(yàn)適用于PP，16項(xiàng)試驗(yàn)的聚甲醛和8個(gè)試驗(yàn)的ABS全階乘。另外，作為本研究的結(jié)果是，最優(yōu)設(shè)置，為使用不同的材料實(shí)現(xiàn)最高的比率方面可以被概括如下： PP-D1：Tb在225和六100; PP-D2：Vi為100; POM-D1：Tb200，Tm為60，Vi在100和W為500; POM-D2：除了W同為D1; ABS-D1：TB為258，六100，W500，而 Tm是固定在75; ABS-D2：Vi100，W500，而Tm為固定在75。 驗(yàn)證試驗(yàn)中進(jìn)行驗(yàn)證為已選定的理論上和重復(fù)24次平均測(cè)得的反應(yīng)，得到最好的縱橫比迄今發(fā)現(xiàn)上述設(shè)定的最佳性能。它們?nèi)缦拢簩?duì)聚丙烯和聚甲醛20的最佳縱橫比和21A的BS。 第七章 結(jié)論 在本文中已被提出對(duì)于理解MIM工藝和利用DOE的工藝參數(shù)的分析方法優(yōu)化。已經(jīng)進(jìn)行一個(gè)部分因子實(shí)驗(yàn)Taguch的質(zhì)量概念以節(jié)省時(shí)間和精力進(jìn)行判斷。在測(cè)量的響應(yīng)的形式收集的數(shù)據(jù)已被成功地分析，以確定顯著單因素以及雙向的相互作用。進(jìn)一步，在研究中通過(guò)DOE（DoE）方法使用不同的材料所確定最佳工藝參數(shù)設(shè)置已經(jīng)由運(yùn)行試驗(yàn)驗(yàn)證和測(cè)量以符合MIM工藝參數(shù)的最佳設(shè)定值實(shí)現(xiàn)的高寬比的響應(yīng)驗(yàn)證了理論結(jié)果。通過(guò)這項(xiàng)研究的MIM獲得的知識(shí)將有助于理解和優(yōu)化納米注射成型（NIM）的過(guò)程[11]。 致謝 感謝歐盟FP7 FlexiTool項(xiàng)目支持這項(xiàng)工作。 文獻(xiàn) [1] Trotta, G., Surace, R., Modica, F., Spina, R., Fassi, I. 2011 聚合物組分AIP機(jī)密的微注射成型。 PROC。 2011; 1315:1273-8。 2 ] Liu, ZY, Loh, NH, Tor, SB, Khor, KA, Murakoshi, Y., Maeda,R., Shimizu, T.2002年。微粉末注射成型。 ?材料加工技術(shù)2002 ; 127 （2 ）中，p 。 165 。 [ 3 ] Sha, B., Dimov, S., Griffiths, C., Packianather, MS, 2007年。微型注塑調(diào)查：影響因素復(fù)制質(zhì)量。 ?材料加工技術(shù)2007 ; 183 頁(yè)。 284 。 [ 4 ] Griffiths, CA, Dimov, SS, Brousseau, EB, Hoyle, RT, ，2007。工具表面質(zhì)量的微注射成型的效果。 ? 材料加工技術(shù)2007 ; 189 （1）：號(hào)碼。 418 。 [ 5 ] 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Packianathera*, F. Chana, C. Griffithsa, S. Dimovb, D.T. Phamb aIMME英國(guó)卡迪夫CF243AA游行皇后大廈卡迪夫大工程學(xué)院 英國(guó)伯明翰B152TT伯明翰大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 *通訊作者聯(lián)系電話：+44-29-20875911;傳真：+44-29-20874695；電子郵件地址：packianatherms@cf.ac.uk 11