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)械工程及自動化 姓 名： 李薇薇 學(xué) 號： 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)教師評語：譯文基本符合翻譯原文,個別詞匯不符合語境。語句較為通順，條理比較清楚，專業(yè)用語翻譯基本恰當(dāng)，符合中文語法，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化表面處理摘要 本文研究了注塑模具鋼自動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 的加工中心測定的。對于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。對模具內(nèi)部曲面的測試，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。注塑成型對于塑料制品是一個重要工藝。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(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（如磨料粒度大小）是球形研磨工藝中主要的參數(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)的四個因素和三個層次。用最佳參數(shù)進(jìn)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(shù)，再進(jìn)行對表層打磨。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 自動球面研磨與拋光工序的流程圖2 球研磨的設(shè)計(jì)和對準(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。電動磨床展開了兩個具有可調(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)兩個可調(diào)支撐螺絲被收緊時，其后的對準(zhǔn)部件就可以拆除。研磨球中心坐標(biāo)偏差約為 5 微米, 這是衡量一個數(shù)控坐標(biāo)測量機(jī)性能的重要標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)床的機(jī)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(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。這三個數(shù)值的大小取決于每個因素實(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 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)來測定每一個主要的因素[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 η 選擇的最大化將對最終的 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)品在國內(nèi)汽車零件領(lǐng)域和國內(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)，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 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)為對表面粗糙度有顯著影響。結(jié)果，進(jìn)給量和磨削深度都對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。選擇香水瓶為一個測試載體。對于被測物體的模具數(shù)控加工中心，由 PowerMILL 軟件來模擬測試。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)，來對光滑曲面進(jìn)行拋光工藝，進(jìn)一步改善了被測物體的表面粗糙度 (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，對注塑模具的曲面進(jìn)行了自動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：作者感謝中國國家科學(xué)理事會對本次研究的支持，NSC 89-2212-E-011-059。參考文獻(xiàn)：[1] 國家評估陳嚴(yán)，安裝粉磨幾何模型工具自動化表面加工工藝，臺北：第六屆國際自動化技術(shù)會議議事錄，2000.5.9-11,43-47.[2] 國家評估陳嚴(yán)，達(dá)菲那，球形研磨工具的表面自動化處理系統(tǒng)，國際科技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)的最佳測定[J]，國際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- 大會堂，1989.[9] 大東公司的技術(shù)手冊，塑料注塑模具鋼的選擇，臺灣，1985.[10] 楊鋼鐵廠的技術(shù)手冊中壓-3A 型立式加工中心，臺灣，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）