-
毕业论文（设计）
外
文
翻
译
题目
：
球形研磨和抛光注塑模具钢的自动化表面精加工工艺
系部名
称：
机械工程系
专业班级：
机自
071
学生姓名：
韩天啸
学号：
2
指导教师：
崔江红
教师职称：
副教
授
2011
年
03
月
22
日
球形研磨和抛光注塑模具钢的自动化表面精加工工艺
Fang-Jung Shiou ·
Chao-Chang
A. Chen ·
Wen-Tu Li
收件日期：
2004
年
3
月
30
日
/
接受日期
：
2004
年
7
月
5
日
/
发
表时间：
05
年
3
月
30
号
?施普林格出版社伦敦有限公司
2005
摘要：
本研究讨论在数控加工中心注塑模具钢
PDS5
在自由曲面下进行自动化球形研磨
和抛光球的表面处理工艺的可行性
。
研磨工具持有人的设计和制造已经完成了这项研究。
在加工中
心中，
表面的最佳磨削参数采用田口直交法来进行塑料注射成型钢
PDS5
而确定。
塑料注塑模具钢
P
DS5
表面最佳磨削参数是，
一种
pa
的氧化铝磨削材料组合，
以
18000
rpm
的速度，
20
μ
m
的磨削深度，以及
50
毫米
/
分钟的进给速度磨削。试样的表面粗糙度
Ra
可以通过使用最佳的表面磨削参数来从
1.60
微米大约提高至
0.35
微米。表面粗糙度<
/p>
Ra
还可通过使用最佳抛光参数的球抛光这一过程进一步改善至约
0.343
微米至
0.06
微米。
应用表面打磨和抛光最佳参数，依次细研磨自由曲面模仁，自由曲面
上测试区的表面粗
糙度
Ra
部分可提高
到约
2.15
微米至
0.07
微米。
关键词：
自动
化表面精加工·球打磨过程··表面粗糙度磨削工艺·田口方法
1.
简介
塑料是重要的工程材料，
由于其特性，
如耐腐蚀，
耐化学品，
密度低，
易于制
造，
并已在工业应用中越来越多地取代金属部件。
注塑成型是一
种重要的塑料产品成型工
艺，塑料模具表面光洁度是一个直接影响塑料产品外观的必要条
件。如磨削，抛光和
研磨这样的整理程序常用来改善表面光洁度。
研磨工具砂轮的装入已经广泛使用的传
统模具，模具加工等行业。为了自动化表面精加
工进程，安装了磨削工具的几何磨具
在（
1
）中引入。在自动化表面精加工系统中，球形研磨的球形研磨工具的加工进程
模型在
（
2
）中阐述。磨削速度，切削深度，进给速度，研磨材料，磨
料，料度等砂
轮特性都为球面磨削过程的影响参数，
如图
1
所示。注塑模具钢的最佳球面磨削参数
尚未
在文献中调查发现。
近年来，正在开展一些研究来确定球挤光
过程的最佳参数（图
2
）。据说使用碳
化钨球或滚子可减小工件表面的塑性变形，因而改善表面粗糙度，表面硬度和抗疲劳
性能
[3-6]
。打磨过程是由加工中心
[
3
，
4]
和车床
[5
，
6]
完成。对表面粗糙度有显
著
影响的主要抛光参数是滚珠或滚子的材料，打磨力，进给速度，抛光速度，润滑，打<
/p>
磨通过次数，等等
[3]
。塑料模具钢<
/p>
PDS5
的最佳表面打磨参数是混合油脂润滑剂，碳
化钨球，
200
毫米
/
分钟的磨削速度，
300N
的挤压力，
40
μ
m
打磨速度
。使用最佳挤光
参数的表面抛光穿透深度约为
2.5
微米。
通过挤光工艺改善表面粗糙度后，
介于
40
％
到
90
％之间。
这项研究的目的是在加工中心中
塑料注塑磨具自由曲面的球形研磨和表面抛光
加工程序的开发。
使用球形表面研磨和抛光程序的自动化表面加工流程图在图
3
中
展
示。
我们以设计和制造在机械加工中心中使用的球形研磨工具
以及其定位装置为开始。
图
1.
球面磨削示意图
Grinder
ball
磨床球
scallop height
峰值
workpiece
工件
plunge grinding feed
rate
下挫
磨削进给速度
feed
（
step-over
distance
）进给（步距）
球
形表面的最佳磨削工艺参数通过利用田口直交方法来确定。在田口的
18
课矩
阵实验中，
4
因素
3
相应水平被选择。表面磨削的最佳安装球面磨削参数被应用到自
由曲面载体的表面光洁度加工中。为了改善表面粗糙度，使用最佳挤光参数来对工件
表面进行进一步打磨。
图
2.
球挤光过程示意图
Burnishing
direction
磨削方向
original
surface
texture
原有的表面纹理
feed
进给
burnished surface texture
磨削后表面纹理
depth of penetration
穿透深度
original
height
原有深度
burnishing ball
抛光球
Workpiece
工件
finished
height
加工后深度
图
3.
使用
球形表面打磨和抛光工艺的自动化表面加工流程图
Design and manufacture of the spherical
grinding tool and the ball burnishing tool
< br>球形研
磨工具的设计和制造，打磨工具球
Design and manufacture of PDS5 test
specimen
设计与制造
PD
S5
试样
Selection of
the factors and their chosen levels for a matrix
experiment to determine the
optimal
2D
grinding
parameters
矩阵实验中因素和他们所选水平的选择
确定了
2D
的最佳
参数
Conduction of the matrix
experiment
传导矩阵实验
Surface
roughness measurement of the tested
specimen
被测样品的表面粗糙度测量
Performing the analysis of variance
（
A
VOV
A
）
and determination of the
optimum settings
of factors
执行的方差分析（
ANOV
A
）并确定因素最佳设置
Ball
burnishing of the ground surface
切削表面的挤光
Application
or
determined
optimal
spherical
grinding
and
ball
burnishing
parameters
to
freeform surface
finishing
在自由面加工中确定并应用球研磨和挤光最佳参数
2
．设计了球形研磨工具及其定位装置
为了使在自由曲面中进行球研磨加工工艺成为可能，
球磨床中心
应该和
Z
轴的加工中
心形成配合，
球面磨削工具的安装以及他的设备调整设计如
4
图所示。
电动砂轮机用两个
两个可调整支点螺钉安装在刀架
上。在圆锥槽对齐组件的帮助下，该磨具球中心配合一
致。对齐磨床球，两个可调整支点
螺钉拧紧；之后，校准组件可以被移除。球磨床中心
坐标之前的偏差，连杆有约
5
微米，这是由数控三坐标测量机测量。由机床振动引起的力
被螺旋弹簧吸收。
生产出来的球研磨工具和抛光球被安装如图
5
所示。
为了球研磨过程和
球挤光过程，主轴被一个主轴锁定机制锁定。
图
4.
球形研磨工具及其调节装置的示意图
Shank
刀柄
spring
弹簧
tool holder
components
刀架部件
Pivot
screws
枢轴螺丝
grinder ball alignment
component
磨床球对准组件
electrical
grinder
电动砂轮机
grinder ball
磨削球
3.
矩阵实验的规划
3
．
1
．田口直交的配置
通过进行田口直交
[8]
矩阵实验，
几个参数的影响可以达到有效的使用。
为配
合上述
球面磨削参数，该磨床球研磨材料（
10
毫米直径）
，进料速度，磨削深度
,
< br>并且电动砂轮
机的换挡被
4
个实
验因素所选择，本实验中指定由因素
A
到因素
< br>D
（见表
1
）
< br>。每个因素的三
个等级（设置）配置包括感兴趣的区域，并定义为数字
1
，
2
和
3
。研磨材料的三种类型，
即碳化硅（
SiC
）
，白铝氧化物（
Al
2O3
，华盛顿州）
，粉红色氧化铝（
Al2O3
，宾夕法尼亚
州）分别选用和研究。每个因素三个数
值乃根据预先研究结果决定。
L18
的直交选择由矩