《外文翻译 - 使用球面磨削和球面抛光工艺进行塑料注射模具钢的自动化表面精加工》.doc

附录 附录1 附录2 使用球面磨削和球面抛光工艺进行塑料注射模具钢的自动化表面精加工 摘要 这次调查研究了在CNC加工中心上，自由曲面的塑料注射模具钢PDS5使用自动化球面磨削和球面抛光表面精加工工艺的可能性。磨具刀架的设计及制造在这次研究中已经完成。塑料注射模具钢PDS5在加工中心上使用田口正交阵列法确定最佳表面磨削参数。塑料注射模具钢PDS5的最佳表面磨削参数包括了研磨料材料PA Al2O3、磨削速度18000rpm、磨削深度20μm和进给率50mm/min。通过使用表面磨削最佳参数，样本的表面粗糙度Ra能被提高到1.60μm~ 0.35μm。而通过使用最佳表面抛光参数的球面抛光工艺，表面粗糙度能更进一步提高到0.343μm~ 0.06μm。接连对精铣的自由曲面模具镶件应用最佳表面磨削和抛光参数，自由曲面上受测区的表面粗糙度能被提高到2.15μm~ 0.07μm。 关键词 自动化表面精加工；球面抛光工艺；磨削工艺；表面粗糙度；田口法 1 简介 塑料的特性决定了它是一种重要的工程材料，例如抗腐蚀性、抗化学性、低密度和良好的可加工性，并且在工业应用上取代了越来越多金属部件。注射成型是塑料制品重要的制作工艺之一。由于表面精度直接影响塑料制品的外形，所以合格的表面精度是塑料注射模具的基本要求。精加工工艺例如磨削、研磨、抛光常被用于提高表面精度。 磨削工具已经被广泛的应用于传统模具和模具精加工业。自动化表面精加工工艺所用的磨削工具的几何样式在[1]中被介绍。自动化表面精加工系统所用的球形磨削工具的精加工模型在[2]中被拓展。磨削速度、背吃刀量、进给率和砂轮性质例如研磨料材料和研磨颗粒大小是球面磨削工艺的主要参数，如图1所示。注射磨具钢的最佳球面磨削参数还没有理论上的调查研究。 近年来，对于球面抛光工艺最佳参数的确定做了一些研究（图2）。例如，发现了通过使用碳化钨磨球或碳化钨硬质合金轧辊可以减小工件表面的塑性变形，从而提高表面粗糙度、表面硬度和抗疲劳强度[3-6]。抛光加工可以通过加工中心[3，4]和车床[5，6]来完成。对表面粗糙度有显著影响的主要抛光参数由磨球或轧辊的材料、抛光力、进给率、抛光速度、润滑和抛光次数等等。塑料注射磨具钢PDS5的最佳表面抛光参数包括了油脂润滑、碳化钨磨球、抛光速度200mm/min、抛光力300N和进给量40μm[7]。使用最佳球面抛光参数的被抛光表面的透入深度为2.5微米。经过抛光加工的表面粗糙度的一般提高40%到90%[3–7]。 图1 球面磨削工艺的原理图 图2 球面抛光工艺的原理图 本次研究的目的是为了发展自有曲面塑料注射模具在加工中心上使用的球面磨削和球面抛光的表面精加工工艺。使用球面磨削和球面抛光工艺进行自动化表面精加工的流程图，如图3所示。我们开始设计并制造能在加工中心上使用的球面磨削工具及其相关设备。表面最佳球面磨削参数通过使用田口正交阵列法决定。田口L18矩阵实验选择了四个因素和三个相应标准。表面磨削的最佳球面磨削参数适用于自有曲面零件的表面精加工。为了提高表面粗糙度，经过磨削的表面还要进一步抛光，并使用最佳球面抛光参数。 图3 使用球面磨削和球面抛光工艺进行自动化表面精加工的流程图 2 球面磨削工具及其相关设备的设计 为了能够实现自由曲面的球面磨削加工，球磨的中心应与加工中心的Z轴相一致。已安装的磨削工具及其设计好的调整设备，如图4所示。电磨轮用两个可调枢轴螺钉安装在刀架上。磨球中心在校准元件锥形槽的帮助下精确对准。已经对准的磨球通过两个可调枢轴螺钉固定；然后，可将校准元件移除。通过CNC坐标测量机测量的球磨中心坐标与柄部中心坐标的偏差大约是5μm。由床身振动引发的力通过螺旋弹簧吸收。已安装的球面加工磨削工具与球面抛光工具，如图5所示。球面磨削加工和球面抛光加工都通过主轴锁定机构将主轴锁住。 图4 球面磨削工具及其调整设备的原理图图解 图5 a球面磨削工具照片 b球面抛光工具照片 3 矩阵实验设计 3.1 田口正交阵列的结构 通过使用田口正交阵列[8]的矩阵实验有效地影响了一些参数的确定。为了匹配上述的球面磨削参数，在这次研究中将磨球（直径10mm）的研磨材料、进给率、磨削深度和电磨轮转速选为四种实验要素（参数），并将其称为因素A到D（见表1）。每种要素根据其涉及的范围被分为三个状态，被定义为数字1、2、3。三种名为碳化硅（SiC）、白刚玉（Al2O3，WA）、铬刚玉（Al2O3，PA）的研磨材料被挑选出来学习研究。每种要素的三个数值都基于先期研究结果决定。选择L18正交阵列对球面磨削加工的四种要素3种状态下进行矩阵实验。 表1 实验要素及其状态 3.2 数据分析的定义 工程设计问题被分为既小且精密型,理论最佳型,既大且精密型,订单