外文翻译--一个描述电铸镍壳在注塑模具的应用的技术研究中文版

桂林电子科技大学毕业设计（论文）外文翻译译文 第22页 共22页一个描述电铸镍壳在注塑模具的应用的技术研究 Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, Departamento de Ingenieria Mecanica, Spain 摘要： 在过去几年中快速成型技术及快速模具已被广泛开发利用. 在本文中,使用电芯作为核心程序对塑料注射模具分析. 通过差分系统快速成型制造外壳模型. 主要目的是分析电铸镍壳力学特征、 研究相关金相组织,硬度,内部压力等不同方面，由这些特征参数以生产电铸设备的外壳. 最后一个核心是检验注塑模具. 关键词：电镀；电铸；微观结构；镍1. 引言 现代工业遇到很大的挑战，其中最重要的是怎么样提供更好的产品给消费者,更多种类和更新换代问题. 因此,现代工业必定产生更多的竞争性. 毫无疑问,结合时间变量和质量变量并不容易,因为他们经常彼此互为条件; 先进的生产系统将允许该组合以更加有效可行的方式进行，例如,如果是观测注塑系统的转变、 我们得出的结论是,事实上 一个新产品在市场上具有较好的质量它需要越来越少的时间 快速模具制造技术是在这一领域, 中可以改善设计和制造注入部分的技术进步. 快速模具制造技术基本上是一个中小型系列的收集程序，在很短的时间内在可接受的精度水平基础上让我们获得模具的塑料部件。其应用不仅在更加广阔而且生产也不断增多。 本文包括了很广泛的研究路线,在这些研究路线中我们可以尝试去学习，定义，分析，测试，提出在工业水平方面的可行性，从核心的注塑模具制造获取电铸镍壳，同时作为一个初始模型的原型在一个FDM设备上的快速成型。 不得不说的是,先进的电铸技术应用在无数的行业，但这一研究工作调查到什么程度,并根据这些参数,使用这种技术生产快速模具在技术上是可行的. 都产生一个准确的，系统化使用的方法以及建议的工作方法.2 制造过程的注塑模具薄镍外壳的核心是电铸,获得一个充满epoxic金属树脂的一体化的核心板块模具(图1)允许直接制造注射型多用标本，因为它们确定了新英格兰大学英文国际表卓华组织3167标准。这样做的目的是确定力学性能的材料收集代表行业。该阶段取得的核心4，根据这一方法研究了这项工作,有如下: a,用CAD系统设计的理想对象 b模型制造的快速成型设备(频分多路系统). 所用材料将是一个ABS塑料c一个制造的电铸镍壳，已事先涂有导电涂料(必须有导电).d无外壳模型 e核心的生产是背面外壳环氧树脂的抗高温与具有制冷的铜管管道.有两个腔的注塑模具、 其中一个是电核心和其他直接加工的移动版. 因此,在同一工艺条件下，同时注入两个标准技术制造，获得相同的工作。3 获得电壳:设备电镀是电解质时电流的化学变化,电解所形成的直流电有两个电极，阳极和阴极。当电流流经电路，在离子溶液中转化为原子。电镀液用于这项工作是由氨基磺酸镍400 毫升/升,氯化镍(10克/升)、硼酸(50克/升),allbrite SLA(30毫升/升),allbrite703(2毫升/升). 选择这种组合主要原因是我们考虑注塑模具程序是玻璃纤维. 氨基磺酸镍让我们获得可以接受的内部压力(测试不同工艺条件结果,而不是最佳工艺条件约2兆帕最高为50兆帕). 不过,这种内部压力是由touenesulfonamode衍生物和甲醛水溶液使用的ALLbrite添加剂的结果。这种添加剂也增加了壳的阻力. Allbrite703是一种可生物降解水溶液表使用剂 氯化镍,有利于解决金属统一分布在阴极，提高导电性的问题。硼酸作为PH值缓冲区。该设备用于制造壳的测试如下： 聚丙烯:600毫米400毫米500毫米的尺寸 三聚四氟乙烯电阻器,每一个有800W 具有机械搅拌系统的阴极循环和过滤系统用的泵和聚丙烯过滤器。 充电整流器. 最大强度在连续50个A和连续电流电压介于0至16伏 篮钛镍阳极(镍硫回合电解镍)纯度99%以上 气体注入系统一旦电流密度( 1-22A/dm）,温度(35至55)和pH值,已经确定，执行参数以及测试的进程部分不可改变。4 获得硬度电壳硬度的测试一直保持在相当高的很稳定的结果。如图2，可以看到：电流密度值2.5到22A/dm，硬度值介于540到580高压，PH值为4+-0.2和温度为45摄氏度，如果PH减少到3.5和温度为55摄氏度，硬度为520以上，高压低于560.这一测试使常规组成不同于其他氨基磺酸镍，允许其经营更加广泛，然而，这种operatyivity将是一定的取决于其他因素，如内部压力，因为他可能的变异。改变PH值，电流密度和温度等，另一方面，传统的硬度氨基磺酸镍承受的高压在200-250之间，远低于取得的一个实验结果的电压。对于一个注塑模具，硬度可以接受的起点300高压这是必须考虑的，注塑模具中最常见的材料，有改善钢（290高压），整体淬火（520-595高压），casehardened钢铁（760-8-高压）等，以这样一种方式，可以看到，注塑模具硬度水平的镍是壳内的高范围的材料。因为这是一个负责内部压力的塑料注射液，这种方式与环氧树脂灌浆将遵循它，相反对低韧性的壳补偿，这就是为什么它是必定尽可能的外壳厚度均匀，并没有重要的原因，如 腐蚀。5 金相组织为了分析金相结构、电流密度、温度主要变化. 在正面横向部分（垂直沉积）对样品进行了分析，为了方便地封装在树脂，抛光。铭刻，在不同阶段的混合乙酸和硝酸。该时刻间隔15,25,40,50之后再次抛光, 为了在金相显微镜下观察奥林巴斯PME3-ADL3.3X/10X 必须要说的是，这一条规定显示了图片之后的评论，用于制造该模型的壳在FDM快速成型机里融化的塑料材料（澳大利亚统计局）巩固和解决了该阶层。后来在每一个层，挤出的模具都留下一个大约0.15毫米直径横向和纵向的线程。因此，在表面可以看到细线表面头部的机器。这些西路将作为参考信息解决镍的重复性问题。重复性的模型将作为一个基本要素来评估注塑模具的表面纹理。表1测试系列：表1. 检验系列系列pH温度()电流密度A/mm214.20.2552.2223.90.2455.5634.00.24510.0044.00.24522.22图3说明该系列第一时刻表面的样本 它显示了流道起点的频率复用机，这就是说，又一个很好的重复性。它不能仍然要注意四舍五入结构。在图4 系列2，经过第二次，可以看到一条线的流道的方式与以前的相比不太清楚。在图5系列3虽然第二次时刻开始出现圆形晶结果是非常困难的。此外，最黑暗的部分表明时刻不足的进程和组成。这种现象表明，在低电流密度和高温条件下工作，得到更小的晶粒尺寸和壳重现性好，就是所需要的足够的应用程序。如果分析横向平面进行的沉积，可以在所有测试样品和条件增长的结构层（图6），牺牲一个低延展性取得令人满意的高机械阻力，最重要的是添加剂的使用情况，氨基磺酸镍液的添加剂通常创建一个纤维和非层状结果9.这个问题表明在任何情况下改变润湿剂，由于该层结构的决定因素是这种结构的应力减速器（ALLbriteSLA)。另一方面，她也是测试的层状结构不同厚度中的电流密度. 6 内部压力 壳的一个主要特点是应该有其应用，如插入时要有一个低水平的内部压力。测试不同的温度很电流密度，所采取的措施取决于阴极弯曲张力计法。A钢测试控制使用侧固定和其他自由度固定（160毫米长，12.7毫米宽，0.3毫米厚）。金属沉积只有在控制了机械拉伸力（拉深或压应力），才能计算内部压力。弹性的角度来看，斯托尼模型应用，假定镍基质厚度，对部分钢材产生足够小（3微米）的影响。在所有测试情况下，一个能够接受的应用程序在内部压力在50兆帕的极端条件下和2兆帕的最佳条件下产生。得出的结论是，内部压力在不同的工作条件和参数没有明显的变化条件下。7 校验注塑模具试验已进行了各种代表性热塑性材料如聚丙烯、高密度聚乙烯和PC、 并进行了注射部件性能的分析，如尺寸，重量，阻力，刚度和柔性。对壳的力学性能进行了拉伸破坏性测试和分析。大约500个注射液在其余的条件下，进行了更多的检验总体而言, 为分析一种材料，重要的是注意到行为标本中的核心和那些加工腔之间的差异。然而在分析光弹注入标本（图7）有人注意到不同的国家之间张力存在两种不同的类型的标本，是由于不同的模腔热传递和刚度。这种差异解释了柔性的变化更加突出的部分晶体材料，如聚乙烯和聚酰胺6. 有人注意到一个较低的柔性标本在的高密度聚乙烯分析测试管在镍核心的情况下，量化30%左右。如尼龙6这个值也接近50%。8 结论经过连续的测试，注塑模具在不同条件下检查的氨基磺酸镍液使用添加剂。这就是说塑性好，硬度好和摩擦力好的层状结构，已取得的力学性能是可以接受的。借鞋缺陷的镍壳将部分取代环氧树脂为核心的注塑模具，使注入的一系列中型塑料零部件达到可接受的质量的水平。外 文 出 处: 参考资料1 A.E.W. Rennie, C.E. Bocking and G.R. Bennet, Electroforming of rapid prototyping mandrels for electro discharge machining electrodes, J. Mater. Process. Technol. 110 (2001), pp. 186196. 2 P.K.D.V. Yarlagadda, I.P. Ilyas and P. Chrstodoulou, Development of rapid tooling for sheet metal drawing using nickel electroforming and stereo lithography processes, J. Mater. Process. Technol. 111 (2001), pp. 286294. 3 J. Hart, A. Watson, Electroforming: A largely unrecognised but expanding vital industry, Interfinish 96, 14 World Congress, Birmingham, UK, 1996. 4 M. Monzn et al., Aplicacin del electroconformado en la fabricacin rpida de moldes de inyeccin, Revista de Plsticos Modernos. 84 (2002), p. 557. 5 L.F. Hamilton et al., Clculos de Qumica Analtica, McGraw Hill (1989). 6 E. Julve, Electrodeposicin de metales, 2000 (E.J.S.). 7 A. Watson, Nickel Sulphamate Solutions, Nickel Development Institute (1989). 8 A. Watson, Additions to Sulphamate Nickel Solutions, Nickel Development Institute (1989). 9 J. Dini, Electrodeposition Materials Science of Coating and Substrates, Noyes Publications (1993). 10 J.W. Judy, Magnetic microactuators with polysilicon flexures, Masters Report, Department of EECS, University of California, Berkeley, 1994. (cap. 3). 表面处理如何延长模具运行周期作 者Steven . Bales译 名史蒂芬.巴莱斯国 籍美国原文出处Mold making technology January 2006摘 要现今对于成型塑料及如何获得所操作的贵重机床的最好性能，已经有了极多的了解。该指南就模具涂层提供了重要的提示和信息。阅读后，你应该对使用何种涂层有助于获得满足自己及用户要求的产品标准，无论是选择传统还是最先进的涂层。毕竟，这些模具是你的投资，它们需要保护，以获得高的成型制品的使用期。关键词：模具涂层 预防性维护（PM） 效益 镍钴 钻石铬 镍-聚四氟乙烯镀层 硬铬 聚四氟乙烯 镍氮化硼 电镀镍 纹理涂料的关键作用在向你介绍涂料在当今市场上广泛应用前，你要注意到涂层的作用在模具预防性维护（PM）方面起了相当有效的作用。模具预防性维护技术在保护你的模具和投资起着关键的作用，因为它节省了你的时间和金钱。一旦在模具涂层方面投资以改善模具的性能，模具预防性维修技术总是一个很好的选择来保障你获得最大的效益。这种技术是应该应用在每家生产单位的。也请记得没有什么涂料可以永久使用，一个表面磨损的模具上生产出的标准零件也是无法赢得客户信任和保障自己利益的，但模具预防性维修技术是个使用到位时最具成本效益的方法，它可以告诉工作人员在生产过程中涂层的磨损状况。各种涂层是不同的，它有助于让员工了解涂层何时出现恶化，尤其是在高速运转强磨损情况下比如出现镀层穿孔的情况。例如模具硬铬镀层穿孔周围出现磨损是表示你需要对模具维护的一个迹象，你怎么区分有没有磨损？因为硬铬涂层要比普通钢硬大概20个洛氏硬度，因此裸露的钢基磨损的速度比有涂层的钢快，造成表面细微或者明显的边界。而镀镍层会使模具表面形成几乎均匀的一种羽化效果，使其更加难以辨认磨损区域。唯一较明显的差异是色彩，因为当镍层磨损，它产生了关于钢铁的阴影或光环效应。之前再没有其他明显的迹象，而且出现这种情况的钢，相比那些有镍镀层的无光泽的钢还显得更加亮。这些了解使在涂层磨损前对模具的维护成为PM计划的一个重要方面。如果错过重要的模具磨损信息，就意味着将来更多的高昂的维修费用和额外的抛光费用。测量磨损一种被推荐的测量涂层磨损程度的工具便是电子测厚仪，它使用磁涡流相结合，以准确测量表面厚度。当一种新模具首次到你工厂时，花时间去测量表面厚度，特别是在高耐磨区常使用这个专门的工具。当运行新模具进行生产时，也要偶尔停下来重新测量这些区域。当你确定镀层已经磨损到临界水平，把模具取出并送去维修。零件计数法 一定要记录下测厚仪附带的测量方法，并使用这些说明为该工具制定出一系列维修方法。相比起它零件计数，安装在模具上的周期计数器，使工程师记录下磨损程度，从而使PM计件的有效性加倍。零件计数是一种用来确定维修需求的好方法，特别是高容量成型项目。从第一次运行模具，在它准备进行第一次维修工作前，保证件的计数的准确性。以此作为在下次维修的时间的依据。因此您知道大约何时模具将准备进行翻新工程，您可以提前安排与您的镀层供应商的交易。这不仅给了他足够的时间来安排您的模具维护，而且在这段时间内还允许您优化的模具和机器。涂料挑战 即使在今天，还有些人对使用各种涂层，有时是很贵的涂层，能延长刀具的寿命或提高模具的性能的效果提出质疑。对于一些人，对硬铬或镀镍的尝试或结果都是为了想要实现那些目标。但是众所周知，今天的工程塑料材料在注塑模具成型的都是粗制品。 模具维修面临的挑战超出玻璃和矿物填料，包括稻壳，木纤维，金属粉末，阻燃剂和其他添加剂，更不用提树脂了。此外，除气和水分酸度往往伴随着模具的磨损，越是昂贵的工具，越是要付出更大的代价。 此外，越来越多的复杂的模具设计都要涉及到更薄，更复杂的流动通道，更频繁的移动核心。这些情况又都促使了更多的模具涂料品种的发展，用以提高模具工作的时间。 新的涂料科学 如果你使玻璃填充材料成型高度精密的部件，你可能认为使用硬铬镀层是一个典型且可靠的方法来从耐腐蚀和耐磨损方面保护模具。但是硬铬不容易均匀的覆盖如肋骨肋板等部位。而采用一个新的解决方案镍钴合金涂层，就可以克服这种局限性。 镍钴 镍钴合金替代硬铬具有很高的经济性。因为使用硬铬，需要一个符合阳极结构，才能完成模具的涂层。模具越重要的细节部位，就需要花费越多的时间建立阳极结构，加工成本变得越高。而镍钴合金不需要阳极，由于它的化学性能好，能更均匀覆盖细节部位。钴有更好的耐磨性，硬度为60RC，比硬铬低10RC。是否值得付出额外的代价一获得硬铬良好的磨损保护。所以不得不考虑在模具下接受加工的材料。什么是玻璃的百分比？耐磨损是比耐磨更受关注？ 钻石铬。 硬铬和镍钴合金涂层提供了两种很好的耐磨损性的解决方案，但在更磨损条件下，更新的产品钻石铬将能提供出色的保护。 它的RC硬度为85，是铬与分散的纳米尺寸的球形颗粒金刚石复合材料涂层。由于钻石的硬度是无与伦比的，因此这种涂层也提供相当高保护。虽然罗克韦尔评级显示钻石铬优于氮化钛（TIN）涂层，且它不会有损于待镀工具维数的完整性。所不同的是它只能在130oF左右应用，而氮化钛（TIN）涂层可以在800oF甚至更高的温度下应用。 钻石铬可以镀在硬铬，热处理钢，氮化钢和其他基本材料，如铝，铍铜，黄铜和不锈钢。推荐的用途包括型芯，型腔，滑块，推管，及旋转的或无螺纹的型芯。它的抗擦伤性能使它做滑动型腔和型芯具有优势。钻石铬也非常剥离，也对基础材料没有不利影响，在维修的时候钻石铬镀层节省了时间和金钱。锡镀层同样也可以剥离，但它需要多达数天时间以过氧化氢反应为基础的方法剥离。而钻石铬镀层可在几分钟内与苛性碱溶液电解而分离。此外，钻石铬做镀层时可将厚度控制在0.001英寸和20英寸之间。锡一般只应用在厚度为一英寸的百万分之一的薄镀层。钻石铬可镀复杂的细节部位，而锡在镀这些部位时有局限性。锡润滑性好，对钢而言，摩擦系数是0.4，而钻石铬的摩擦系数是0.15，大约是铬锡的三倍。镍氮化硼 当模具商谈到特殊的涂层，这种涂层能提供出色的释放性能，高耐磨性，耐热性，耐腐蚀，含有氮硼化物粒子的镍氮化硼也是一种考虑的材料。镍氮化硼相对于钢来说摩擦系数相当低，为0.05，另外硬度达到54RC，再经过加热处理后，它的硬度可以高达67RC，这是它独有的特性。镍氮化硼可以镀在任何摩擦系数185oF的基材上面，且容易剥离，而且又不损害被镀的材料。尽管它比聚四氟乙烯镍大约贵百分之二十，但是它能镀摩擦系数高达1250oF的基材，并远远超过了最高限度为500oF的所有四氟乙烯涂层。 而且采用镍氮化硼镀层是一种自催化过程，它不需要阳极，因此节省大量的时间和降低了成本。此外，它也不会影响了模具的热传导性。应用在无螺纹的型芯合模，这一点对缩短生产周期很有必要。 深加强肋，型芯，粗糙表面和粘性聚合物这些需要润滑以有好的释放性，采用镍-聚四氟乙烯复合材料可以大大改善释放性能和提高树脂的流动性，因为它的摩擦系数仅仅相当于钢的0.01，能缩短百分之4甚至百分之八8倍的生产周期。同时需要指出的，施用高润滑性的纯PTFE的模具，只有短期的利益。因为聚四氟乙烯在本身没有硬度，所以不会持久。在镍镀层单位体积分散着百分之二十五的聚四氟乙烯，会使它拥有RC45的硬度，以补充腐蚀和磨损保护。传统与创新 尽管新涂层技术提供了很好的前景，但我们不能抛弃以往的可靠镀层，例如像硬铬或镀镍层。毫无疑问，他们仍然有其用途。 硬铬 例如，硬铬材料最大的好处是具有高达72的洛氏硬度，并且可以再在130oF的低温下应用。当它以纯净物的形式应用，它可以使你的工具达到任意的SPI要求。 硬铬是生产断路器类模具非常好的选择，因为他们使用的材料含有高达百分之四十的玻璃类材质。为了提高耐腐蚀性及预防在孔及周边模具的损坏，经常在镀厚度为0.0003至0.0005英寸硬铬层后，被推荐进行钻石含量高的抛光，从而增加保护。它的缺点是成本问题，因为镀铬是在有阳极结构的有限区域进行的。假如您的模具有复杂的细节部位，它可能需要额外的结构构建电镀阳极，从而增加了周期和费用。另一个缺点便是铬对环境的影响，铬是一种致癌物。一些公司试图开发更好，更清洁的替代品，但到目前为止从模具角度看，还没有什么材料能和硬铬的好处相媲美。 化学镀镍 像硬铬，镀镍已成功用于多年来，特别是保护模具，如PVC或溴化阻燃剂这样的材料产生的腐蚀过脱气。经常可以看到这种树脂产生橙色的生锈，正好腐蚀着眼前没有保护措施的模具。产品成型为电子和医疗行业，由这种材料成型的制件，用于电子和医疗行业，往往无法容忍任何氧化副产物的存在。 镀镍有极强的抗氧化性作用，因为它在0.0002至0.0003英寸的薄镀层上分布均匀。即使在有细节部位的致密区域，硬度为50RC镍，可以提供理想的防腐蚀保护。在镀层厚度方面它能做到非常准确，在0.002到0.003英寸之间并且可以将其磨碎。因此被用在较大的螺纹型芯，嵌件或尺寸要求精确的型腔。它也应用在整个模具底座，浇套，带有销钉的板和柱状支撑物，保持低的维修率，无生锈的运作状态。 了解你的模具成品 在确定使用什么涂层时，如果需要的话，模具成品也必须考虑到，因为如前所述，实际上某些成品可能更加需要模具涂层，某些组合工作状况非常好，改善润滑性和释放性。 SPI抛光标准中有四个等级：钻石，纸，石材，爆炸型。每一种都使模具呈现不同的表面，有的表面像镜子一样光洁，有的是粗糙的纹理。每一种都再分为三个级别。钻石饰面有非常低的平均粗糙度，因此它是最完美，可靠的。表面平整没有高低脊。例如，钢铁的纸饰面级别平均粗糙度为2-4，这和钻石饰面A -1级别比起来是相当粗糙，后者级别的粗糙度非常低，基本上是RA-1级或者更低。粗糙的几乎是无法估量的。但是在成型应用时，许多塑料件像胶水那样有粘性，成型无瑕疵且光滑的制件，这种粘性导致成型平滑的表面受到损害。一个很好的例子就是在一个抛光的直通型芯来成型材料为聚苯乙烯的制件，细条纹和阻力线和会出现在聚苯乙烯的制件上。这个是可以用在型芯镀铬来解决的，这种镀层产生了有微裂纹的表面。使用聚四氟乙烯灌注到这些裂纹里面，然后在一次完成了A-1级钻石标准。这个方法可以解决95% 类似的问题。薄壁成型应用时，比如那些应用爆炸型能够破坏了钻石A-2级无瑕疵的表面，这种表面被磨光后，只留下一些用肉眼看不到得点。这种制品再加上镍-聚四氟乙烯会提高释放性和充型能力。酚醛树脂及其他热固性材料都要求在进行好的抛光，并且在钻石标准的表面下成型。与像铬或钻石铬这样的硬且有保护作用的镀层结合，会加固模具表面和提高释放性。这个时候局部地使用聚四氟乙烯涂层好处很小，因为它不会保持长久。聚四氟乙烯适用于面积较大且有较光滑成型面的模具。成型热固性模型便要求这样的成型面，而聚四氟乙烯附着力有限，因此很不适应成型热固性产品。 纹理和释放性今-现很多物品上面都有纹理，汽车仪表板，地板，传呼机手机外壳，电脑部件等等。为了获得有纹理的有足够润滑性的表面，模具上镀层是必不可少的。纹理表面需要保护。纹理的峰段是第一个受磨损的模具细节部位，很有必要周期性的用表面光度计测量纹理谷底深度及峰高。模具涂层有助于降低维修率和减少重修纹理表面完整性的次数。如果钻石饰面在释放性上问题，尤其是当使用诸如成型硅橡胶，软质PVC，热塑性弹性体和一些软聚丙烯材料成型纹理时，爆破磨光可能解决这个问题。这些产品往往是抛光的表面，然而采用光爆破表面会改善释放性。添加镍涂-聚四氟乙烯层，你会得到更好的释放性。和镍钴涂层一样，硬铬和化学镀镍都助于保护纹理表面。与硬铬相比，化学镀镍钴涂层分布均匀，这使它成为带有肋及凸台结构的模具的理想选择。也比较容易依附在深肋板等复杂结构上面，并且它结合了钴的防腐蚀保护作用和化学镀镍润滑的性质。 总结 如果你在找提高模具性能的方法，表面处理和模具的合适组合，延长两者之间的防护性维修的生产周期，会带来额外的效益。您的涂层供应商会是宝贵的资源，他能教会你的员工如何将使用的的涂层随时间推移耐磨，以及如何减少停机时间，降低成本。 基于注塑模具钢研磨和抛光工序的自动化表面处理摘要本文研究了注塑模具钢自动研磨与球面抛光加工工序的可能性，这种注塑模具钢PDS5的塑性曲面是在数控加工中心完成的。这项研究已经完成了磨削刀架的设计与制造。 最佳表面研磨参数是在钢铁PDS5 的加工中心测定的。对于PDS5注塑模具钢的最佳球面研磨参数是以下一系列的组合：研磨材料的磨料为粉红氧化铝，进给量500毫米/分钟，磨削深度20微米，磨削转速为18000RPM。用优化的参数进行表面研磨，表面粗糙度Ra值可由大约1.60微米改善至0.35微米。 用球抛光工艺和参数优化抛光，可以进一步改善表面粗糙度Ra值从0.343微米至0.06微米左右。在模具内部曲面的测试部分，用最佳参数的表面研磨、抛光，曲面表面粗糙度就可以提高约2.15微米到0 0.07微米。关键词: 自动化表面处理 抛光 磨削加工 表面粗糙度 田口方法 一、引言塑胶工程材料由于其重要特点,如耐化学腐蚀性、低密度、易于制造,并已日渐取代金属部件在工业中广泛应用。 注塑成型对于塑料制品是一个重要工艺。注塑模具的表面质量是设计的本质要求,因为它直接影响了塑胶产品的外观和性能。 加工工艺如球面研磨、抛光常用于改善表面光洁度。研磨工具(轮子)的安装已广泛用于传统模具的制造产业。自动化表面研磨加工工具的几何模型将介绍。自动化表面处理的球磨研磨工具将得到示范和开发。 磨削速度, 磨削深度，进给速率和砂轮尺寸、研磨材料特性（如磨料粒度大小）是球形研磨工艺中主要的参数，如图1（球面研磨过程示意图）所示。注塑模具钢的球面研磨最优化参数目前尚未在文献得到确切的依据。 步距研磨高度球磨研磨进给速度工作台图1 球面研磨过程示意图进给研磨球工作台研磨深度研磨表面近年来 ，已经进行了一些研究，确定了球面抛光工艺的最优参数(图2) （球面抛光过程示意图）。 比如，人们发现, 用碳化钨球滚压的方法可以使工件表面的塑性变形减少,从而改善表面粗糙度、表面硬度、抗疲劳强度。 抛光的工艺的过程是由加工中心和车床共同完成的。对表面粗糙度有重大影响的抛光工艺主要参数，主要是球或滚子材料，抛光力， 进给速率,抛光速度,润滑、抛光率及其他因素等。注塑模具钢PDS5的表面抛光的参数优化，分别结合了油脂润滑剂，碳化钨球,抛光速度200毫米/分钟,抛光力300牛，40微米的进给量。采用最佳参数进行表面研磨和球面抛光的深度为2.5微米。 通过抛光工艺，表面粗糙度可以改善大致为40至90。 图2 球面抛光过程示意图此项目研究的目的是，发展注塑模具钢的球形研磨和球面抛光工序，这种注塑模具钢的曲面实在加工中心完成的。表面光洁度的球研磨与球抛光的自动化流程工序，如图3所示。 我们开始自行设计和制造的球面研磨工具及加工中心的对刀装置。利用田口正交法，确定了表面球研磨最佳参数。选择为田口L18型矩阵实验相应的四个因素和三个层次。 用最佳参数进行表面球研磨则适用于一个曲面表面光洁度要求较高的注塑模具。 为了改善表面粗糙, 利用最佳球面抛光工艺参数，再进行对表层打磨。PDS试样的设计与制造选择最佳矩阵实验因子确定最佳参数实施实验分析并确定最佳因子进行表面抛光应用最佳参数加工曲面测量试样的表面粗糙度球研磨和抛光装置的设计与制造图3自动球面研磨与抛光工序的流程图二、球研磨的设计和对准装置实施过程中可能出现的曲面的球研磨,研磨球的中心应和加工中心的Z轴相一致。 球面研磨工具的安装及调整装置的设计，如图4（球面研磨工具及其调整装置）所示。电动磨床展开了两个具有可调支撑螺丝的刀架。磨床中心正好与具有辅助作用的圆锥槽线配合。 拥有磨床的球接轨,当两个可调支撑螺丝被收紧时，其后的对准部件就可以拆除。研磨球中心坐标偏差约为5微米, 这是衡量一个数控坐标测量机性能的重要标准。 机床的机械振动力是被螺旋弹簧所吸收。球形研磨球和抛光工具的安装，如图5（a. 球面研磨工具的图片. b.球抛光工具的图片）所示。为使球面磨削加工和抛光加工的进行，主轴通过球锁机制而被锁定。 模柄弹簧工具可调支撑紧固螺钉磨球自动研磨磨球组件图4 球面研磨工具及其调整装置图5 a. 球面研磨工具的图片. b.球抛光工具的图片三、矩阵实验的规划3.1田口正交表利用矩阵实验田口正交法，可以确定参数的有影响程度。 为了配合上述球面研磨参数，该材料磨料的研磨球(直径10毫米),进给速率，研磨深度,在次研究中电气磨床被假定为四个因素，指定为从A到D（见表1实验因素和水平）。三个层次的因素涵盖了不同的范围特征,并用了数字1、2、3标明。挑选三类磨料,即碳化硅,白色氧化铝,粉红氧化铝来研究. 这三个数值的大小取决于每个因素实验结果。选定L18型正交矩阵进行实验，进而研究四三级因素的球形研磨过程。表1实验因素和水平因素水平123A.碳化硅白色氧化铝粉红氧化铝B.50100200C.研磨深度（m）205080D.1200018000240003.2数据分析的界定 工程设计问题,可以分为较小而好的类型,象征性最好类型,大而好类型，目标取向类型等。 信噪比(S/N)的比值，常作为目标函数来优化产品或者工艺设计。 被加工面的表面粗糙度值经过适当地组合磨削参数，应小于原来的未加工表面。 因此,球面研磨过程属于工程问题中的小而好类型。这里的信噪比（S/N）,按下列公式定义: =10 log 平方等于质量特性=10 log （1）这里，y不同噪声条件下所观察的质量特性n实验次数从每个L18型正交实验得到的信噪比（S/N）数据，经计算后，运用差异分析技术(变异)和歼比检验来测定每一个主要的因素。 优化小而好类型的工程问题问题更是尽量使最大而定。各级选择的最大化将对最终的因素有重大影响。 最优条件可视研磨球而待定。四、实验工作和结果这项研究使用的材料是PDS5工具钢(相当于艾西塑胶模具)， 它常用于大型注塑模具产品在国内汽车零件领域和国内设备。 该材料的硬度约HRC33(HS46)。 具体好处之一是, 由于其特殊的热处理前处理，模具可直接用于未经进一步加工工序而对这一材料进行加工。式样的设计和制造,应使它们可以安装在底盘，来测量相应的反力。 PDS5试样的加工完毕后，装在大底盘上在三坐标加工中心进行了铣削，这种加工中心是由钢铁公司所生产(中压型三号),配备了FANUC-18M公司的数控控制器(0.99型)。用hommelwerket4000设备来测量前机加工前表面的粗糙度,使其可达到1.6微米。 图6试验显示了球面磨削加工工艺的设置。 一个由Renishaw公司生产的视频触摸触发探头，安装在加工中心上，来测量和确定和原始式样的协调。 数控代码所需要的磨球路径由PowerMILL软件产。这些代码经过RS232串口界面，可以传送到装有控制器的数控加工中心上。加工中心数控机床电脑图6完成了L18型矩阵实验后，表2 （PDS5试样光滑表层的粗糙度）总结了光滑表面的粗糙度RA值，计算了每一个L18型矩阵实验的信噪比（S/N）,从而用于方程（1）。通过表2提供的各个数值，可以得到四种不同程度因素的平均信噪比（S/N），在图7中已用图表显示。表2 PDS5试样光滑表层的粗糙度实验序号ABCDS/N(dB)Mean111110.350.350.359.1190.350212220.370.360.388.6340.370313330.410.440.407.5970.417421230.630.650.643.8760.640522310.730.770.782.3800.760623120.450.420.397.5300.420731320.340.310.329.8010.323832130.270.250.2811.4710.267933210.320.320.329.8970.3201011220.350.390.408.3900.3801112330.410.500.436.9680.4471213110.400.390.427.8830.4031321130.330.340.319.7120.3271422210.480.500.476.3120.4831523320.570.610.534.8680.5701631310.590.550.545.0300.5601732120.360.360.358.9540.3571833230.570.530.535.2930.543控制因素信噪比图7 控制影响因素抛光表面Ra=0.07m内部表面Ra=2.15m光滑表面Ra=0.45m图8 被测物体表面粗糙度球面研磨工艺的目标，就是通过确定每一种因子的最佳优化程度值，来使试样光滑表层的表面粗糙度值达到最小。因为 log是一个减函数，我们应当使信噪比（S/N）达到最大。因此，我们能够确定每一种因子的最优程度使得的值达到最大。因此基于这个点阵式实验的最优转速应该是18000RPM，如表3（优化组合球面研磨参数）所示。表3 优化组合球面研磨参数因素水平白色氧化铝50mm/min20m18000rpm从田口矩阵实验获得的球面研磨优化参数，适用于曲面光滑的模具，从而改善表面的粗糙度。选择香水瓶为一个测试载体。对于被测物体的模具数控加工中心，由PowerMILL软件来模拟测试。经过精铣，通过使用从田口矩阵实验获得的球面研磨优化参数，模具表面进一步光滑。紧接着,使用打磨抛光的最佳参数，来对光滑曲面进行抛光工艺，进一步改善了被测物体的表面粗糙度。(见图 9)。模具内部的表面粗糙度用hommelwerket4000设备来测量。模具内部的表面粗糙度RA的平均值为2.15微米，光滑表面粗糙度RA的平均值为0.45微米，抛光表面粗糙度RA的平均值为0.07微米。被测物体的光滑表面的粗糙度改善了：(2.15-0.45)/2.15=79.1，抛光表面的粗糙度改善了：(2.15-0.07)/2.15=96.7。五、结论在这项工作中,对注塑模具的曲面进行了自动球面研磨与球面抛光加工，并将其工艺最佳参数成功地运用到加工中心上。 设计和制造了球面研磨装置(及其对准组件)。通过实施田口L18型矩阵进行实验，确定了球面研磨的最佳参数。对于PDS5注塑模具钢的最佳球面研磨参数是以下一系列的组合：材料的磨料为粉红氧化铝，进给量料500毫米/分钟，磨削深度20微米，转速为18000RPM。通过使用最佳球面研磨参数，试样的表面粗糙度Ra值从约1.6微米提高到0.35微米。应用最优化表面磨削参数和最佳抛光参数，来加工模具的内部光滑曲面，可使模具内部的光滑表面改善79.1，抛光表面改善96.7。