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研究生:邱如德
研究生(外文):Chiu ju-te
論文名稱:以球擠光與拋光製程對自由曲面模具之表面精加工之研究
論文名稱(外文):Freeform surface finish of plastic injection mold steel by using ball burinishing and polishing
指導教授:修芳仲
指導教授(外文):Fang-Jung Shiou
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣科技大學
系所名稱:機械工程系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:106
中文關鍵詞:球擠光與拋光精加工製程田口L18直交表變異數分析表面粗糙度
外文關鍵詞:Ball burnishing and ball polishing surface finish processTaguchi’s L18 orthogonal tableanalysis of variation (ANOVA)surface roughness
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拋光加工(Polishing)是利用游離磨料搭配軟質拋光球頭或是拋光墊,使游離磨料對其工件表面進極微量的切削行為,並能改善工件表面粗糙度,常作為精加工之最後一道製程作業,本實驗利用切削中心機進行研究,探討不同的拋光參數,如磨料粒度、磨料種類、進給速率、進給間距、拋光壓力,及拋光球頭轉速,對塑膠模具壓鑄用鋼表面粗糙度的影響。
本研究首先完成擠光刀具的改良及夾持電動研磨機的夾持具之設計與製造,在球擠光刀具良方面,在進行平面及自由曲面加工時,可不用更換擠光之刀具頭,而在夾持具方面,可使電動研磨機順利的在切削中心機上完成拋光加工。而研究目的在於利用田口式實驗計畫法找出對表面粗糙度影響最大的因子,以決定最佳的拋光參數,利用田口式實驗計畫法之L18直交表、變異數分析(ANOVA)及全因子實驗之後,在針對PDS5試片而言,其最佳拋光參數組合為氧化鋁磨料、號數8000、進給速率100mm/min、進給間距40μm、壓力為4.21N及球頭轉速18000RPM。
利用最佳拋光參數於平面拋光加工,能使球擠光後Ra為0.067μm改善至0.023μm,在自由曲面則可由Ra為0.073μm改善至0.023μm。
The objective of this study is to introduce the possible ball burnishing and ball polishing surface finish process of a freeform surface plastic injection mold on a machining center. The design and manufacture of a polishing tool including a high-speed grinder mounted with felt ball and its holder was first accomplished in this study. The optimal plane polishing parameters were determined by utilizing the Taguchi’s orthogonal array method for plastic injection molding steel PDS5 on a machining center. Six grinding parameters, namely abrasive particle size, abrasive material, feed, step over distance, polishing force (depth of penetration) and the speed of the polishing ball were selected as the experimental factors of Taguchi’s Design of Experiment to determine the optimal grinding parameters, which have the dominant influence on surface roughness. The optimal grinding parameters have been determined after conducting the experiments of the Taguchi’s L18 orthogonal table, analysis of variation (ANOVA), and the full factorial experiment. The optimal plane polishing parameters for the plastic injection mold steel PDS5 were the combination of the PA abrasives of Al2O3 with grid no. 8000, the feed 100 mm/min., step over distance 40μ m, the polishing force 4.21N (depth of penetration 240μm) and the grinding speed 18000 rpm. The surface roughness Ra of the specimen can be improved from about 1.0μm to 0.067μm by using the optimal ball burnishing parameters for plane burnishing. The surface roughness Ra of the burnished specimen can be further improved from about 0.067 μm to 0.023μm by using the polishing process with the optimal polishing parameters. Applying the optimal plane burnishing and polishing parameters sequentially to a fine milled freeform surface mold insert, the surface roughness Ra of freeform surface region on the tested part can be improved from about 0.073 μm to 0.023μm.
中文摘要………………………………………………………………..Ⅰ
Abstract……………………………………………………………….…Ⅱ
誌謝…………………………………………………………………….Ⅳ
目錄……………………………………………………………….…….Ⅴ
圖索引……………………………………………………………….…Ⅸ表索引…………………………………………………………….…ⅩII
第一章 緒論…………………………..……………………….………..1
1.1 研究動機及目的………………………………………………1
1.2 文獻回顧………………………………………………………2
1.3 研究內容………………………………………………………6
第二章 拋光加工相關理論之介紹……………..……………………...8
2.1拋光(Polishing)加工原理及加工方法介紹………….……..8
2.1.1 轉速……………………………………………..………....9
2.1.2磨料………………………………….……………………10
2.1.3進給速率………………….……………………………...10
2.1.4 間距………………………………….…………………...10
2.1.5 壓深…………………………………………….………...11
2.2表面組織的定義與表示法……………………………….…11
第三章 實驗方法與程序……………………………………….……….18
3.1 實驗方法……………………………………….……………..18
3.2實驗試件與自由曲面戴具………………………………….23
3.2.1拋光實驗試片……………….………………………..23
3.2.2拋光試件與3D自由曲面之設計………………..…...24
3.3 擠光試件與載具(電子辭典外殼)…………………….………27
3.3.1 MV-3A立式綜合切削中心機……….…...…………...…27
3.3.2切削動力計………………….....…….…………………..27
3.3.3表面粗糙度量測儀…………………..………...………..28
3.3.4 觸發式探頭(MP10探頭)……..…..….…………….…….29
3.3.5電動研磨機配件……………….………………………….30
3.3.6三次元高速CNC掃瞄仿形量床Cyclone….……………31
3.4夾具設計及擠光刀具改良………….…….…………..……..32
3.5拋光加工參數……………………….………………………..36
3.6實驗步驟……………….………………………………….…..39
第四章 田口式實驗計劃法…………….….………………….42
4.1 田口式實驗計劃法簡介…………….………………………..42
4.2 參數設計……………………….……………………………..42
4.3 因子的分類……………………….…………………………..44
4.4 品質損失函數…………………….…………………………..45
4.5信號雜訊比……………………………………………...…..49
4.6變異數分析……….……………………………….….………..50
4.7直交表介紹……….……………………………….….………..52
4.8最適條件下的最佳值預估與驗証實驗…….…….………..54
第五章 實驗結果及數據分析……..………………….……….55
5.1 拋光加工之直交表實驗…………………………….…….…..55
5.2 S/N ratio 計算…………………………………….………59
5.3 ANOVA變異數分析………..…………….……….……..63
5.4 表面粗糙度預測值…………………...……………..….……67
5.5 全因子實驗……………………………………………………67
5.6 驗證實驗……………….………………………….…………..70
5.7 拋光加工參數對表面粗糙度的影...………….…………...74
5.7.1 轉速對粗糙度的影響………….………….….………...74
5.7.2 磨料對粗糙度的影響………..………..…..…………...74
5.7.3 進給對粗糙度的影響………….……...…..…………...75
5.7.4 間距對表面粗糙度的影響…………………….……..75
5.7.5 壓深對表面粗糙度的影響………....……….……….76
5.8 2D最佳拋光參數應用於3D自由曲面粗糙度之改善....78
5.9 以球銑刀精銑模式之球擠光加工….…...…….………….81
5.10應用於自由曲面之拋光加工…...…..……………………..83
5.11 AFM下擠光、拋光加工的顯微組織………………………..85
5.11.1 AFM下的擠光顯微組織及粗糙度………..….…..…...85
5.11.2 AFM下的拋光顯微組織及粗糙度………..…...……..88
5.12粗糙度值之預估………….……………...…..……………90
5.13實驗結果討論………………………………………………...92
第六章 結論與建議………………………..………..………...93
6.1 結論………………………………..…….……………………93
6.2 未來展望………….……………………………….………….94
參考文獻……………….…………………………………………..…...96
附錄一………….……………………………………………………...101
附錄二…………….…………………………………………………...102
附錄三…………………………………………………………………103
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