雙耳止動(dòng)墊片沖孔落料沖裁模設(shè)計(jì)【沖壓模具級(jí)進(jìn)?!俊救SUG】
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編號(hào):
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文翻譯
(譯文)
學(xué) 院: 機(jī)電工程學(xué)院
專 業(yè): 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名: 韋良華
學(xué) 號(hào): 1000110129
指導(dǎo)教師單位: 機(jī)電工程學(xué)院
姓 名: 陳虎
職 稱: 助教
2014年 5 月 26日
通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化微注射成型工藝
摘要
本文提出通過(guò)試驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)優(yōu)化微注射成型(MIM)過(guò)程。MIM是一種相對(duì)較新的用于微部件的快速制造的技術(shù)。由于改變工藝參數(shù),為了滿足質(zhì)量和可靠性的限制,減少操作過(guò)程中變異的是非常重要。在這項(xiàng)研究中,對(duì)MIM工藝的理解,它是通過(guò)DOE的六個(gè)影響表面質(zhì)量的參數(shù),流動(dòng)長(zhǎng)度和長(zhǎng)寬比來(lái)優(yōu)化的。顯著單一的工藝參數(shù)以及它們之間的相互作用是通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析確定。為2級(jí)的試驗(yàn)中,20:21:20的縱橫比,分別對(duì)應(yīng)聚丙烯(PP)丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯(ABS)和聚甲醛(POM)實(shí)現(xiàn)
關(guān)鍵詞:微注射成型(MIM),試驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE),全因子,部分因子,優(yōu)化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)
第一章 引言
因?yàn)樗拇笈可a(chǎn)能力和低元件成本,微注射成型(MIM)是一種在微型制造行業(yè)內(nèi)流行的相對(duì)較新的技術(shù)。為了使MIM以最小的成本實(shí)現(xiàn)最高品質(zhì)的元件,理解的過(guò)程并確定不同的獨(dú)立參數(shù)的影響是很重要的。一種可以采用的調(diào)查MIM的整體操作的方法是試驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)的設(shè)計(jì)。在一般情況下,DOE(DoE)可用于收集從每個(gè)過(guò)程,并通過(guò)數(shù)據(jù)分析獲得加工工藝的理解。這個(gè)程序可以幫助優(yōu)化過(guò)程,并最終使得質(zhì)量的提高。
本文的結(jié)構(gòu)如下,在MIM工藝在第2節(jié)所述,在第3節(jié)DOE的介紹,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集之后第4節(jié)解釋,結(jié)果和數(shù)據(jù)分析進(jìn)行說(shuō)明在第5節(jié)說(shuō)明。結(jié)果的討論,在第6節(jié)提出,最后在第7節(jié)給出結(jié)論的文件結(jié)束。
2212-8271?2013的作者。由Elsevier BV公司負(fù)責(zé)出版,羅伯托特提教授同行評(píng)議
DOI:10.1016/j.procir.2013.09.052
第二章 微注射成型(MIM)
微注射成型[1]是在制造世界一個(gè)相對(duì)較新的技術(shù),因此,它需要被深入研究調(diào)查。據(jù)Liu等人[2]進(jìn)行微粉末注射成型,因?yàn)樗谠S多不同的領(lǐng)域,例如醫(yī)學(xué),光學(xué)和電信,成功的應(yīng)用,使得微系統(tǒng)技術(shù)被廣泛使用在新的21世紀(jì),。帶有大批量生產(chǎn)能力和低元件成本,使得MIM技術(shù)是進(jìn)行微制造中的一個(gè)關(guān)鍵生產(chǎn)工序。MIM的組件分為以下兩個(gè)類別之一:
A型:外形尺寸小于1mm ;B型:微特征小于200μm。
由Sha等人[3]在美國(guó)DOE進(jìn)行初步工作和MIM的數(shù)據(jù)分析,主要集中在5個(gè)不同的受三個(gè)不同的聚合物材料可達(dá)到的高寬比影響的因素(熔體和模具溫度,注射速度,壓力和流動(dòng)狀態(tài))的分析。本實(shí)驗(yàn)縱橫比是一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的微特征,其為較長(zhǎng)尺寸與較短尺寸的的比率。他們的研究結(jié)論是,熔體溫度(TB)和注射速度(六)是受在復(fù)制所有三種聚合物材料的微觀特性中可達(dá)到的長(zhǎng)寬比的影響的關(guān)鍵因素。
由Griffiths等人[4]進(jìn)行的MIM工具的表面質(zhì)量效果主要集中于影響熔體流動(dòng)和模具表面之間的流動(dòng)行為,并相互作用的因素。這些早期的調(diào)查結(jié)果都考慮到了這項(xiàng)研究。
圖1示出了MIM型機(jī)的畫面。DOE的規(guī)劃和數(shù)據(jù)分析使用的統(tǒng)計(jì)軟件包“Minitab 16”進(jìn)行。
圖1 微型注塑機(jī)[5]
第三章 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(DOE)
在實(shí)驗(yàn)中定義和調(diào)查所有可能的條件涉及多重因素的技術(shù)被稱為實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。
這兩種DOE類型被廣泛采用是析因設(shè)計(jì)與田口方法。根據(jù)實(shí)驗(yàn)Minitab的設(shè)計(jì)[6],析因設(shè)計(jì)是一種設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn),允許同時(shí)影響研究,一些因素可能對(duì)產(chǎn)生同一個(gè)影響結(jié)果。當(dāng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),不同的所有因素的水平同步,而不是一次一個(gè),允許相互作用的因子的研究。
在全面析因?qū)嶒?yàn),響應(yīng)于實(shí)驗(yàn)因子水平的所有組合計(jì)算。因子水平的組合代表了在響應(yīng)將被測(cè)量的條件。每個(gè)實(shí)驗(yàn)條件稱為運(yùn)行和響應(yīng)測(cè)量觀察。整組運(yùn)行的是“設(shè)計(jì)”。
為了最大限度地減少時(shí)間和成本,因此能夠排除一些因子水平的組合。因子設(shè)計(jì)中,一個(gè)或多個(gè)電平組合被排除被稱為部分因子設(shè)計(jì)。
有用的部分因子設(shè)計(jì)的因素中篩選出來(lái),因?yàn)樗鼈儨p少運(yùn)行次數(shù)以達(dá)到可管理的大小。被執(zhí)行的運(yùn)行是一個(gè)選擇的子集或完全析因設(shè)計(jì)的一小部分。但Roy [7]提到,使用全因子和部分因子能源部可能會(huì)導(dǎo)致以下問(wèn)題:實(shí)驗(yàn)在成本和時(shí)間變量的數(shù)目是大的而變得笨拙;兩種設(shè)計(jì)為相同的實(shí)驗(yàn)可能會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果;這些設(shè)計(jì)通常不允許確定各因素的貢獻(xiàn);實(shí)驗(yàn)用的大量因素的解釋可能是相當(dāng)困難的。
因此,田口方法,以克服這些問(wèn)題被開發(fā)了。田口方法是定義和調(diào)查所有可能的條件中涉及到多個(gè)因素的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。
田口方法首先由田口玄一博士在第二次世界大戰(zhàn)[8,9]后提出。他想出了三個(gè)基本概念[7]:1、質(zhì)量應(yīng)該設(shè)計(jì)到產(chǎn)品中,而不是檢查了進(jìn)去。2、質(zhì)量最好通過(guò)最小化從一個(gè)目標(biāo)的偏差來(lái)實(shí)現(xiàn)。本產(chǎn)品應(yīng)設(shè)計(jì)成使得它是免疫不可控的環(huán)境因素。3、質(zhì)量成本應(yīng)作為衡量偏離標(biāo)準(zhǔn)的函數(shù)和損失應(yīng)該是衡量整個(gè)系統(tǒng)的函數(shù)。
田口博士建立了一個(gè)三階段的過(guò)程,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量的依據(jù)上述概念的增強(qiáng)DOE,即系統(tǒng)設(shè)計(jì),參數(shù)設(shè)計(jì)和容差設(shè)計(jì)。
在第一階段,系統(tǒng)設(shè)計(jì)是確定的設(shè)計(jì)因素的合適的工作水平。它包括設(shè)計(jì),并根據(jù)選定的材料,零件和標(biāo)稱產(chǎn)品/工藝參數(shù)的系統(tǒng)測(cè)試。
參數(shù)設(shè)計(jì)是一個(gè)尋找可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品/過(guò)程的最佳性能的因子水平。
公差設(shè)計(jì)的最后階段是降低其顯著影響產(chǎn)品/工藝因素的耐受性。
構(gòu)建一組特殊的陣列稱為正交陣列(OAS)奠定了實(shí)驗(yàn)。在OA簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程。它是通過(guò)選擇最合適的OA完成的,分配的因素、以適當(dāng)?shù)牧胁⒚枋龇Q為試驗(yàn)條件的個(gè)別實(shí)驗(yàn)的組合。
在這項(xiàng)研究中,一個(gè)部分因子DOE與Taguch的設(shè)計(jì)理念為提高質(zhì)量相結(jié)合進(jìn)行。
第四章 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集
該實(shí)驗(yàn)由沙等人[10]所定義的來(lái)設(shè)計(jì)和設(shè)置。該實(shí)驗(yàn)的目的是分析六個(gè)可實(shí)現(xiàn)的高寬比的因素影響,并找到最顯著因素,以達(dá)到給予最高的長(zhǎng)寬比的最佳的設(shè)置。圖2示出了測(cè)試微特征的一部分和腿具的有兩個(gè)水平寬度(W),200或500微米,和深度(D),70(D1)或100(D2)微米的形式,其中具有相同深度的特征,D1或D2,分別組成上部分的一側(cè)上。
圖2能源部測(cè)試部分
三種不同的材料,即,半結(jié)晶聚合物,如聚丙烯(PP),聚甲醛(POM)和無(wú)定形聚合物,如丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯(ABS)是在本研究中。調(diào)查的參數(shù)為料筒溫度(TB),模具溫度(Tm),注射速度(V),保壓壓力(PH),空氣疏散(VA)的存在和微腿寬度(W)。
縱橫比,即,微特征和它們的深度的長(zhǎng)度之間的比率,D1或D2,是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中測(cè)定。具有相同的W和D(2每部分),同時(shí)施加于表1中給出的過(guò)程設(shè)置,24次的測(cè)量的響應(yīng)的平均值被用于本研究。
表1 2 DOE二級(jí)MIM工藝參數(shù)
MIM工藝參數(shù)和DoE水平
聚合物
級(jí)別
鋱(oC)
Tm(oC)
Vi(毫米/秒
Pb
Va
W(微米)
PP
1
200
35
50
No
No
250
2
225
50
100
Yes
Yes
500
POM
1
180
35
50
No
No
250
2
200
60
100
Yes
Yes
500
ABS
1
248
60
50
No
No
250
2
258
75
100
Yes
Yes
500
第五章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析
在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用一個(gè)2級(jí)六個(gè)因素部分因子設(shè)計(jì)(26-2)。DOE被用來(lái)確定處于活動(dòng)狀態(tài)的顯著因素,并研究微流道的填充因子。這個(gè)練習(xí)的目的是看DOE響應(yīng)的結(jié)果以了解該過(guò)程,然后選擇顯著因素及其達(dá)最佳性能所必需的相應(yīng)的設(shè)置。
5.1、結(jié)果
這是DOE測(cè)定實(shí)驗(yàn)熔體填充的長(zhǎng)度和通道的深度之間的比率的的反應(yīng),D1或D2被記錄在表2中。D1和D2上表中所示的值是24次測(cè)量的平均值的值。
表2為2級(jí)MIM工藝參數(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果
運(yùn)行/試驗(yàn)編號(hào)
MIM工藝參數(shù)
PP
POM
ABS
Tb
Tm
Vi
Ph
Va
W
D1
D2
D1
D2
D1
D2
1
1
1
1
1
1
1
4
9
2
4
0.5
8
2
2
1
1
1
2
1
6
13
4
5
4
7
3
1
2
1
1
2
2
7
15
4
6
5
17
4
2
1
1
1
2
8
20
6
12
6
19
5
1
1
2
1
2
2
11
20
1
5
6
20
6
2
1
2
1
1
2
17
18
6
12
7
20
7
1
2
2
1
1
1
10
18
3
6
6
19
8
2
2
2
1
2
1
15
20
6
14
7
20
9
1
1
1
2
1
2
7
11
3
4
3.5
18
10
2
1
1
2
2
2
7
19
4
5
5
20
11
1
2
1
2
2
1
5
10
3
5
0.8
8
12
2
2
1
2
1
1
7
14
5
8
1.2
9
13
1
1
2
2
2
1
9
16
4
6
6
18
14
2
1
2
2
1
1
12
20
5
11
7.5
20
15
1
2
2
2
1
2
11
20
5
11
7
20
16
2
2
2
2
2
2
17
20
8
16
7.5
19
5.2 數(shù)據(jù)分析
統(tǒng)計(jì)軟件包“Minitab16”是用來(lái)分析從實(shí)驗(yàn)獲得的結(jié)果。該分析用于在 D1和D2兩種情況下PP的結(jié)果,如表3所示。
表3 估計(jì)效果和PP-D1數(shù)據(jù)的DOE系數(shù)
術(shù)語(yǔ)
效果
系數(shù)
?系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)誤差
T
P
Tb
3.125
1.5625
0.3125
5.00
0.038
單
因
素
Tm
0.8750
0.4375
0.3125
1.40
0.296
Vi
6.375
3.1875
0.3125
10.20
0.009
Ph
-0.3750
-0.1875
0.3125
-0.60
0.609
Va
0.1250
0.0625
0.3125
0.20
0.86
W
2.1250
1.0625
0.3125
3.40
0.077
Tb*Tm
0.3750
0.1875
0.3125
0.60
0.609
相
互
作
用
Tb*Vi
1.8750
0.9375
0.3125
3.00
0.095
Tb*Ph
-0.3750
-0.1875
0.3125
-0.60
0.609
Tb*Va
0.1250
0.0625
0.3125
0.20
0.860
Tb*W
0.1250
0.0625
0.3125
0.20
0.860
Tm*Ph
0.3750
0.1875
0.3125
0.60
0.609
Tm*W
-0.6250
-0.3125
0.3125
-1.00
0.423
第六章 結(jié)果討論
上述結(jié)果分別用于生產(chǎn)更多的證據(jù)來(lái)支讓MIM工藝因素的技術(shù)支持。
使用α=0.05,適用于PP -D1,發(fā)現(xiàn)Tb值是0.038和Vi為0.009表明,這兩個(gè)單因素Tb和Vi是顯著主要影響,即它們的p值小于0.05。這兩個(gè)單因素,其作用和其它計(jì)算值在表3中顯示。此外,上述結(jié)果表明,沒有一個(gè)雙向的交互是顯著的。這顯然是受了“標(biāo)準(zhǔn)化效應(yīng)正態(tài)圖”(圖3)和“帕累托圖theStandardized的影響”(圖4)所示。
圖3對(duì)PP-D1的正常影響
圖4 用于PP-D1帕累托圖
6.1 正常效果圖
請(qǐng)鍵入文字或網(wǎng)站地址,或者上傳文檔。
您是不是要找: The above results were utilised to produce more evidence to support the claims for strong factors which matter the most for the MIM process.
、
、一個(gè)正常的效果圖用于比較相對(duì)大小和主、交互效應(yīng)的統(tǒng)計(jì)顯著性。如圖3,Minitab中繪制一條直線來(lái)指示該點(diǎn)預(yù)計(jì)將下降,如果所有的效果都接近于零。不屬于直線附近的 點(diǎn),通常有顯著信號(hào)因素的作用。這樣較大的效果一般去進(jìn)一步遠(yuǎn)離擬合直線相比不重要的影響。默認(rèn)情況下,Minitab中使用α=0.05和標(biāo)簽效果顯著。因子C和A明確標(biāo)示標(biāo)簽的示于圖3。這是通過(guò)在MIM工藝對(duì)PP-D1具有更大的權(quán)重的系數(shù)C相比,在該圖中可以看到系數(shù)a。
6.2帕累托圖
帕累托圖的作用是用來(lái)比較相對(duì)大小和主、交互效應(yīng)的統(tǒng)計(jì)顯著性。如圖4,Minitab繪制以絕對(duì)值的因素影響遞減順序的。圖表上的參考線指示哪些因素影響顯著。當(dāng)你的模型中包含的誤差項(xiàng),默認(rèn)情況下,Minitab中使用α=0.05繪制參考線。在圖3的結(jié)果確認(rèn)圖4中顯示的結(jié)果為因子C和 A是已通過(guò)參考線僅有的兩個(gè)因素的影響,并且因子C比因子A具有更大的影響。
6.3主效應(yīng)圖
在分析中的下一個(gè)步驟是看的顯著相互作用。表3計(jì)算的雙向互動(dòng)效應(yīng),可以直觀地顯示在交互作用圖,看看這些影響有多大。交互作用圖顯示了兩個(gè)可疑的相互作用的因素,改變一個(gè)因子的設(shè)置對(duì)另一個(gè)因子的影響。因?yàn)榻换タ梢苑糯蠡驕p小主效應(yīng),即取決于相互作用是否是正或負(fù),評(píng)估相互作用是極其重要的。而接近平行線表示因子之間很少或沒有相互作用,相交線信號(hào)的交互。交互量是成正比的交角,即接近90°表達(dá)了強(qiáng)烈的相互作用。
在圖6中的交互作用圖顯示,即在兩個(gè)同級(jí)別的Tb,響應(yīng)Vi在100的高寬比Vi在50更高。但是,可以看出,Tb設(shè)置為225使用Vi在100運(yùn)行和使用Vi在50運(yùn)行其響應(yīng)差的差比Tb設(shè)置為200使用Vi在100運(yùn)行和使用Vi在50運(yùn)行的縱橫比差別更大。這表明,以獲得最高的長(zhǎng)寬比應(yīng)定為225,而Vi保持在100。
圖6 PP -D1交互作用圖
這項(xiàng)研究表明,除了在聚甲醛-D2,ABS-D1和ABS-D2用的雙向互動(dòng),在大多數(shù)情況下,縱橫比是通過(guò)單因素的影響。對(duì)于PP-D2,Vi只在PP-D1,Tb和Vi的情況下。對(duì)于POM-D1,Tp,Tm, Vi和W和對(duì)于POM-D2,Tb,Tm,Vi,W和TbXVi。當(dāng)ABS用于D1中的影響因素分別為Tp,Vi,W和TmXPh對(duì)于D2的顯著因素Vi,W和TmXPh。在表4中以粗體顯示的條目指示所選設(shè)置的顯著因素。陰影部分在表4中示出的因素之間的雙向交互。
使用消除過(guò)程中的關(guān)鍵因素的PP被確定為機(jī)筒溫度(Tb)和噴射速度(Vi),對(duì)于聚甲醛為機(jī)筒溫度(Tb),模具溫度(Tm),噴射速度(Vi)和寬度(W)以及ABS為機(jī)筒溫度(Tb)的,噴射速度(Vi)和寬度(W)與模具溫度(Tm)固定在75,因此該因素保持壓力(PH)和空氣排出的存在(Va)能在MIM工藝被忽略。這給出了4項(xiàng)試驗(yàn)適用于PP,16項(xiàng)試驗(yàn)的聚甲醛和8個(gè)試驗(yàn)的ABS全階乘。另外,作為本研究的結(jié)果是,最優(yōu)設(shè)置,為使用不同的材料實(shí)現(xiàn)最高的比率方面可以被概括如下:
PP-D1:Tb在225和六100;
PP-D2:Vi為100;
POM-D1:Tb200,Tm為60,Vi在100和W為500;
POM-D2:除了W同為D1;
ABS-D1:TB為258,六100,W500,而
Tm是固定在75;
ABS-D2:Vi100,W500,而Tm為固定在75。
驗(yàn)證試驗(yàn)中進(jìn)行驗(yàn)證為已選定的理論上和重復(fù)24次平均測(cè)得的反應(yīng),得到最好的縱橫比迄今發(fā)現(xiàn)上述設(shè)定的最佳性能。它們?nèi)缦拢簩?duì)聚丙烯和聚甲醛20的最佳縱橫比和21A的BS。
第七章 結(jié)論
在本文中已被提出對(duì)于理解MIM工藝和利用DOE的工藝參數(shù)的分析方法優(yōu)化。已經(jīng)進(jìn)行一個(gè)部分因子實(shí)驗(yàn)Taguch的質(zhì)量概念以節(jié)省時(shí)間和精力進(jìn)行判斷。在測(cè)量的響應(yīng)的形式收集的數(shù)據(jù)已被成功地分析,以確定顯著單因素以及雙向的相互作用。進(jìn)一步,在研究中通過(guò)DOE(DoE)方法使用不同的材料所確定最佳工藝參數(shù)設(shè)置已經(jīng)由運(yùn)行試驗(yàn)驗(yàn)證和測(cè)量以符合MIM工藝參數(shù)的最佳設(shè)定值實(shí)現(xiàn)的高寬比的響應(yīng)驗(yàn)證了理論結(jié)果。通過(guò)這項(xiàng)研究的MIM獲得的知識(shí)將有助于理解和優(yōu)化納米注射成型(NIM)的過(guò)程[11]。
致謝
感謝歐盟FP7 FlexiTool項(xiàng)目支持這項(xiàng)工作。
文獻(xiàn)
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M. Packianathera*, F. Chana, C. Griffithsa, S. Dimovb, D.T. Phamb
aIMME英國(guó)卡迪夫CF243AA游行皇后大廈卡迪夫大工程學(xué)院
英國(guó)伯明翰B152TT伯明翰大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院
*通訊作者聯(lián)系電話:+44-29-20875911;傳真:+44-29-20874695;電子郵件地址:packianatherms@cf.ac.uk
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