零件表面（精选9篇）
零件表面 篇1
一、概述
公司从2014年3月开始, 交付的零件逐渐增多, 但各种质量问题也随之暴露出来。客户及兄弟单位反馈, 接收的零件外观不合格。针对外观不合格而返工的零件很多, 经统计分析, 交付零件的平均合格率仅为78.96%。零件的返工率逐月上升, 这不仅使公司浪费了大量的人力、物力和财力, 而且延长了生产时间, 影响了零件的交付进度, 给公司造成了不小的损失。更重要的是严重影响了公司的整体声誉。
二、现状调查及要因确定
公司针对零件平均合格率低的问题, 从已经交付及正在生产加工中的各种零件着手, 进行了现状调查。数据显示, 引起零件合格率低的主要问题是零件的外观不合格, 占总因素的81.4% (如图1所示) 。那么, 就零件的外观表面质量问题, 公司从多方面展开顾客满意度调查。结果主要表现为:零件表面有毛刺、飞边、棱边倒圆不均匀、粗糙度不符合要求、零件表面有磕碰伤、表面有刀痕、划痕等各种表面质量问题。将反馈的信息统计、归类并进行了二次分析 (如图2所示) , 我们从柏拉图中可以看出, 影响零件外观的主要问题是:手工棱边倒圆不均匀, 有毛刺飞边、刀痕划痕占总因素的93.8%。如果将此类问题全部解决, 则零件的表面质量, 即零件的合格率能提高到1-[ (1-78.96%) ×81.4%× (1-93.8%) ]=98.93%, 这就是我们应该达到的目标。
为了实现此目标, 全体成员针对棱边倒圆不均匀, 有毛刺、飞边、刀痕划痕等现象, 采用头脑风暴法, 细分影响零件外观的各种因素, 并一一列举:钳工加工经验不足、手工打磨锐边时不稳定、机械结合手工打磨有偏差、材料较硬不好倒圆、打磨设备稳定性差等等。将这些因素逐一分析, 到底是什么原因产生了这样的结果?为了找出最根本、最直接的原因, 我们从人员、设备、材料、方法上进行验证。
首先, 就加工经验不足, 按照分层法统计新、老员工加工零件表面质量的数据, 进行对比分析, 结果表明, 工作经验与零件外观合格率不存在相应关系。其次, 针对手工打磨、机械结合手工倒圆, 收集数据分析, 结果不同类型零件的表面质量存在很大差异, 出现倒角不均匀, 大的毛刺去除后, 还有细小的遗留。第三, 选取不同材质的多批零件, 使用打磨设备进行材质及设备稳定性的验证, 数据显示零件的外观质量合格, 没有区别。
通过对各末端因素的分析, 确认影响零件外观表面质量的主要原因是:手工打磨锐边时不稳定和机械结合手工打磨有偏差。
三、制定措施并实施
针对上述要因制定了相应的措施:更换打磨设备, 使用振动光饰机去除零件表面的毛刺、飞边, 刀痕划痕、棱边倒圆的问题。利用正交试验法对各种零件表面光整参数进行摸索。根据多种不同材质的零件, 选择不同设备, 不同磨料的种类, 不同的装料比例, 光整时间长短等因素综合试验后, 统计实验数据, 经过分析、对比, 最终针对不同零件分别选择了最佳光整参数, 形成了光整加工工艺参数选用说明书及典型零件光整工艺操作工步卡, 包括光整设备操作说明书和常用磨液磨料使用明细等具体内容。并确定了光整过程:设备准备磨料准备磨液准备零件光整前清洗零件装槽光整加工。零件通过光整加工, 改进前后的对比 (如图3所示) , 棱边倒圆不均匀、毛刺飞边、刀痕划痕等状况均得到了控制, 达到了我们的预期目标, 证明措施有效。
四、措施验证并固化
采用振动光饰机去除零件表面的毛刺飞边等各种状况后, 交付的零件外观光整、倒角圆滑转接, 解决了手工打磨不均匀的状态, 大大提高了零件的表面质量。从折线图 (如图4所示) 中可以看出, 后续零件的外观质量已经超出了我们的预期目标并保持良好状态。现交付的零件已满足了公司的装配需求, 达到了顾客满意。
通过改进, 将措施加以固化:
1形成了《光整加工工艺参数选用说明》标准。
2形成了光整设备操作说明书。
3典型零件光整工艺操作工步卡。
4常用磨液磨料使用明细。
零件表面光整加工, 具有重大的推广意义。现公司加工的零件正在逐步的推广中。
摘要：针对客户反馈, 已经交付的零件表面粗糙、有轻微划痕、细小毛刺、倒角不均匀等外观质量问题, 探究以振动光饰的机械方法代替手工打磨、抛修来解决零件的这些表面质量问题, 从而有效地提高了零件的外观合格率, 满足了客户需求。
关键词：毛刺,划痕,振动光饰
参考文献
[1]机械加工手册[M].北京:机械工业出版社, 1990.
[2]航空材料手册[M].北京:国防工业出版社, 1974.
零件表面 篇2
一、表面粗糙度的概念和评定参数
零件的表面，无论用何种加工方法进行加工，放在显微镜下观察，总是高低不平的，这种表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何特性，称为表面粗糙度。通俗地说，表面粗糙度是指零件表面(包括内表面和外表面)的光滑程度。表面粗糙度是零件图上一项很重要技术的指标，它对零件的性能和寿命有很大影响。因此，在零件图上对零件的每一个表面都应标出其表面粗糙度(当所有表面的粗糙度相同时也可统一标注)。不同的加工方法可得到不同精度的表面粗糙度，例如镗削加工和磨削加工就比车削加工的精度高。因此，合理地标注零件各个表面的粗糙度，对提高零件的性能、寿命和减少加工成本都有很大作用。
GB/T 131-93 规定了表面粗糙度的术语、评定参数和数值系列等，表面粗糙度的评定参数可从下列三项中选取：
(1) 轮廓算术平均偏差Ra
(2) 微观不平度十点高度RZ
(3) 轮廓最大高度Ry
大体上说，上述三种评定参数的数值都是通过测量零件表面上一定长度内表征其不平整程度的参数，再通过相应的数学处理方法而获得。国家标准规定：在常用的参数范围内(Ra为0.025mm-6.3mm))推荐优先选用Ra。
轮廓算术平均偏差Ra定义为：在取样长度l内，轮廓偏距绝对值的算术平均值，如图所示。其近似值为：
二、表面粗糙度的代、符图样上标示零件表面粗糙度的符(代号)、表面粗糙度高度参数轮廓算术平均偏差Ra值的标注见下表
符
号
基本符号，表示表面可由任何方法获得，当不加注粗糙度参数值或有关说明(例如：表面处理、局部热处理状况等)时，仅适用于简化代号标注。基本符号加一短划，表示表面是用去除材料的方法获得。例如：车、刨、磨、抛光等。基本符号加一小圆，表示表面是用不去除材料的方法获得。例如：铸、锻、冲压变形等。或者是用于保持原供应状况的表面。
代
号
用任何方法获得的表面粗糙度，Ra的上限值3.2mm。用去除材料的方法获得的表面粗糙度，Ra的上限值为3.2mm。用不去除材料方法的获得的表面粗糙度，Ra的上限值为3.2mm。用去除材料的方法获得的表面粗糙度，Ra的上限值为3.2mm，Ra的下限值1.6mm。三、表面粗糙度的代、符号在图样中的画法
1.符号的基本画法
2.标注方法
零件的每一个表面都要标注而且只标注一次，符号的尖端必须从材料外指向被加工表面，在不同方向上标注时，符号数字应按尺寸数字标注规则书写，30°范围内应引出标注。
三、表面粗糙度的代、符号在图样中的画法3.符号的统一标注方法
当零件的表面大部分具有相同的表面粗糙度时，对其中使用最多的一种符号，可以统一标注在图样右上角，并加注“其余”二字。符号及“其余”二字大小是图样上所注代号和文字的1.4倍(图a);当所有表面都具有相同的表面粗糙度时，可以在图样右上角统一注出(图b)，
§7.4 表面粗糙度
一、表面粗糙度的概念和评定参数
零件的表面，无论用何种加工方法进行加工，放在显微镜下观察，总是高低不平的。这种表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何特性，称为表面粗糙度。通俗地说，表面粗糙度是指零件表面(包括内表面和外表面)的光滑程度。表面粗糙度是零件图上一项很重要技术的指标，它对零件的性能和寿命有很大影响。因此，在零件图上对零件的每一个表面都应标出其表面粗糙度(当所有表面的粗糙度相同时也可统一标注)。不同的加工方法可得到不同精度的表面粗糙度，例如镗削加工和磨削加工就比车削加工的精度高。因此，合理地标注零件各个表面的粗糙度，对提高零件的性能、寿命和减少加工成本都有很大作用。
GB/T 131-93 规定了表面粗糙度的术语、评定参数和数值系列等，表面粗糙度的评定参数可从下列三项中选取：
(1) 轮廓算术平均偏差Ra
(2) 微观不平度十点高度RZ
(3) 轮廓最大高度Ry
大体上说，上述三种评定参数的数值都是通过测量零件表面上一定长度内表征其不平整程度的参数，再通过相应的数学处理方法而获得。国家标准规定：在常用的参数范围内(Ra为0.025mm-6.3mm))推荐优先选用Ra。
轮廓算术平均偏差Ra定义为：在取样长度l内，轮廓偏距绝对值的算术平均值，如图所示。其近似值为：
二、表面粗糙度的代、符图样上标示零件表面粗糙度的符(代号)、表面粗糙度高度参数轮廓算术平均偏差Ra值的标注见下表
符
号
基本符号，表示表面可由任何方法获得，当不加注粗糙度参数值或有关说明(例如：表面处理、局部热处理状况等)时，仅适用于简化代号标注。基本符号加一短划，表示表面是用去除材料的方法获得。例如：车、刨、磨、抛光等。基本符号加一小圆，表示表面是用不去除材料的方法获得。例如：铸、锻、冲压变形等。或者是用于保持原供应状况的表面。
代
号
用任何方法获得的表面粗糙度，Ra的上限值3.2mm。用去除材料的方法获得的表面粗糙度，Ra的上限值为3.2mm。用不去除材料方法的获得的表面粗糙度，Ra的上限值为3.2mm。用去除材料的方法获得的表面粗糙度，Ra的上限值为3.2mm，Ra的下限值1.6mm。三、表面粗糙度的代、符号在图样中的画法
1.符号的基本画法
2.标注方法
零件的每一个表面都要标注而且只标注一次，符号的尖端必须从材料外指向被加工表面，在不同方向上标注时，符号数字应按尺寸数字标注规则书写，30°范围内应引出标注。
三、表面粗糙度的代、符号在图样中的画法3.符号的统一标注方法
零件表面 篇3
摘 要：金属零部件加工过程中影响表面质量的因数是非常复杂的，为获得要求的表面质量，就必须对加工方法，切削参数进行适当的控制。研究机械加工表面质量的目的就是为了掌握机械加工中各种工艺因素对加工表面质量影响的规律，以便运用这些规律来控制加工过程，最终达到改善表面质量、提高产品使用性能的目的。
关键词：表面质量;影响因素;强化处理
在机械制造业中，零件加工质量的优劣可直接影响其使用性能及耐久性，对零件具有重要意义。唯有符合质量标准的零件才能满足机械设备的运作需求，所以，分析机械加工零件所面临的因素及探讨出具有针对性的措施是尤为重要的，不断加强机械加工零件表面的质量控制及引进先进技术，才能确保零件加工质量，推动机械制造行业的发展。控制质量表面常会增加加工成本，影响加工效率，所以对于一般的零件宜用正常的加工工艺保证表面质量，不必提出过高的要求。对于一些直接影响产品性能、寿命和安全的重要性的表面就要加以控制。
1.零部件表面质量的重要性
实践证明，不同材料的机械零部件经机器设备加工后，其表面的完整度不可能完全达到预期作业效果，难以绝对理想化。经观察与研究，加工后的零部件，其表面多少总会具有不同程度的微观结构变化、表面难以十全平整，仪器检测下，可观察到零部件表面存在波度，以上几何差异甚至改变原材料经加工为零部件后表面层的物理性能，这就不得不引起机械制造业的重视。零部件经加工完毕后，其表面经肉眼看上去似乎光滑鲜亮，但于仪器检测下，其结果表现为“裂缝、波纹”，这些不同程度的物理缺陷于一定程度上影响了零部件自身的耐久性，甚至对其在转运过程中造成负面影响，大大缩短了零部件的使用寿命。随我国科技与经济的高速发展，机械制造业的现代化发展也随之加快，投入到行业发展中的各类精密仪器均离不开零部件的支持，但零件表面质量的优劣是影响精密仪器的关键因素，应如何使零件表面质量达到作业标准已成为机械制造业当前研究课题。管理人员需在机械零件制造中严把流程，全面分析影响质量的因素，且有针对性地探讨出对策，方可确保机械零件表面的质量，才能从根本上确保精密仪器的质量及其使用寿命。
2.影响机械加工零件表面质量的因素
2.1机械加工过程的影响
零件表面粗糙度直接影响零件的质量，影响机械加工零件表面粗糙度的因素主要是材料的性质和切削用量。材料的性质直接影响机械加工零件的质量，零件的材料如果是塑性材料，在刀具加工过程中难免会造成塑性变形，再加上刀具切削与零件分离的撕裂作用，将会增加零件表面的粗糙度。零件的材料韧性越好，金属的塑性变形越大，导致零件的表面就会越粗糙。如果零件的材料为脆性材料;材料的切削过程会呈现为断续的碎粒状，这样切削的过程中也会增加零件表面的粗糙度。机械加工过程中的切削用量也会影响零件的表面粗糙度，脆性材料的加工过程对切削速度要求不高，在加工塑性材料时，切削的深度较小时将会增加表面粗糙度。零件的磨削加工也会影响零件的表面粗糙度，磨削加工对于零件表面粗糙度的影响是受几何因素和零件表面金属的塑性变形影响的。
2.2物理机械性能的影响
零件表面的物理机械性能作为零件表面质量的重要组成部分，在零件的表面质量中占据十分重要的位置。影响机械加工零件物理机械性能的因素有很多，严重影响了零件的表面质量。一方面，一些因素导致了零件表面冷作硬化。零件切削速度和切削刀具如果使用不当将会影响零件表面层的冷作硬化。材料的冷作硬化变强将会影响零件的正常使用，进而影响材料的性能。另一方面，一些因素影响了零件表面材料的组织结构。机械加工材料在加工过程中，当被加工零件的表面温度达到一定程度时，表面的金属会发生金相组织的变化，导致零件表层金属的强度和硬度降低，甚至会出现一定的裂纹，被称为磨削烧伤。另外在机械加工零件加工时会产生表面层的残余应力，零件在切削过程中会造成塑性变形，导致零件表面的金属比容增加，这时体积会有所
膨胀。
3.零部件加工表面质量的控制对策
3.1规范工艺流程且合理切削
目前，具有针对性地制定科学化工艺流程及提高切削的合理度被视为确保机械加工零件表面质量的首要前提，起着决定性作用。机械加工零件需以科学且合理的工艺流程作为作业依据。工艺流程的制定，需同时满足准确性、可靠性及科学性等，且为作业确定定位与设计基准，唯有做好上述工作内容才能确保零件表面在加工过程中获取高质量。针对切削，建议选用符合作业标准的刀具，且运用正确的切削角度、速度提高切削作业的规范性，由此可降低零件表面不平整的程度，提高了零件表面的光滑度，确保其质量尽可能达标。
3.2 采用先进的加工技术
先进技术针对机械加工零件出现的原始误差具有干预作用，为原始误差选择具有针对性的预防技术与补偿技术可有效提高零件加工质量，对降低零件加工的原始误差具有积极作用。因此，引进先进的机械设备以及选用科学且合理的加工方法，是确保零件加工质量达标的有效渠道。先进的技术利于强化加工制造能力，从源头上减小原始误差对零件加工加工质量的影响。实践工作中，可将原始误差通过均始化予以转移，从而有针对性地降低原始误差对机械加工零件表面质量的影响。加之采用先进的制造技术预防、减小加工过程中所产生的原始误差，达到降低原始误差值的目的，进而提高了零件的加工质量。
4.结束语
在机械制造业中，零件加工质量的优劣可直接影响其使用性能及耐久性，对零件具有重要意义。唯有符合质量标准的零件才能满足机械设备的运作需求，所以，分析机械加工零件所面临的因素及探讨出具有针对性的措施是尤为重要的，不断加强机械加工零件表面的质量控制及引进先进技术，才能确保零件加工质量，推动机械制造行业的发展。
参考文献：
[1]丁延松.影响机械加工表面质量的因素[J].技术与市场，2013
瓶类零件内表面喷砂质量控制研究 篇4
在机械领域存在大量瓶类零件作为储存压缩气体的容器, 其典型结构为瓶腔内部较大, 瓶口唯一, 且尺寸较小 (如图1所示) , 此类零件在焊接和热处理后, 内表面存在较厚的氧化皮, 需要进行喷砂处理来消除氧化皮, 而此类零件的喷砂后, 往往在瓶腔内部出现局部水滴状凹坑, 不但影响内表面质量, 也影响瓶壁厚度, 且问题复现率较高, 严重影响产品质量, 甚至造成产品报废。
二、原因分析
目前对于瓶类等尺寸较小的工件一般在喷砂箱中进行操作, 操作人员在箱外通过胶皮手套控制喷砂管嘴对准工件待处理表面, 沙粒在压力作用下高速撞击产品表面, 产生切削力, 可以清除产品表面的氧化皮, 同时此切削力也会对工件本体材料有一定的切削作用, 切削量与介质硬度、喷砂强度、喷砂口与工件的距离、喷砂口与工件的角度、喷砂时间有关。由于瓶类工件自身结构特点出发, 喷砂过程中存在的风险点主要有以下两个方面:
1 由于瓶口较小, 在喷砂时内腔无法直接目视观察, 喷砂时需要只能靠操作者个人经验, 可能存在喷砂口离工件距离近、喷砂口与切削面角度大、喷砂区域不均匀等情况, 对喷砂质量产生影响。
2 由于喷砂箱结构限制, 操作者施工时一手拖着瓶子, 一手控制喷砂管嘴, 操作难度大, 由于瓶口单一, 喷砂时, 沙粒无法排出, 会逐渐填充到瓶底, 一方面影响瓶底部的喷砂效果, 另一方面会增加瓶子的重量, 增加操作者操作困难, 容易出现喷砂管口与工件距离过近, 一些区域喷砂时间过长问题, 造成局部切削量过大。
综上所述, 由于瓶类零件结构特点造成了喷砂过程中影响切削量的喷砂管口与工件距离近和喷砂时间两个重要因素无法控制, 是导致瓶腔内部喷砂缺陷的主要原因。
三、解决措施
为了解决瓶腔内壁喷砂缺陷问题, 需要从控制影响喷砂切削量的要素入手, 具体实施方案如下:
1 改进喷嘴的结构。对喷砂机喷嘴进行改进, 将原直口单向喷嘴改为管壁多孔形式 (如图2所示) , 即将管嘴前端改为封闭结构, 在管壁上不同方向开出多个小孔, 喷砂时, 使砂粒从不同方向的管孔喷出, 一方面增大了喷砂口的端口面积, 减小单个喷口的压强, 减小切削量;另一方面, 由于新管嘴正前方不开口, 且与最前端的管壁孔有一定的距离, 如此改进后, 即使在操作者无法进行目视观察的情况下, 也可以有效控制喷砂孔与工件的最小距离, 避免造成局部切削量过大的问题。经过大量试验验证, 管壁上开孔的数量为8个, 孔径为φ6, 最前端孔与端头距离为15mm时, 喷砂效果最佳。由于管壁开孔改变了喷砂方向, 沙粒对于喷嘴的磨损也较大, 为了能够提高管嘴的使用寿命, 在喷嘴的选材上进行了相关研究, 为了保证喷嘴材料不会对沙粒和工件表面造成污染, 选用钢和陶瓷作为喷嘴材料进行试验对比, 通过试验验证, 一般单个钢管嘴完成8~10个瓶腔的喷砂会出现较严重的磨损, 单个陶瓷管嘴能完成12~15个瓶腔才会出现比较严重的磨损。
2 减少操作者的工作强度。为了减轻操作者的操作强度, 使操作者能够灵活控制工件, 设计一个瓶类零件喷砂用的支架 (如图3所示) , 使零件可以在支架上自由旋转, 这样不但减少工人的劳动强度, 而且工人可以更好的控制零件的转动, 能有效减少喷嘴对一个区域吹砂时间较长的情况, 同时也能提高一定的生产效率。
3 喷砂介质的选择。为了控制喷砂的切削量, 在喷砂介质的选择上进行了相关的研究, 目前擦汗你雇佣的喷砂介质有白刚玉、棕刚玉、石英砂等, 在相同粒度的情况下, 白刚玉的写血量最大, 石英砂的切削量最小, 经过试验对比, 采用白刚玉虽然存在局部切削量过大问题, 但通过其他工艺措施改进后, 能够对切削量进行控制, 而白刚玉的喷砂效率高, 能够节省大量的施工时间, 性价比最高。
四、实施效果
上述改进措施主要是从控制喷砂口被切削工件表面的距离、喷砂口与别切削表面的角度、喷砂强度以及喷砂时间这几个方面着手进行的辅助工具的改进, 其改进方法不影响现有设备和工艺流程。通过实际生产验证, 所加工的零件均能满足设计要求, 瓶腔内没有再出现凹坑等问题, 不但提高的产品的质量, 而且在一定程度上提高了生产效率。
参考文献
轴类零件表面凸度成型工艺研究 篇5
轴类零件的主要作用是传递扭矩 (图1A) 、支撑运动 (图1B) 或是两种功用的集成。生产实践中, 经常反映支撑运动的轴颈部分极易产生断裂, 尽管采取了降温保证配合间隙、润滑减少相互摩擦等方法, 效果也不理想, 既影响设备使用, 又增加生产成本。通过分析我们发现, 由于支撑运动的轴颈与其配合件之间不仅存在着相对运动, 而且承受着巨大的支撑力作用, 如果轴类零件的表面形状不好 (图2D) , 其受力就很不均匀, 很容易产生巨大的应力集中点, 从而导致支撑轴断裂。对比试验研究表明, 改进轴颈表面形状, 使其拥有一定的均匀凸度 (图2E) 能极大地提高轴类零件的使用寿命。
2 结构设计
为了保证轴类零件的加工精度, 最后一道加工工艺都是磨削, 要改进轴颈表面形状并使其拥有一定的凸度, 就不能采用外圆磨床常用的往复式磨削工艺, 须使用切入式成型磨削工艺。一是采用磨削中心 (图3a) 。通过修正头的前后、左右两轴联动, 使砂轮表面形成凹型曲面, 但大部分企业没有这种设备, 也不可能为了维修而购买;二是采用模板仿形 (图3b) 。通过设计符合要求的凸形靠模, 使修正头实现仿形移动, 但不同零件尺寸须配备不同模板, 成本较高;三是设计斜面靠模 (图3c) 。通过对修正头运动结构的适当改进, 使其在左右移动的同时, 紧贴下方的直线斜面上下摆动, 修正头的斜向直线移动与砂轮表面的回转运动即构成了单叶回转双曲面, 这种方式只要调整斜面角度, 就能够满足任何零件尺寸的表面凸度要求, 简单易行、方便适用。
3 理论分析
从解析几何中我们知道, 单叶回转双曲面是一个直纹曲面, 即是由一条动直线绕与该直线相交叉的轴线回转而成, 如图所示。
D E动直线的参数方程为:
动直线的参数方E程为:
由此推理, 若使砂轮修整器的移动轨迹与砂轮轴线成一适当角度α, 其轨迹看作为动直线, 那么砂轮的回转运动即构成动直线绕砂轮轴线的回转, 在砂轮表面就形成了单叶回转双曲面。砂轮的轴心线在Y轴上, 砂轮中间截面在XOZ平面上, 直线A-A’为砂轮修整器金刚笔尖的移动轨迹, 与X轴相交, 平行于YOZ平面, 且与XOY平面成交角α, α为砂轮修整器的笔尖移动升角, 则单叶双曲面砂轮的修正方式由此可得。
4 应用结果
3MB2332轴承套圈滚道磨床应用该修整器修整砂轮, 磨削圆柱轴承和圆锥轴承套圈滚道, 滚道凸度完全达到技术要求, 且相当稳定。
以42726QT/01外圈滚道磨削为例, 根据套圈规格, 选用砂轮规格125×49×50mm, 新砂轮线速度为50m/s, 砂轮最大利用率为20%, 则最小砂轮直径Dmin为100mm, 砂轮宽度B为49mm。查滚动轴承零件圆柱滚子轴承套圈公差标准, 则规格外圈滚动直线度Le为5μm, 即Lmax=5。由此可得倾斜角为1°39’, 由此数值进行调整即可保证砂轮从外径125mm耗至100mm的范围内, 磨削的该套圈滚道凸度全部合格, 所以应用结果证明该方法简单有效。
5 结论
通过该砂轮修整器的实际应用, 解决了目前超精不能保证滚道凸度, 磨削又缺少合适机床的矛盾, 满足了用户要求, 并可推广应用于现有滚道磨床的自我改造或改装, 以达到更加好的制造效果。
摘要：随着机械工业的不断发展, 轴类零件作为旋转类支撑件在各大领域得到了非常广泛的运用, 其使用寿命也越来越受到社会各界的普遍关注。提高轴类零件使用寿命, 除了结构设计合理、保证加工精度、选择有效配合之外, 其表面形状也有着极大的影响。本文结合自身社会经验, 围绕轴类零件使用寿命, 就轴类零件表面形状改进及其表面凸度成型加工工艺作一简述。
零件表面 篇6
关键词：铝合金,铣削,表面划痕,积削瘤,刀具前角
铝合金由于其导电性、导热性好，强度高，应用广泛。如果再对铝合金进行热处理和冷加工，可使铝合金的力学性能达到低合金钢的水平，铝合金冷加工以切削加工应用为最广。铝合金熔点较低，加工过程中温度升高后塑性增大，切削界面摩擦力增大，容易粘刀，及产生积削瘤等缺陷，表面粗糙度不好保证。本文针对某厂生产的铝合金箱体类零件在切削加工过程中存在的问题，提出了改进的方法，并进行了试验研究。
1 选用的零件
选用某厂生产的铝合金箱体，如图1所示，该零件结构复杂、质量要求高，材料为ZL106，正火处理，生产批量大。本文主要研究A端面在专用机床上的铣削加工过程，此端面的平行度要求为0.025mm，与B面的垂直度要求为0.03mm，表面粗糙度为Ra3.2。
2 铣削加工
2.1 刀具结构
该零件铣削过程采用粗铣—精铣—修光三道工序来完成，为了提高生产效率，将粗铣、精铣和修光安排在一台专用机床上的一个工位来完成，刀片材料为YG6X，总共有8片硬质合金普通铣刀片和1片修光刀片，其中修光刀片在安装过程中高于普通刀片0.08mm，以保证修光的加工余量。
2.2 加工参数设置
在专用机床上加工，切削速度为70m/min，每转进给量为0.8m m，精铣背吃刀量为0.6m m，修光背吃刀量为0.1m m，刀具前角r0=15°，刀具后角α0=10°。
2.3 切削结果分析
用以上参数切削过程中，主要出现两个问题，一是零件已加工表面有划痕现象，二是在刀片的前刀面上有积削瘤的存在。
3 零件已加工表面划痕的解决方法
经过反复实验得知，零件表面的划痕主要是由在初洗过程中修光刀刃与加工表面的摩擦所导致的。改进的方法有两种，一种是调整修光刀的安装角度，另外一种是调整铣刀盘与进给方向的夹角。如果调整修光刃与已加工表面的夹角，则每次换刀调整非常麻烦。夹角稍大影响表面质量，精度不高。因此，调整铣刀盘与进给方向的夹角。调整角度如果角度调整太大，修光后的表面会产生一个斜度而影响表面质量。已知修光刃的长度为5mm，而零件表面粗糙度为Ra3.2，调整角度为x，每转进给量为0.8mm为保证表面质量满足要求，所以：
综合考虑取铣刀盘轴线与进给方向夹角为89°53'，这样修光刃与已加工表面之间留有一定的间隙，增大了工作刀齿的副偏角，也会使副切削刃、副后刀面与已加工表面之间的摩擦减小，同时也避免了修光刃与已加工表面的摩擦。
4 刀具前刀面积屑瘤的解决
4.1 积屑瘤的产生分析
由于在铣削铝合金过程中，铝合金的熔点较低，在温度升高后，它的塑性变大。被切削金属在切削区域的高温和高压和较大的摩擦力的作用下，与刀具刃口附近的前刀面会粘结在一起，就会形成了积屑瘤，积屑瘤的硬度可比工件的基体高出2～3倍，因此可以代替刀刃进行切削，一般在初加工过程中，是允许有积屑瘤的存在，但积屑瘤在切削过程中不稳定，时大时小，使得工件表面出现高低不平的形状，工件表面粗糙度会增大，尺寸精度降低。精加工过程中不允许有积屑瘤。
4.2 刀具角度对积屑瘤的影响
刀具前角增大，积屑瘤的高度降低，这主要是由于刀具前角增大时，切削角随之增大，金属的塑性变性系数减小，沿前刀面产生的摩擦力减小，因此切削力也减小，产生的切削热也减小。这样可以抑制积屑瘤的产生或减小积屑瘤的高度。但如果前角继续增大，增大到一定值后，会使刀刃强度下降，散热条件变差，而且刀刃易产生破损，耐用度下降，切削温度升高。综合考虑工件材料、刀具材料和加工性质来决定前角取25°。
后角的增大，积屑瘤的高度也会呈下降趋势，但和前角相比，效果不明显。当后角增大时，可以减少刀具后刀面与工件之间的摩擦，并能使刀具刃口钝圆半径减小，刃口锋利、易切入工件。但后角过大，也使刀刃强度降低，刀具散热能力下降，综合考虑后角取15°。
4.3 切削速度对积屑瘤的影响
经过实验得出随着切削速度的增加，积屑瘤先由小变大再由大变小，即积屑瘤高度增加到峰值以后，又随着切削速度的增加而降低。在实际生产中选择低速切削(V<3m/min)或者高速切削(V>70m/min)，这时摩擦系数较小，粘结不易产生，故一般不会产生积屑瘤;而在中等切削速度(V=15～30m/min)时，产生的积屑瘤最大。
5 结语
采用改进后的刀具结构及铣削工艺参数在专用机床上对铝合金表面进行铣削加工，和以前相比，表面质量提高，表面划痕现象和积屑瘤大小减少，同时刀具的耐用度提高，加工精度也提高了，这一加工技术的改进可以在实际生产中应用推广。
参考文献
[1]贺曙新,张四弟.金属切削工[M].北京:化学工业出版社,2004.
[2]张维纪.金属切削原理及刀具[M].杭州:浙江大学出版社,2002.
[3]李华.机械制造技术[M].北京:高等教育出版社,2002.
零件表面 篇7
一、表面疲劳磨损的机理分析
表面疲劳磨损是疲劳和摩擦共同作用的结果, 其磨损过程分两个阶段:疲劳核心裂纹的形成、疲劳裂纹扩展直至材料微粒的脱落。对于表面疲劳磨损的形成与扩展有以下几种分析:
(一) 裂纹起源于摩擦表面。
在滚动带滑动的接触过程中 (如齿轮啮合面) , 由于外载荷及表层的应力和摩擦力的作用, 使零件表层因反复弹性及塑性变形而疲劳, 导致出现微裂纹, 并沿着与零件表面呈锐角方向扩展, 当有润滑油时, 润滑油挤入裂纹中。当滚动体接触到裂口处, 将裂口封闭时, 堵在裂纹里的润滑油, 在滚动挤压力的作用下, 迫使裂纹的扩展速度加快, 当裂纹扩展到一定程度时, 使零件表面的材料剥落下来, 在接触面留下深浅不同的麻点剥落坑。
(二) 裂纹起源于次表面。
裂纹的产生一般都是由于在剪切应力作用下因塑性变形引起。滚动体在滚动时承受的最大剪切应力发生在表层的一定深处, 即次表层内。在载荷反复作用下, 可能在此处形成裂纹, 并沿着最大剪切应力的方向扩展到表面, 最后导致表面材料脱落, 一般在摩擦表面形成不规则的麻点坑。研究表明, 凡润滑条件优良, 摩擦力小, 表面质量好的滚动体, 若出现疲劳磨损, 裂纹的产生多发生在次表面, 其特点是裂纹扩展较为缓慢。
(三) 裂纹起源于硬化层与心部过渡区。
表层经过强化处理的零件, 硬化层深度不合理, 心部强度过低, 在强化层与心部过渡区存在不利的残余应力时, 有可能在此处产生裂纹。这是因为该处的所承受的剪切应力较大, 而材料的剪切强度较低。试验表明, 只要该处的承受的剪切应力与该处材料的剪切强度之比大于0.55时, 就可能在过渡区出现初始裂纹。裂纹先平行于表面, 扩展后再垂直向或倾斜接触表面向外发展, 先是小的麻点剥落, 之后发展成大范围的剥落。
二、表面疲劳磨损的预防措施
表面疲劳磨损与零件材料的机械性能、表面粗糙度、润滑状态、接触表面承受的单位压力、载荷在单位时间内的循环次数等因素有关。为了降低零件的表面疲劳磨损可采取以下措施:
(一) 选用合适的材料及相应的强度和硬度。
材料的强度和硬度影响表面疲劳磨损。材料的抗断裂强度越大, 则磨损微粒分离所需要的疲劳循环次数也愈多, 可以提高耐磨性。材料的硬度应保持在一定的范围内, 因为抗接触疲劳力随硬度的升高而增大, 但硬度超过一定值时, 疲劳磨损反而会增加。研究表明, 对于滚动轴承, 其表面硬度为HRC62左右时, 抗疲劳磨损的能力最强, 轴承的平均使用寿命最高。
(二) 提高零件的表面质量。
表面状况对零件的疲劳磨损影响很大, 如表面粗糙度对疲劳磨损有显著的影响, 当Ra值由0.47μm减小到0.24μm时, 抗疲劳磨损能力提高2-3倍。其次采用表面处理的方法, 如采用表面渗碳、淬火、软氮化、喷丸、滚压等工艺使表面产生残余压应力来提高零件的抗接触疲劳磨损的能力。当然残余压应力也不应超过某一临界值, 否则, 反而会使抗疲劳磨损能力下降。最后应尽量避免表面出现如疏松、划痕凹坑、沟槽、锈斑等缺陷来提高抗疲劳磨损的能力。
(三) 选用合适的润滑油及合理的更换润滑油。
选用粘度适度和粘温特性好的润滑油进行润滑, 以使摩擦副接触部分的压应力分布均匀, 以提高表面抗疲劳磨损的能力。如果粘度较小, 可能引起润滑油渗入疲劳裂纹中, 加速裂纹的扩展和疲劳点蚀、剥落的产生。同时润滑油中的含水量应严格控制, 过多会加速表面疲劳磨损的进程, 因此要合理定期的更换润滑油。
结束语
通过对汽车零件表面疲劳磨损机理的分析, 以及提出采取合理的预防措施的方法, 能有效地提高汽车零件的使用寿命, 减少故障的发生。
参考文献
[1]戴冠军.汽车维修工程[M].北京:人民交通出版社, 1999.8.
[2]高延龄.汽车运用工程[M].北京:人民交通出版社, 1999.10.
[3]曹建国.汽车维修实用技术[M].重庆:重庆大学出版社, 2003.12.
零件表面 篇8
通常IT产品对外观颜色的误差要求▽E小于2.0,对光泽度误差要求小于2°,实际注射成型工艺参数如稍为不当,就会超出这些误差要求。而影响颜色和光泽度的注射成型参数因子却有十几种以上。既要满足注射零件的尺寸精度和外观零缺陷,又要满足颜色和光泽度规格,因此注射成型参数的调整就显得十分棘手和困难。本项目通过DOE试验设计方法,寻找对颜色和光泽度影响最大的注射参数因子及其交互因子,通过Minitab统计分析软件,求证因子同颜色和光泽度的因果关系,从而通过适当调整注射成型参数,达到精密控制注射颜色和光泽度的目的。
2 试验品及其试验因子、水平的确定
为具备一定范围的代表性,本项目选择了有三个热流道水嘴的气体辅助成型的键盘(ABS)上盖模具进行试验。根据以往成型经验遴选出主要影响因素作为试验因子,并相应确定水平(如表1)。
模具表面选择了三个区域分别咬花不同光泽度(3°、5°、7°)的纹路MT11005,这样实际的DOE全因子试验次数即为3×3×3=27。
3 独立变量颜色和光泽度的量化
试验的独立变量有颜色和光泽度如下四种[1]:L*-反应黑色程度的数据;a*-反应红绿色数据;b*-反应黄蓝色数据;Gloss-反应光泽度度数的数据。
颜色的量化是通过Macbeth 1500光谱测色仪在D65光源下分别测量L*、a*、b*三种颜色数据实现的;L*、a*、b*与标准色板的L1*、a1*、b1*的均方差荦E综合体现了被测颜色相对标准色板的颜色的偏离程度。
标准色板的测量值分别为:
▽E表示总色差的大小,△L+表示偏白,△L-表示偏黑;△a+表示偏红,△a-表示偏绿;△b+表示偏黄,△b-表示偏蓝;。
▽E色差计算公式如下[1]:
光泽度的量化,是通过Mitutoyo SJ-301读数仪直接测量表面即可获得光泽度度数,如图1所示。
4 试验数据的DOE分析
Minitab是全球公认的在质量改善及六西格玛市场上运用的主要统计软件,提供了普通统计学所涉及的所有功能,并包括了丰富的质量分析工具,如DOE试验分析、统计过程控制、测量系统分析、可靠性分析和抽样验证等,这些内容都可以在软件中轻松实现[2]。
产品表面光泽度Gloss要求2.5°～3.5°。
Minitab软件对DOE试验数据进行了全因子设计分析。首先“拟合选定模型”,即在模型中包含全部因子的主效应及全部因子的二阶交互效应。表2分别是L*、a*、b*和Gloss的最大值和最小值。Gloss的数据表明,注射零件的表面光泽度的最小值,是通常所讲的很“雾”的表面,而最大值却偏离了“雾面”,趋向“亚面”。
Minitab首先总结了关联变量荦E和Gloss同各个试验因子的独立关联程度,如图2所示。
当模具温度增大时,均方差▽E随之增大,即颜色越来越偏离标准色板;反之,零件光泽度Gloss随之减小,即表面越来越趋向雾面。模具表面光泽度对▽E和零件光泽度Gloss的影响也相当大,当模具表面光泽度增大时,均方差荦E随之减小,即颜色越来越接近标准色板;反之,零件光泽度Gloss随之增大,即表面越来越趋向光亮。试验数据也表明,随着模具温度和模具表面光泽度这两个注射过程参数(试验因子)的变化,注射零件颜色和光泽度这两个关联变量也发生了相应的变化,这种变化甚至很容易用肉眼分辨出来。而熔料的射嘴温度和注射速度,对这两个关联变量的影响程度微乎其微。
表3反应了主效应的p值的大小和作用。这些p值充分体现了所有独立变量都有积极的意义,p≤0.05,表明应拒绝原假设,即可以判定“拟合选定模型”总的说来是有效的[3]。Minitab针对每一个独立变量,将分析结果进一步细分成图4～图5标准珀拉图。
图4显示模具温度和模具光泽度的交互作用,是导致零件颜色变化的最大因素,它的影响甚至超过了模具温度单因子的两倍,还远远超过其他因子的影响。在正常模具温度范围内,两者交互作用使颜色▽E>2.2,超过通常IT行业<2.0的要求。
图5显示单因子对零件光泽度的影响十分显著,尤其是模具温度和模具光泽度单因子的影响十分明显,因子之间的交互作用影响则微乎其微。
5 结论
(1)如产品光泽度的要求较高(即亮面),在综合调节注射成型参数,保证尺寸稳定、外观品质的基础上,可以不通过调节模具温度的方法来控制颜色,因为该方法可能会影响尺寸和外观(如接合线)的品质。可以重点通过调节模具的表面咬花光泽度达到颜色和产品光泽度的控制要求,因为该调节方法不对尺寸和外观造成任何影响。
(2)如产品光泽度的要求较低(即雾面),在综合调节注射成型参数保证尺寸稳定、外观品质的基础上,需要同时调节和控制模具成型温度及模具的表面咬花光泽度,达到颜色控制的要求。因为仅靠调节模具的表面咬花光泽度,已不能满足颜色和光泽度的要求。但如果按常规把模具成型温度设置过高,将导致模具冷却过长,成型周期加大,影响成型效率。DOE试验结论证明可以将模具温度适当降低到一定程度而不牺牲成型效率,但同时必须将模具的表面咬花光泽度降低,以抵消因模具温度降低导致产品光泽度的显著增加的作用。但较低的模具表面咬花光泽度的使用寿命不超过10万次注射(模芯材料718H、S136H等),所以定期咬花模具十分必要。
(3)综合参考以上途径的解决方案的结果,如在颜色方面仍然有些欠缺,则也可以在最后阶段微调原料的抽粒颜色配方,满足注射成型颜色的控制要求。
摘要：通过DOE试验设计方法,分析和确定了分别影响注射成型塑料零件表面颜色和光泽度的若干关键的因子;利用注射成型参数因子间交互作用的关系,达到精密控制成型颜色和光泽度的目标。
关键词：DOE试验设计,注射成型,颜色,光泽度,模具
参考文献
[1]Harris R M.Color Technology,Color Technology[M].Plastics Design Library,1999.
[2]马逢时,等.六西格玛管理统计指南-Minitab使用指导[M].北京:中国人民大学出版社,2007.
零件表面 篇9
直接标识技术(direct part marking,DPM)是指直接在物体表面标识可机器识别的代码的一种标识技术。直接激光标刻零件编码技术是直接标识技术和二维条码技术的融合,它利用具有适当能量的激光束在零件平面、圆柱面或圆锥面上形成一定深度的、永久性的二维条码图像,可通过条码识读设备读取条码内容以实现对零件的追踪管理。
目前,进行零件的二维条码激光标刻时,如何调节激光标刻工艺参数以获得高质量的条码并没有科学有效的方法。操作者只能靠经验选择标刻参数,无法确保二维条码质量。而激光直接标刻零件编码的质量是影响识读设备能否正确、快速识读条码内容的根本因素。目前,国内学者在因标刻参数影响激光束路径而使激光标刻图像产生晕染、缺失等方面有很多研究成果[1,2]。激光开延时、拐弯延时、跳转延时过大会使图像产生晕染,而过小则会使图像产生缺失、失真的现象。另外,清华大学、澳门大学以及比利时的Catholic University of Leuven等单位的一些研究人员则分析了脉冲频率、扫描速度等标刻工艺参数对标刻字母和图形的深度、宽度和清晰度的影响,其研究结果显示,随着扫描速度的提高,图像深度、宽度减小,标刻对比度下降,当扫描速度增大到一定值后,标刻图像的质量迅速下降[3,4,5,6]。但目前关于激光直接标刻的工艺参数影响二维条码质量方面的研究还未见有文献报道。
为了选择合适的激光标刻工艺参数以获得高质量的零件二维条码,本文通过大量的试验,着重分析研究了有效矢量步长、有效矢量步间延时、电流、Q-Switch频率[7]等激光标刻工艺参数及其交互作用对激光标刻零件二维条码质量的影响趋势以及显著性程度。
1 试验思路
根据相关资料及二维条码印刷质量检验的国家标准[8],矩阵式二维条码图像的质量等级指标中的对比度,即符号对比度(symbol contrast,SC)和打印增长会对二维条码质量等级产生重要影响,即条码图像的质量等级主要通过符号对比度、打印增长等特性来评定,而这几项指标的获得主要受激光标刻过程工艺参数变化的影响。
在激光直接标刻零件编码的工艺参数试验中采用的设备包括半导体泵浦ND:YAG激光雕刻机、条码检测仪、标刻零件和识读夹持工装等。试验过程分为试验设计、试验操作、试验数据分析三部分。首先,在确定好试验因素的前提下,根据试验确定各因素值的选取范围,保证试验的有效性。然后在选取范围内,对各因素水平值进行设计,并按照试验设计方法进行激光二维条码标刻,如图1所示。通过条码检测仪,根据DPM标准对条码质量进行检验,获得条码质量符号对比度、打印增长指标的数据,进行影响显著性及趋势分析,并获得分析结果。试验过程如图2所示。
2 试验设计及数据分析方法
2.1 试验设计
根据经验及文献资料,有效矢量步长、有效矢量步间延时、电流、Q-Switch频率及Q-Switch释放时间这5个激光标刻工艺参数是激光标刻中的重要影响因素。激光标刻机使用要求中明确规定Q-Switch频率及Q-Switch释放时间两参数的乘积必须恒为常数,所以试验中确定以有效矢量步长、有效矢量步间延时、Q-Switch频率、电流作为固定因子(依次为因子A、因子B、因子C、因子D)。根据试验确定各标刻工艺参数的取值范围,确保试验的有效性。在取值范围内对各标刻工艺参数选择3个不同的水平,如表1所示。
为使试验过程中环境不可控因素的敏感性最小,即因环境不可控因素导致的误差最小,我们在进行试验时,试验安排序号采用随机顺序,并尽量保证试验操作过程的一致性。同时,遵循重复试验原则,减小方法和操作等带来的以个体差异为主的各种误差。试验设计选择因子设计法,该方法不仅考虑到每个因素对试验指标的影响效应,同时考虑各因素之间交互作用对试验指标的影响效应。
2.2 方差分析方法
方差是在随机干扰存在的情况下,把各因素变化所产生的影响分离出来进而作出因素变化对研究对象是否有显著性影响的推断[9]。因子设计的标准方差分析过程中,在求出每一组合下3次观察值之和后,按照因子设计代数符号表,求出各因子及交互作用效果对应的对照值,以有效矢量步长(因子A)为例,其对照值计算公式为
式中,Ar为指各因子以A为基准的不同水平组合;m为所有因子不同水平的组合数;yr为不同水平组合下的值。
计算与每个对照值对应的离差平方和:
式中,n为每个因子的水平数。
并计算总离差平方和:
式中,a为因子A的水平数;b为因子B的水平数;c为因子C的水平数;d为因子D的水平数;yijkl为A、B、C、D因子不同水平下的效果值;y为A、B、C、D因子不同水平下的效果值的和。
以及误差平方和:
式中,SCD为因子C、D的相互作用的离差平方和的值。
通过离差平方和及各因素的自由度求出均方,则F比的值为各因素的均方与误差均方值的比。
3 激光标刻工艺参数对二维条码对比度的影响
对比度是零件激光直接标刻二维条码能否被扫描设备正确识读的关键技术指标之一,是标刻基底材料表面颜色与其经过激光束照射,表层物质发生化学变化后颜色的反差程度。对比度受激光标刻工艺参数变化的影响而影响Data Matrix二维条码质量。
表2为各激光标刻工艺参数不同组合情况下条码对比度的试验数据。分析过程中,考虑各因素及相互之间交互作用影响,并给出显著度α=0.05,查出显著度F检验的临界值FA(a,b)。从中可以看出激光标刻工艺参数中有效矢量步长、有效矢量步间延时、电流以及有效矢量步长与有效矢量步间延时的交互作用对Data Matrix二维条码质量指标中对比度的影响显著。而Q-Switch频率的影响较小。
3.1 有效矢量步长、有效矢量步间延时对二维条码对比度的影响
有效矢量步长是指将打标笔画划分成许多等份,每份的长度。随着有效矢量步长的增大,标刻深度减小,精度降低,而标刻速度增大。有效矢量步长调整范围为0.001mm到0.03mm。随着标刻深度减小,精度降低,Data Matrix二维条码的对比度下降,如图3所示。当有效矢量步长超过0.015mm后,二维条码的对比度已经难以满足扫描设备对条码的识读要求。
有效矢量步间延时是指给每份有效矢量步长预置的时间,该参数也可以明显改变雕刻的速度、精度和深度,如图4所示。有效矢量步间延时越大,二维条码对比度越大,而当该参数大于120μs时,由于金属表面物质过度氧化,使得Data Matrix二维条码无法识读。
3.2 电流对二维条码对比度的影响
激光电源工作电流的大小能够改变激光的输出能量,从而改变激光束对基体材料表层物质的化学反应程度,并进而影响零件直接激光标刻二维条码的对比度大小,其影响趋势如图5所示。
4 激光标刻工艺参数对二维条码打印增长的影响
打印增长是指在激光束的照射下,标刻出的实际二维条码与理想状态下的二维条码在X轴、Y轴上的百分比。它也是零件激光直接标刻二维条码能否被扫描设备正确识读的关键技术指标之一。本文分别对X方向、Y方向的打印增长进行研究。表3为激光标刻工艺参数对打印增长影响的方差分析表。
将表3中各因素F值与显著度F检验的临界值比较后得到:有效矢量步长、有效矢量步间延时及电流对Data Matrix二维条码质量指标中X方向、Y方向的打印增长的影响显著;其余的激光标刻工艺参数及相互之间的交互作用对其影响不显著。
随着有效矢量步长的增大,X方向、Y方向的打印增长逐渐减小(图6)。相反,随着有效矢量步间延时的增大,打印增长逐渐增大(图7)。电流的增大,激光能量增大,导致激光束经过基体材料表面后,基体材料发生强烈的化学反应,打印增长的百分比升高(图8)。
5 基于BP神经网络的激光标刻工艺参数优化模型
激光标刻工艺参数与二维条码质量指标中的对比度和打印增长之间存在复杂的非线性关系,这使得标刻工艺参数对二维条码质量的理论数学模型很难建立。采用神经网络技术,利用其高度非线性映射、自组织、自学习和联想记忆等功能,使工艺参数与二维条码质量之间的非线性问题转化为一个线性优化问题,这样就可表达激光标刻工艺参数与二维条码质量之间的定量关系。
BP神经网络是指基于误差反向传播算法的多层前向神经网络,是目前应用最为广泛的神经网络模型,模型中有输入、隐含和输出3种神经元。层与层之间采用全互连方式,同层各神经元之间不相互连接[10]。且理论上已经证明在不限制隐含层节点数的情况下,只有一个隐含层的神经网络可以实现任意非线性映射。本研究的数据便于获取,映射关系复杂,所以采用BP神经网络结构来建立。
根据试验数据分析结果,在激光标刻过程中,主要是有效矢量步长、有效矢量步间延时、电流及其交互作用对二维条码质量产生影响,故采用3层BP神经网络。输入层节点选择有效矢量步长、有效矢量步间延时、电流3个参数;输出层节点选择二维条码的对比度、X方向打印增长、Y方向打印增长3个指标。隐含层神经元个数参考值可根据经验公式来计算:
式中,m为输入层节点数;n为输出层节点数;N为隐含层节点数。
根据此公式,建立5个隐含层节点的网络结构(图9)。在对数据进行处理时,一个神经网络如果第一层是S型函数,第二层是线性函数,就可以用来模拟任何连续有界的函数。所以本文中隐含层传递函数选择Sigmoid函数,输出层函数选择线性函数。因为S型函数的值域在0~1之间,因此需要将输入值和输出值进行预处理,使其在(0,1)区间内,以提高神经网络的收敛速度和学习效果。又因为在梯度递减法、带自适应学习率的梯度递减法、Powell-Beale连续梯度法、Levenberg Marquart(LM)法、Fletcher-Powell连续梯度法等训练函数中,Levenberg Marquart训练函数迭代次数最少,收敛精度最高,故训练函数选用LM算法。
利用试验数据对BP模型进行训练后,通过仿真结果获得二维条码质量指标值,与真实试验结果进行比对,其误差在4.5%以内,满足实际需求。结果如表4所示。
6 结束语
激光标刻工艺参数对Data Matrix二维条码质量等级影响的研究结果显示,有效矢量步长、有效矢量步间延时、电流对激光标刻零件二维条码质量指标中的对比度及打印增长影响显著,同时,有效矢量步长与有效矢量步间延时的交互作用对对比度也有显著影响。研究结果为后续其他材料零件条码的激光标刻工艺参数选择研究及模型建立提供了依据。该项研究有利于提高零件条码质量等级,提高工业条码识读效率,可使零件的直接标识技术在制造业中的应用更加完善。
摘要：针对零件表面激光直接标刻二维条码工艺参数选择中存在的盲目性进行了试验研究,主要分析了有效矢量步长、有效矢量步间延时、电流及Q-Switch频率这4个激光标刻工艺参数及其交互作用对激光标刻二维条码质量的影响。优化了零件表面激光标刻二维条码的工艺参数,并建立了优化模型,为标刻高质量二维条码提供了保障。
关键词：激光标刻,零件表面,二维条码质量,工艺参数优化
参考文献
[1]王璐.光纤激光器打标的试验研究[D].长春:长春理工大学,2008.
[2]王建平,李正佳.激光打标系统及工艺参数的分析[J].光学与光电技术,2005,3(3):32-35.
[3]Chen Nan.The IC Laser Mark Quality Criterion andOptimization of Laser Parameters[D].Harbin:Har-bin Institute of Technology,2006.
[4]Qi J,Wang K L.A Study on the Laser MarkingProcess of Stainless Steel[J].Journal of MaterialsProcessing Technology,2003,139:273-276.
[5]Kruth J P,Yasa E.Experimental Analysis of Processand Laser Parameters in Laser Marking[C]//Proceed-ings of the 9th Biennial ASME,Israel:ASME,2008:361-371.
[6]Yasa E,Kruth J P.Investigation of Laser and ProcessParameters for Selective Laser Erosion[J].PrecisionEngineering,2010,34:101-112.
[7]伍珊红,齐军,虞孝舜,等.Nd:YAG激光打标工艺试验研究[J].激光与红外,1999,29(2):92-95.
[8]中国物品编码中心.GB/T23704-2009自动识别与数据采集技术,二维条码符号印制质量的检验[S].北京:中国标准出版社,2009.
[9]马成良,张海军,李素平.现代试验设计优化方法及应用[M].郑州:郑州大学出版社,2007.