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編號： 畢業(yè)設(shè)計(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)計制造及其自動化 學(xué)生姓名： 韋良華 學(xué) 號： 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 通過實驗設(shè)計優(yōu)化微注射成型工藝 摘要 本文提出通過試驗設(shè)計（DOE）優(yōu)化微注射成型（MIM）過程。MIM是一種相對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，減少操作過程中變異的是非常重要。在這項研究中，對MIM工藝的理解，它是通過DOE的六個影響表面質(zhì)量的參數(shù)，流動長度和長寬比來優(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統(tǒng)計分析確定。為2級的試驗中，20：21：20的縱橫比，分別對應(yīng)聚丙烯（PP）丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯（ABS）和聚甲醛（POM）實現(xiàn) 關(guān)鍵詞：微注射成型（MIM），試驗設(shè)計（DOE），全因子，部分因子，優(yōu)化設(shè)計的設(shè)計 第一章 引言 因為它的大批量生產(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)流行的相對較新的技術(shù)。為了使MIM以最小的成本實現(xiàn)最高品質(zhì)的元件，理解的過程并確定不同的獨(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設(shè)計（DOE）的設(shè)計。在一般情況下，DOE（DoE）可用于收集從每個過程，并通過數(shù)據(jù)分析獲得加工工藝的理解。這個程序可以幫助優(yōu)化過程，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，實驗數(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)行說明在第5節(jié)說明。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]是在制造世界一個相對較新的技術(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，因為它在許多不同的領(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)行微制造中的一個關(guān)鍵生產(chǎn)工序。MIM的組件分為以下兩個類別之一： 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DOE進(jìn)行初步工作和MIM的數(shù)據(jù)分析，主要集中在5個不同的受三個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，壓力和流動狀態(tài)）的分析。本實驗縱橫比是一個特殊設(shè)計的微特征，其為較長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和模具表面之間的流動行為，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)計軟件包“Minitab 16”進(jìn)行。 圖1 微型注塑機(jī)[5] 第三章 設(shè)計實驗（DOE） 在實驗中定義和調(diào)查所有可能的條件涉及多重因素的技術(shù)被稱為實驗的設(shè)計。 這兩種DOE類型被廣泛采用是析因設(shè)計與田口方法。根據(jù)實驗Minitab的設(shè)計[6]，析因設(shè)計是一種設(shè)計的實驗，允許同時影響研究，一些因素可能對產(chǎn)生同一個影響結(jié)果。當(dāng)進(jìn)行實驗，不同的所有因素的水平同步，而不是一次一個，允許相互作用的因子的研究。 在全面析因?qū)嶒?，響?yīng)于實驗因子水平的所有組合計算。因子水平的組合代表了在響應(yīng)將被測量的條件。每個實驗條件稱為運(yùn)行和響應(yīng)測量觀察。整組運(yùn)行的是“設(shè)計”。 為了最大限度地減少時間和成本，因此能夠排除一些因子水平的組合。因子設(shè)計中，一個或多個電平組合被排除被稱為部分因子設(shè)計。 有用的部分因子設(shè)計的因素中篩選出來，因為它們減少運(yùn)行次數(shù)以達(dá)到可管理的大小。被執(zhí)行的運(yùn)行是一個選擇的子集或完全析因設(shè)計的一小部分。但Roy [7]提到，使用全因子和部分因子能源部可能會導(dǎo)致以下問題：實驗在成本和時間變量的數(shù)目是大的而變得笨拙;兩種設(shè)計為相同的實驗可能會產(chǎn)生不同的結(jié)果;這些設(shè)計通常不允許確定各因素的貢獻(xiàn);實驗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因素的實驗技術(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。他想出了三個基本概念[7]：1、質(zhì)量應(yīng)該設(shè)計到產(chǎn)品中，而不是檢查了進(jìn)去。2、質(zhì)量最好通過最小化從一個目標(biāo)的偏差來實現(xiàn)。本產(chǎn)品應(yīng)設(shè)計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)該是衡量整個系統(tǒng)的函數(shù)。 田口博士建立了一個三階段的過程，實現(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，參數(shù)設(shè)計和容差設(shè)計。 在第一階段，系統(tǒng)設(shè)計是確定的設(shè)計因素的合適的工作水平。它包括設(shè)計，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)測試。 參數(shù)設(shè)計是一個尋找可以實現(xiàn)產(chǎn)品/過程的最佳性能的因子水平。 公差設(shè)計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）奠定了實驗。在OA簡化了實驗設(shè)計過程。它是通過選擇最合適的OA完成的，分配的因素、以適當(dāng)?shù)牧胁⒚枋龇Q為試驗條件的個別實驗的組合。 在這項研究中，一個部分因子DOE與Taguch的設(shè)計理念為提高質(zhì)量相結(jié)合進(jìn)行。 第四章 實驗數(shù)據(jù)收集 該實驗由沙等人[10]所定義的來設(shè)計和設(shè)置。該實驗的目的是分析六個可實現(xiàn)的高寬比的因素影響，并找到最顯著因素，以達(dá)到給予最高的長寬比的最佳的設(shè)置。圖2示出了測試微特征的一部分和腿具的有兩個水平寬度（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度之間的比率，D1或D2，是在實驗過程中測定。具有相同的W和D（2每部分），同時施加于表1中給出的過程設(shè)置，24次的測量的響應(yīng)的平均值被用于本研究。 表1 2 DOE二級MIM工藝參數(shù) MIM工藝參數(shù)和DoE水平 聚合物 級別 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 實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)分析 在這個實驗中應(yīng)用一個2級六個因素部分因子設(shè)計（26-2）。DOE被用來確定處于活動狀態(tài)的顯著因素，并研究微流道的填充因子。這個練習(xí)的目的是看DOE響應(yīng)的結(jié)果以了解該過程，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測定實驗熔體填充的長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次測量的平均值的值。 表2為2級MIM工藝參數(shù)的實驗結(jié)果 運(yùn)行/試驗編號 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)計軟件包“Minitab16”是用來分析從實驗獲得的結(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 估計效果和PP-D1數(shù)據(jù)的DOE系數(shù) 術(shù)語 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。這兩個單因素，其作用和其它計算值在表3中顯示。此外，上述結(jié)果表明，沒有一個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. 、 、一個正常的效果圖用于比較相對大小和主、交互效應(yīng)的統(tǒng)計顯著性。如圖3，Minitab中繪制一條直線來指示該點(diǎn)預(yù)計將下降，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。這是通過在MIM工藝對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比較相對大小和主、交互效應(yīng)的統(tǒng)計顯著性。如圖4，Minitab繪制以絕對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，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是已通過參考線僅有的兩個因素的影響，并且因子C比因子A具有更大的影響。 6.3主效應(yīng)圖 在分析中的下一個步驟是看的顯著相互作用。表3計算的雙向互動效應(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可疑的相互作用的因素，改變一個因子的設(shè)置對另一個因子的影響。因為交互可以放大或減小主效應(yīng)，即取決于相互作用是否是正或負(fù)，評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，即在兩個同級別的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，以獲得最高的長寬比應(yīng)定為225，而Vi保持在100。 圖6 PP -D1交互作用圖 這項研究表明，除了在聚甲醛-D2，ABS-D1和ABS-D2用的雙向互動，在大多數(shù)情況下，縱橫比是通過單因素的影響。對于PP-D2，Vi只在PP-D1，Tb和Vi的情況下。對于POM-D1，Tp，Tm, Vi和W和對于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項試驗適用于PP，16項試驗的聚甲醛和8個試驗的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。 驗證試驗中進(jìn)行驗證為已選定的理論上和重復(fù)24次平均測得的反應(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郾┖途奂兹?0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)行一個部分因子實驗Taguch的質(zhì)量概念以節(jié)省時間和精力進(jìn)行判斷。在測量的響應(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)行試驗驗證和測量以符合MIM工藝參數(shù)的最佳設(shè)定值實現(xiàn)的高寬比的響應(yīng)驗證了理論結(jié)果。通過這項研究的MIM獲得的知識將有助于理解和優(yōu)化納米注射成型（NIM）的過程[11]。 致謝 感謝歐盟FP7 FlexiTool項目支持這項工作。 文獻(xiàn) [1] Trotta, G., Surace, R., Modica, F., Spina, R., Fassi, I. 2011 聚合物組分AIP機(jī)密的微注射成型。 PROC。 2011; 1315:1273-8。 2 ] Liu, ZY, Loh, NH, Tor, SB, Khor, KA, Murakoshi, Y., Maeda,R., Shimizu, T.2002年。微粉末注射成型。 ?材料加工技術(shù)2002 ; 127 （2 ）中，p 。 165 。 [ 3 ] Sha, B., Dimov, S., Griffiths, C., Packianather, MS, 2007年。微型注塑調(diào)查：影響因素復(fù)制質(zhì)量。 ?材料加工技術(shù)2007 ; 183 頁。 284 。 [ 4 ] Griffiths, CA, Dimov, SS, Brousseau, EB, Hoyle, RT, ，2007。工具表面質(zhì)量的微注射成型的效果。 ? 材料加工技術(shù)2007 ; 189 （1）：號碼。 418 。 [ 5 ] Griffiths, CA, Dimov, SS, Brousseau, EB, Chouquet, C., Gavillet,J., Bigot, S., 2010年 。調(diào)查微注射成型。詮釋J先進(jìn)制造業(yè)技術(shù)2010 ; 47 （1）：號碼。 99 。 [ 6 ] Minitab的手冊。第5版。加拿大：柯特Hinrichs先生; 2005在田口方法 [ 7 ] Roy, R.,1990 。入門。美國：范NOSTRAND萊因霍爾德; 1990 [ 8 ] Sudhakar, PR.,，1995 。簡介質(zhì)量改進(jìn) 通過田口方法。質(zhì)量1995年，第。 54 。 [ 9 ] Taguchi, G.1996 。D.O.E.的角色對于強(qiáng)大的工程： 一科芒特里。詮釋J質(zhì)量和1996年可靠性工程; 12 ：號碼。 73 。 [ 10 ] Sha, B., Dimov, S., Griffiths, C., Packianather, MS，2007 。顯微注射成型：影響所能達(dá)到的高寬比的因素。詮釋J高級制造業(yè)│通力2007 ; 33 ，第147 。 [ 11 ] Zhang, N., Cormac, J., 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Packianathera*, F. Chana, C. Griffithsa, S. Dimovb, D.T. Phamb aIMME英國卡迪夫CF243AA游行皇后大廈卡迪夫大工程學(xué)院 英國伯明翰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 11