基于DOE方法分析和优化盖板玻璃边缘磨削工艺

四点抗折强度是手机盖板玻璃材料的一个重要强度指标，玻璃边缘加工质量对四点抗折强度值有很大影响，磨削后的崩边情况可以直观地反应磨削质量，如图1所示。另外，利用有限元对盖板玻璃的四点弯曲实验进行模仿分析，从应力云图分布可以发现，四点弯曲实验时玻璃下表面的边缘处受到更大拉应力，导致边缘微裂纹发生扩展而引起玻璃失效。图2是对盖板玻璃进行四点抗折实验时形成的裂纹，可以看出裂纹的初始点和扩展情况。在玻璃边缘磨削加工时，其加工质量与玻璃特性、磨轮特性、进给速率等多种因素有关，这些因素对玻璃边缘磨削过程的影响是一个复杂的交互作用过程。如何优化这些工艺参数，以减少崩边，得到非常大的四点抗折强度，获得更佳的边缘质量，就成为控制手机盖板玻璃边缘磨削质量的关键。

图1崩边照片

图2边缘微裂纹扩展照片

实验设计：实验设计（DOE）是按照统计学方法对实验方案进行优化，并对实验结果进行统计分析的一种方法，适用于系统地调查影响产品质量的过程变量或产品变量，有针对性地进行改进，以增强产品的可制造性、可靠性、质量和现场性能。为了研究玻璃边缘加工参数对玻璃四点抗折强度的影响，选取市场上常见碱铝硅酸盐盖板玻璃，按照DOE方法进行实验设计，本实验以粗磨进给、精磨进给、主轴转速作为优化的参数，以四点抗折强度值作为指标设计了3参数2水平3个中心点的全因子实验设计方案，见表1，每个运行序制备30片样片。其中3个中心点实验安排在实验顺序的初始、中间、末尾（运行序1、5、11）是在监测实验条件在整个实验过程是否有统计意义上的变化。

表1DOE实验方案与实验数据

实验分析：采用DOE方法进行分析因子设计，确定3个因子对四点抗折的影响，从而确定更佳控制方案。应用统计软件minitab进行分析因子设计并绘制因子图，可以得到标准化效应的Pareto图和主效应、交互作用图，进行影响因素的显著性分析，如图3、图4、图5所示。

图3标准化效应的Pareto图

使用主效应图比较各个因子中效应的相对强度，图4中每个因子水平的拟合均值连线的斜率表明：主轴转速对四点抗折和标准差的影响非常大，与图3一致。

图4主效应图

交互作用的效应可度量一个因素不同水平的效应变化依赖于另一个或几个因素的水平的程度。使用交互作用图比较各个因子中效应的相对强度。如图5所示，比较图中拟合均值连线的位置，两条连线偏离平行状态的程度越大，则交互作用越明显。对四点抗折的影响因子中，主轴与精磨间的交互作用较强，已可以看出在四点抗折水平在中心点区域的值均高于角点，呈非线性关系。在实际控制中控制好主轴转速，保持在中心点附近，可以取得非常大的四点抗折强度，考虑生产节拍和交互作用，可以适当提高粗磨进给，降低精磨进给。而标准差在中心点区域可以取得居中效果，呈线性关系的可能性非常大，同时降低主轴转速、精磨进给、粗磨进给可以使标准差取得较好效果。

图5交互作用图

通过分析，确定优化后的参数为1250/800/36000，进行验证实验，由表1第12组实验看出，四点抗折强度值取得了较高、且稳定的水平。

DOE是一个很好的实验工具，与统计软件配合可以使科学实验取得事半功倍的效果。通过二者的配合，对边缘加工工艺的改进起了很大的指导作用，优化了盖板玻璃的边缘加工工艺参数，提高了玻璃材料的结构强度，充分发挥材料的保护作用，大大提高广大消费者的用户体验。