利用正交试验法对正火工艺的探讨

fmq6107

热处理是改善钢的组织与性能的基本途径之一，它是机械零件加工制造过程中的一个重要工序。而作为预备热处理，锻后正火是为了消除前加工工序(锻造)的某些缺陷，并为随后的工艺操作(机械加工、淬火等)做好准备。正火的目的就是为了细化晶粒，改善组织，提高锻件的切削加工性能(在材料角度上，硬度和组织影响最大)。因此，为了提高锻件的可加工性，进行正火工艺的探讨。
图1为某厂的变速器中间轴锻件毛坯，材料为8620H。据统计，正火后的硬度为140～150 HBW。一般情况下，钢的硬度为160～203 HBW时，其切削性能最好。
$ ~; o9 O4 _% I7 O) G2 t  j% h
图2为正火工艺的控制曲线。不难发现工艺主要由6个主要参数因素控制：A：加热时间t1；B：加热温度τ1；C：保温(一)时间t2；D：风冷时间t3；E：保温温度t4；F：保温(二)时间t4。以下利用正交试验法对正火工艺进行试验设计和分析。
: X8 H& C8 [" x0 [0 C4 e
6 f/ v0 J! l  i5 n% R* B一、正交试验法的概述
$ ^; I; ?7 p) l8 t& N
1.正交试验法
' W! G. t# B: h0 Z正交试验法是利用正交表安排试验和分析试验结果的试验设计方法。它在牛产、科研和开发等多个领域内已得到广泛的应用．它可以用较少的试验次数获得较优的结果。指标就是试验要考察的效果；因素就是对试验指标可能产生影响的原因；水平是指因素在试验中所处的状态和条件。正交表是…种规格化的表格，它给出了各种因素和水平的代表性很强的试验组合，以便查用，其代号为：
LN(MK)
代号中　L——正交表的代号；
6 K" A! M" ~- \8 hN——正交表的横行数，即试验次数；
M——字码灵敏，即每个因素的水平数(或位级数)；
  C$ O' o4 G8 M8 s+ I* B# KK——正交表的纵列数，即可容纳的试验因素数。
# f( k  f$ d, N& X; z例如，L4(23)就表示可进行3种因素、2个水平、共4次试验的正交试验。
2.正交试验法的流程
(1)明确试验的目的。
0 s* {+ P/ m- X2 n(2)确定试验的指标。
(3)挑因素，选水平。
  e) l$ {" C+ C5 k) _(4)设计试验方案。
3 A$ |- u0 @  I) w: Y6 [(5)实施试验方案。
6 ?; M4 R7 g, o4 \$ M(6)试验结果的分析。
! G) f+ H0 z0 M5 F8 J& G+ l' T(7)反复调优试验以逼近最优方案。
4 c+ C( {6 W! `0 C) K(8)验证试验并通过生产验证确定较优方案。
, D5 P9 C* r: _* Z  q(9)结论和建议。 二、正火工艺试验的设计和分析
! d# `( u. Y$ ]5 i. ]1.试验目的和指标
4 u6 `1 }  L/ ^* m7 a试验目的：提高锻件的可加工性，得到适应切削加工的硬度(160～180 HBW)。
考核指标：钢材硬度HBW值。
2.制定因素水平表
# w3 M* [5 x( H3 i: G6 c由图2和上述可得，影响正火工艺的主要因素有：
A：加热时间t1；B：加热温度τ1；C：保温(一)时间t2；D：风冷时间t3；E：保温温度τ4；F：保温(二)时间t4。
6 N; n' B8 y2 H) B5 R/ r7 k各因素水平是根据以往的经验和资料通过分析制定，其因素水平如表1所示。
7 I7 A' v3 d9 [% T4 J# p/ h5 T
由表1可知，试验可用二水平正交表(如表2所示)进行。

试验表的安排如表3所示。
: Y6 h4 X! R7 E) V& C. V! B
由表3可以看出，表中已列好试验方案八个，表中的每一个横行给出了一组试验方案。例如，第一组试验方案为：A1 B1 C1 D1 E1 F1
9 @! ~& `4 j# a: [; p8 K2 F& D, Q3.试验并进行试验结果的分析
进行试验，并将试验结果，即所达到的指标记入相应的试验方案旁，如表4所示。

: [/ L3 f, Q* c* E由试验分析表可得，方案3、5、7均可到达指标的硬度范围，但从切削角度筛选，方案7较优。从R值看出，RE=6最大，说明保温温度τ4在试验指标中是主要原因。按主次因素可排列如下：

, b9 b* Y: ]% q& F0 Q3 \- @) T/ f9 s最优方案一般就是最优水平的组合，所谓最优水平的组合就是指由全体因素最优水平组成的试验条件。在表4中选出最优水平如表5所示。试验的硬度结果为168HBw。
( e/ U' W: |; g+ W1 }
/ u7 i' c) _9 a; m% `如果没有其他需要调整，最优水平组合可作为最优方案，并按此方案进行试生产。如果生产后效果还不够理想，可进行第二次正交试验，以寻求史好的条件。
6 A/ @, `; a& ]# v6 i经最优方案进行试生产，锻件毛坯硬度为168HBw，已完全满足了切削加工的要求。故将其方案定为该锻件的生产工艺。其工艺曲线如图3所示。
4 z# L& y- t5 m: e  }