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利用正交试验法对正火工艺的探讨

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发表于 2010-9-12 14:24:42 | 显示全部楼层 |阅读模式

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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。 " w) A3 |6 L3 `% ]8 s6 X

/ N3 v7 W4 D# a9 k: C) u5 k5 ~

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。

( k8 G; h' v* j) T7 S. t

4 J1 p; ^9 F' P6 c$ n- X8 x" w

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。

) M% ^" k* i$ z2 v

0 L0 P2 g; C& D4 @

一、正交试验法的概述

% i( N v1 q. M

1.正交试验法 : H3 c. Q E( h" a$ b' d8 g0 R

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: ' Z; ]$ W A+ p4 o; {5 z

LN(MK) c$ E) K- T& ?2 @/ ?! K+ c! Y

代号中 L——正交表的代号; }! ^& a, x6 j8 N

N——正交表的横行数,即试验次数; $ m5 R; {( Z7 A3 ~, b) X0 X- A

M——字码灵敏,即每个因素的水平数(或位级数); & U/ [+ A0 Y( d# u, l; W

K——正交表的纵列数,即可容纳的试验因素数。 7 i4 C* V2 `, g3 F

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。 $ l% _) Y% M, _+ ^ [% V7 O" g

2.正交试验法的流程 : `0 E$ C0 M; E3 E; x6 n3 _

(1)明确试验的目的。 0 |: S/ m: j% N0 ?/ j" t

(2)确定试验的指标。 . z+ J1 o9 e9 x. K( c/ N

(3)挑因素,选水平。 . v( m( Y$ @" f& U0 `5 L: p

(4)设计试验方案。 ) e/ D9 ?, L8 u0 X) |8 ?* b6 l

(5)实施试验方案。 / p4 Z% w1 B9 R3 a- I

(6)试验结果的分析。 9 Y/ N7 w/ V3 W9 |5 i! W* {+ Z% E

(7)反复调优试验以逼近最优方案。 % V3 ?. z) a* e2 k% ]" |; B

(8)验证试验并通过生产验证确定较优方案。 * X1 e$ I5 k$ b) P, Z! z- |" q

(9)结论和建议。 % a- X, s' a) R+ g

二、正火工艺试验的设计和分析

6 v+ O, a3 O/ v' W

1.试验目的和指标

5 E- y7 \& u) \" n

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)。

& S+ x' ~& Y! w, b

考核指标:钢材硬度HBW值。

! {0 M! r' c- t4 y( e5 d

2.制定因素水平表

) k" T" H' u: c, u) d7 o5 n, |; j

由图2和上述可得,影响正火工艺的主要因素有:

, P9 b/ u& v* @

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

4 {) _& {( c' I( A+ T8 O- p

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。

2 ?; K1 _; |6 n3 C

d& Z% e4 H# A i; o7 i2 S) {

由表1可知,试验可用二水平正交表(如表2所示)进行。

/ D# a3 i* [0 j8 o

/ b$ X* `. E0 ?+ M; _: m3 B3 y0 b1 X

试验表的安排如表3所示。

9 a7 u1 ]7 P/ F" P

% a: }' j/ H+ r( m

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

( J$ X5 I' y' T- X2 z

3.试验并进行试验结果的分析

; ~1 I, O6 j' j: t6 |7 K

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。

& _, H# [; s1 C- ^) L, p. b3 B$ b

6 {4 q: m: g( q& b# c

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:

+ O& m5 a# R# F

5 e5 m: u; b: A

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。

) r7 K6 z% H. B2 ~

2 w0 E$ D, R+ t' V0 H+ _

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。

; v0 T' c5 r& n, K6 O0 w

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。

) u5 B( @8 l& s0 y4 {! V( `% P

) ^4 A' u, K& @. @6 W; r2 |7 y
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