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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。 3 n4 O1 Y% v4 M

8 g Z/ X" | G3 {

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。

" J. F0 C9 ~/ n+ U

4 Y9 `6 T. Q" 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。

. G$ P/ W- H4 ~$ S" C& Y

' g+ V% a+ ?$ ^2 N+ G' _8 `

一、正交试验法的概述

$ X& K( q# V( \# u3 u% a7 j7 C' D+ {

1.正交试验法 2 i4 s3 n/ @) t, y8 B9 E* k

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: ' i! w% t. ?5 H( j$ q# k

LN(MK) : Y8 P3 F% V& ^% @! a, n! i8 o

代号中 L——正交表的代号; 7 u) b0 T1 X/ Y/ U

N——正交表的横行数,即试验次数; 2 b/ {8 }* b# v X! ~' Z

M——字码灵敏,即每个因素的水平数(或位级数); # F t/ q ?: w* c

K——正交表的纵列数,即可容纳的试验因素数。 7 K, B1 K) R# W

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。 4 ?& \4 F: V: { `: K

2.正交试验法的流程 & M/ c n2 K! o8 M. ?

(1)明确试验的目的。 ) X$ o7 L k6 F# U( I

(2)确定试验的指标。 9 ^8 c/ j' {2 ^: b* u# {1 h

(3)挑因素,选水平。 4 @ x! _; b. F; a2 b; S" g

(4)设计试验方案。 - B4 H9 f# J; X

(5)实施试验方案。 0 ~' R( ?+ g8 y: u" Y

(6)试验结果的分析。 ( Q, U8 V4 F( o [% ^

(7)反复调优试验以逼近最优方案。 & l& Q& N, l- k: v& _, O$ ^$ s

(8)验证试验并通过生产验证确定较优方案。 $ S, p$ M( S- z% x/ f+ F

(9)结论和建议。 5 _( u( M4 T8 K7 [4 _

二、正火工艺试验的设计和分析

+ D+ Y; d1 V4 x: \5 j

1.试验目的和指标

8 n: Z+ | B9 W: n7 c

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)。

* W0 f# A! \+ b7 ~5 x! m$ l& L

考核指标:钢材硬度HBW值。

+ b, L% d1 P9 u9 x, L

2.制定因素水平表

B. P3 ~) F/ P, \2 m

由图2和上述可得,影响正火工艺的主要因素有:

5 W( O! v) N _' I: ?) {0 h

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 m, l: m4 O7 x. `0 d# i7 \7 ]

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。

5 l U8 B6 a6 Z" Z

$ \7 X/ R3 ]8 L- W* @

由表1可知,试验可用二水平正交表(如表2所示)进行。

6 w, H2 ?1 {# b( u

! R: |# c9 ]5 n7 k0 d

试验表的安排如表3所示。

) @+ m' V! P0 G# h% d5 u' h

4 N! H4 t: ?# z0 f6 m6 X: i# [2 [# o) U

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 H3 k% t( g, S: V! m

3.试验并进行试验结果的分析

& \! T( Q+ e5 I5 i& A2 U5 [

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。

5 b, f7 e8 {( s8 I5 h) O2 c

6 X* f1 D0 K0 b8 K6 D; N2 j. @

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:

. ]6 ? S! i& n& Q1 T% G# Z

( z) x7 Y6 P( O) w1 Q/ b

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。

8 m' v E+ z6 t$ v1 M U6 |

, |" W" I# l/ `0 U/ @; o

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。

' q3 c. f1 [. l8 N; [! F. Q

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。

& D0 X T& s* ^. t- s0 g6 K

' E5 ?/ N0 j& s3 A# A
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