利用正交试验法对正火工艺的探讨

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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。
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。

- f2 x* O8 ~& g* B+ ?. f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。
: Z( K2 I' k9 u- E/ C  ~
9 d# U; G7 T- Q# ?! {一、正交试验法的概述
6 K/ L% P! c) i
9 A* @5 m8 ^; v9 W0 W% \1.正交试验法
# ?, W1 w' g" n) y1 x* W  [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)
3 G! D7 r4 H1 p- R; ?5 {代号中　L——正交表的代号；
" w1 |% X) c% `. P( `N——正交表的横行数，即试验次数；
2 l( j" k: n, E) n  dM——字码灵敏，即每个因素的水平数(或位级数)；
K——正交表的纵列数，即可容纳的试验因素数。
1 H3 M$ B2 j" {" u! ]( E# }7 m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。
& I% y6 j2 Q* k' @(2)确定试验的指标。
(3)挑因素，选水平。
  T1 x* J3 y% _7 Y0 L(4)设计试验方案。
(5)实施试验方案。
(6)试验结果的分析。
% u. i2 w4 G6 V0 W; ?6 A(7)反复调优试验以逼近最优方案。
; N! M6 ?4 e1 R% A. j(8)验证试验并通过生产验证确定较优方案。
(9)结论和建议。 二、正火工艺试验的设计和分析
6 T+ T7 d, E4 D/ e' ?( F( X8 G1.试验目的和指标
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
由图2和上述可得，影响正火工艺的主要因素有：
9 K& }  K( |1 uA：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。
! z5 H& ?0 H" [" [8 ]3 {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。

8 y2 Y# K) ^, Q/ ]6 A" n% W/ ]由表1可知，试验可用二水平正交表(如表2所示)进行。
9 J' Y3 Z+ ?6 r
- ?# Q$ y+ E; i. C) \7 n7 M试验表的安排如表3所示。

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
1 A" K: Z! c! x+ j) P9 k3.试验并进行试验结果的分析
( z# w" E( V& P2 E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。

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：
" Q- [" o9 I) q4 _
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。
7 b1 F$ V7 E/ B% _: \
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。
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。