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。

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。
! `, f  m# [% E% g# \
! y8 m6 ]- s( d, a6 E4 x& q一、正交试验法的概述
6 z5 P! _5 _5 e  }# c+ ~
1.正交试验法
% H& c' G0 g4 ^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：
0 l8 d5 H& B6 v6 j2 @LN(MK)
代号中　L——正交表的代号；
N——正交表的横行数，即试验次数；
: N2 j( F! `* z* _M——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。
; X% {1 V3 i6 M5 |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。
( O8 {- K+ A0 V4 D6 n2.正交试验法的流程
(1)明确试验的目的。
3 \" |: S7 T5 u8 A; R8 P/ ^: h/ J/ k# ](2)确定试验的指标。
- m" i) r* ~7 W8 N8 F1 G. ^(3)挑因素，选水平。
(4)设计试验方案。
1 Z8 y8 k# G' l% B: I( z. Q(5)实施试验方案。
$ B; I6 h" Z+ v  B+ Y(6)试验结果的分析。
(7)反复调优试验以逼近最优方案。
5 d$ H" }0 @8 g- L1 N- P- G" a(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
% @( H$ ^. A5 I' \7 d1.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)。
6 ~, l; q- A! \考核指标：钢材硬度HBW值。
2.制定因素水平表
7 G# G, ]& B/ i( x+ B4 P; q. f由图2和上述可得，影响正火工艺的主要因素有：
2 c/ L1 m8 j( z# }9 sA：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。
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 T3 w7 ~2 t( ?& n# i& R
由表1可知，试验可用二水平正交表(如表2所示)进行。
$ ^: b# E- Y4 l( O0 y
* f7 j, D: h4 v- N- U/ H$ _试验表的安排如表3所示。
0 d: T+ j9 t/ X% _/ w
9 `+ [3 C8 ~6 H" Z1 D# E  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
. w% |1 y( x1 `( Z9 e! N9 _3.试验并进行试验结果的分析
5 S, ?* H' {/ ~- i5 n/ d" w* V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。
! C/ ?8 Q" Z3 R4 h. @
: B$ V" h+ V* M( U  L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：
5 @0 d4 }7 a6 l6 @+ [
7 G2 p* c, g3 p) h1 F8 r0 S# Y0 o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。
3 T2 s+ `  ?% Q' T/ j1 c) P7 A
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。
* ]* f( O8 Z# M0 L# G& C7 ~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。
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