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。
: A! c3 }' N# r( @  P6 i
& t) L3 g3 v3 z: }  Y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。
+ M1 j, p% ]) J# H. f. l  Q
) E* B4 I) U5 N一、正交试验法的概述

3 f/ s. H) Z2 k1.正交试验法
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；
N——正交表的横行数，即试验次数；
/ z0 r7 r% |5 F: Q. V8 D: ^! T$ C$ qM——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。
( l$ n1 \; a' ^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
8 G% Z# r8 t5 ~& Y8 J+ D! H(1)明确试验的目的。
(2)确定试验的指标。
(3)挑因素，选水平。
& l& [0 X* ^( Y& M- ]1 u5 b. l$ _4 P(4)设计试验方案。
(5)实施试验方案。
% i6 U% Z6 Q  F' @% t6 @+ v(6)试验结果的分析。
(7)反复调优试验以逼近最优方案。
8 j6 b  x3 E4 _- H0 Q( [(8)验证试验并通过生产验证确定较优方案。
! |' ~( L$ l, _4 u4 t9 v' h/ l(9)结论和建议。 二、正火工艺试验的设计和分析
1.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)。
5 v6 h2 W6 ~9 a; \3 n, `( |4 P- v& u考核指标：钢材硬度HBW值。
2.制定因素水平表
) J- l8 \  x/ s" h" w( D6 O; Q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。
. h9 e7 ]7 U7 A$ ^: }7 W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。

' W- T6 T4 M( y5 M9 \% ?+ j由表1可知，试验可用二水平正交表(如表2所示)进行。

1 ^+ @) O! i) s8 s试验表的安排如表3所示。
3 ~8 v) z$ K# V. T4 s' H& q
- {" e* x- ]) Z9 W5 t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
! m; _& p) h; ~. n6 Y- B6 t3.试验并进行试验结果的分析
! M0 N- w' Y  q% C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。
% {3 j+ j7 V; L/ N
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：

& v5 P$ f' F# N/ R6 g" P& z6 d1 c- 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。

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。
5 i$ Z& q& g. K. B) n3 S