利用正交试验法对正火工艺的探讨

HEATS

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。 " D* y8 w$ h& A

) H3 |1 z5 B, w

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。

一、正交试验法的概述

1.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：

L_N(M^K) b: B( K. }( }; }

代号中　L——正交表的代号； - M, v8 ]+ d& U

N——正交表的横行数，即试验次数； 6 g8 F: d9 ^/ D/ e6 Y

M——字码灵敏，即每个因素的水平数(或位级数)； 5 o0 L/ B }0 D1 z9 l

K——正交表的纵列数，即可容纳的试验因素数。

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。 ' w8 d2 ?# d% A2 J0 X& x

2.正交试验法的流程

(1)明确试验的目的。 ( L! i& Y( ^4 [# K

(2)确定试验的指标。

(3)挑因素，选水平。

(4)设计试验方案。 " R* Z5 U$ P4 X1 |+ M g5 h

(5)实施试验方案。

(6)试验结果的分析。

(7)反复调优试验以逼近最优方案。 # ?: d$ \* V3 ~1 P& G* X

(8)验证试验并通过生产验证确定较优方案。 4 N& O) n3 o/ a6 i& i- ~# Q) c

(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

& |2 Z. S; z7 m; E& Q( S6 Y

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)。

+ i. l! e" u, y: b. t# o8 P7 z E

考核指标：钢材硬度HBW值。

. z' ?) I7 \5 W$ e$ c7 l6 C

2.制定因素水平表

4 D, h1 c3 Y9 y; J) w

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。

~% ?8 O+ M- @" s: I6 A

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。

* `3 Q. I9 b4 n

由表1可知，试验可用二水平正交表(如表2所示)进行。

) u4 Q+ x9 B# | w+ J9 T E

试验表的安排如表3所示。

' j- y4 c) `8 `% V' N5 n2 ?

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

! _. ` o' F% A& j# S

3.试验并进行试验结果的分析

, o% t1 W& T) i+ w% }1 z. P

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。

" t3 ^ G8 r- A, w$ h

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 f. A& Z8 {/ @9 E; n, w& C+ H

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。

6 |# b$ { z7 W

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。

! m T1 M( O1 B4 L$ G

6 c/ ?1 u, S. J" ? B; b3 M