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。

- H3 ~* r2 @4 h& o

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。

9 v- l& Z2 d' E4 o

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)

代号中　L——正交表的代号； ; l ~( A3 S# H# ]% y; @1 P

N——正交表的横行数，即试验次数； # W; V5 {% c: r# A! T

M——字码灵敏，即每个因素的水平数(或位级数)； $ n" O7 }" i D" _) n

K——正交表的纵列数，即可容纳的试验因素数。 2 M4 z* o* l) N

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。 ) W* O. e; L# T- G( I

2.正交试验法的流程

(1)明确试验的目的。

(2)确定试验的指标。 6 a5 ?! Q0 }6 M) J, q$ ]

(3)挑因素，选水平。 1 z8 n' m* L' W# O

(4)设计试验方案。 0 H2 c( R5 A- p

(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。

(8)验证试验并通过生产验证确定较优方案。 4 G/ [8 s: p/ n5 X$ i

(9)结论和建议。

二、正火工艺试验的设计和分析

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1.试验目的和指标

) @2 V( Q% \' H6 y4 t. e

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。

; b3 c3 O9 Z2 S" n8 s

2.制定因素水平表

3 O! I: O4 q. O5 I9 s" x3 k/ _9 b

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。

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。

由表1可知，试验可用二水平正交表(如表2所示)进行。

0 y% J# T9 O, R/ M+ T8 ^& s. W

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

3.试验并进行试验结果的分析

6 L) V- k+ S8 ~; Z( o4 Q' d

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 y( ]1 [5 A( |+ f5 r

. k) K/ ?9 u9 p1 G

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：

* |' F* |. h0 h! s- F

' H) O5 w" U6 P* z# {! u% 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。

. m6 f7 R" {/ d# B# P

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。

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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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