利用正交試驗(yàn)法對(duì)正火工藝的探討

熱處理是改善鋼的組織與性能的基本途徑之一，它是機(jī)械零件加工制造過(guò)程中的一個(gè)重要工序。而作為預(yù)備熱處理，鍛后正火是為了消除前加工工序(鍛造)的某些缺陷，并為隨后的工藝操作(機(jī)械加工、淬火等)做好準(zhǔn)備。正火的目的就是為了細(xì)化晶粒，改善組織，提高鍛件的切削加工性能(在材料角度上，硬度和組織影響最大)。因此，為了提高鍛件的可加工性，進(jìn)行正火工藝的探討。

圖1為某廠的變速器中間軸鍛件毛坯，材料為8620H。據(jù)統(tǒng)計(jì)，正火后的硬度為140～150 HBW。一般情況下，鋼的硬度為160～203 HBW時(shí)，其切削性能最好。

圖2為正火工藝的控制曲線。不難發(fā)現(xiàn)工藝主要由6個(gè)主要參數(shù)因素控制：A：加熱時(shí)間t1；B：加熱溫度τ₁；C：保溫(一)時(shí)間t₂；D：風(fēng)冷時(shí)間t₃；E：保溫溫度t₄；F：保溫(二)時(shí)間t₄。以下利用正交試驗(yàn)法對(duì)正火工藝進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析。

一、正交試驗(yàn)法的概述

1.正交試驗(yàn)法

正交試驗(yàn)法是利用正交表安排試驗(yàn)和分析試驗(yàn)結(jié)果的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。它在牛產(chǎn)、科研和開發(fā)等多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)已得到廣泛的應(yīng)用．它可以用較少的試驗(yàn)次數(shù)獲得較優(yōu)的結(jié)果。指標(biāo)就是試驗(yàn)要考察的效果；因素就是對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)可能產(chǎn)生影響的原因；水平是指因素在試驗(yàn)中所處的狀態(tài)和條件。正交表是…種規(guī)格化的表格，它給出了各種因素和水平的代表性很強(qiáng)的試驗(yàn)組合，以便查用，其代號(hào)為：

L_N(M^K)

代號(hào)中　L——正交表的代號(hào)；

N——正交表的橫行數(shù)，即試驗(yàn)次數(shù)；

M——字碼靈敏，即每個(gè)因素的水平數(shù)(或位級(jí)數(shù))；

K——正交表的縱列數(shù)，即可容納的試驗(yàn)因素?cái)?shù)。

例如，L₄(2³)就表示可進(jìn)行3種因素、2個(gè)水平、共4次試驗(yàn)的正交試驗(yàn)。

2.正交試驗(yàn)法的流程

(1)明確試驗(yàn)的目的。

(2)確定試驗(yàn)的指標(biāo)。

(3)挑因素，選水平。

(4)設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案。

(5)實(shí)施試驗(yàn)方案。

(6)試驗(yàn)結(jié)果的分析。

(7)反復(fù)調(diào)優(yōu)試驗(yàn)以逼近最優(yōu)方案。

(8)驗(yàn)證試驗(yàn)并通過(guò)生產(chǎn)驗(yàn)證確定較優(yōu)方案。

(9)結(jié)論和建議。

二、正火工藝試驗(yàn)的設(shè)計(jì)和分析

1.試驗(yàn)?zāi)康暮椭笜?biāo)

試驗(yàn)?zāi)康模禾岣咤懠目杉庸ば裕玫竭m應(yīng)切削加工的硬度(160～180 HBW)。

考核指標(biāo)：鋼材硬度HBW值。

2.制定因素水平表

由圖2和上述可得，影響正火工藝的主要因素有：

A：加熱時(shí)間t₁；B：加熱溫度τ₁；C：保溫(一)時(shí)間t₂；D：風(fēng)冷時(shí)間t₃；E：保溫溫度τ₄；F：保溫(二)時(shí)間t₄。

各因素水平是根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)和資料通過(guò)分析制定，其因素水平如表1所示。

由表1可知，試驗(yàn)可用二水平正交表(如表2所示)進(jìn)行。

試驗(yàn)表的安排如表3所示。

由表3可以看出，表中已列好試驗(yàn)方案八個(gè)，表中的每一個(gè)橫行給出了一組試驗(yàn)方案。例如，第一組試驗(yàn)方案為：A₁ B₁ C₁ D₁ E₁ F₁

3.試驗(yàn)并進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果的分析

進(jìn)行試驗(yàn)，并將試驗(yàn)結(jié)果，即所達(dá)到的指標(biāo)記入相應(yīng)的試驗(yàn)方案旁，如表4所示。

由試驗(yàn)分析表可得，方案3、5、7均可到達(dá)指標(biāo)的硬度范圍，但從切削角度篩選，方案7較優(yōu)。從R值看出，RE=6最大，說(shuō)明保溫溫度τ₄在試驗(yàn)指標(biāo)中是主要原因。按主次因素可排列如下：

最優(yōu)方案一般就是最優(yōu)水平的組合，所謂最優(yōu)水平的組合就是指由全體因素最優(yōu)水平組成的試驗(yàn)條件。在表4中選出最優(yōu)水平如表5所示。試驗(yàn)的硬度結(jié)果為168HBw。

如果沒(méi)有其他需要調(diào)整，最優(yōu)水平組合可作為最優(yōu)方案，并按此方案進(jìn)行試生產(chǎn)。如果生產(chǎn)后效果還不夠理想，可進(jìn)行第二次正交試驗(yàn)，以尋求史好的條件。

經(jīng)最優(yōu)方案進(jìn)行試生產(chǎn)，鍛件毛坯硬度為168HBw，已完全滿足了切削加工的要求。故將其方案定為該鍛件的生產(chǎn)工藝。其工藝曲線如圖3所示。