利用正交試驗法對正火工藝的探討

熱處理是改善鋼的組織與性能的基本途徑之一，它是機械零件加工制造過程中的一個重要工序。而作為預備熱處理，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(機械加工、淬火等)做好準備。正火的目的就是為了細化晶粒，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。據統計，正火后的硬度為140～150 HBW。一般情況下，鋼的硬度為160～203 HBW時，其切削性能最好。

圖2為正火工藝的控制曲線。不難發現工藝主要由6個主要參數因素控制：A：加熱時間t1；B：加熱溫度τ₁；C：保溫(一)時間t₂；D：風冷時間t₃；E：保溫溫度t₄；F：保溫(二)時間t₄。以下利用正交試驗法對正火工藝進行試驗設計和分析。

一、正交試驗法的概述

1.正交試驗法

正交試驗法是利用正交表安排試驗和分析試驗結果的試驗設計方法。它在牛產、科研和開發等多個領域內已得到廣泛的應用．它可以用較少的試驗次數獲得較優的結果。指標就是試驗要考察的效果；因素就是對試驗指標可能產生影響的原因；水平是指因素在試驗中所處的狀態和條件。正交表是…種規格化的表格，它給出了各種因素和水平的代表性很強的試驗組合，以便查用，其代號為：

L_N(M^K)

代號中　L——正交表的代號；

N——正交表的橫行數，即試驗次數；

M——字碼靈敏，即每個因素的水平數(或位級數)；

K——正交表的縱列數，即可容納的試驗因素數。

例如，L₄(2³)就表示可進行3種因素、2個水平、共4次試驗的正交試驗。

2.正交試驗法的流程

(1)明確試驗的目的。

(2)確定試驗的指標。

(3)挑因素，選水平。

(4)設計試驗方案。

(5)實施試驗方案。

(6)試驗結果的分析。

(7)反復調優試驗以逼近最優方案。

(8)驗證試驗并通過生產驗證確定較優方案。

(9)結論和建議。

二、正火工藝試驗的設計和分析

1.試驗目的和指標

試驗目的：提高鍛件的可加工性，得到適應切削加工的硬度(160～180 HBW)。

考核指標：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：加熱時間t₁；B：加熱溫度τ₁；C：保溫(一)時間t₂；D：風冷時間t₃；E：保溫溫度τ₄；F：保溫(二)時間t₄。

各因素水平是根據以往的經驗和資料通過分析制定，其因素水平如表1所示。

由表1可知，試驗可用二水平正交表(如表2所示)進行。

試驗表的安排如表3所示。

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

3.試驗并進行試驗結果的分析

進行試驗，并將試驗結果，即所達到的指標記入相應的試驗方案旁，如表4所示。

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

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

如果沒有其他需要調整，最優水平組合可作為最優方案，并按此方案進行試生產。如果生產后效果還不夠理想，可進行第二次正交試驗，以尋求史好的條件。

經最優方案進行試生產，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工藝。其工藝曲線如圖3所示。