1問(wèn)題的提出和試驗(yàn)?zāi)康奈覐S生產(chǎn)的硫化機(jī)上有一個(gè)主要零件──不銹鋼深孔缸體，其加工質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響產(chǎn)品使用性能和可靠性。不銹鋼深孔缸體因其材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、精度等技術(shù)性能要求高，加工難度較大。在整個(gè)加工工序中，珩磨光整工序既是重要工序，又是最后一道工序。缸體加工質(zhì)量由珩磨時(shí)磨桿轉(zhuǎn)速、磨桿往復(fù)速度、機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、油石粒度和切削力等一系列工藝參數(shù)確定，在深孔珩磨時(shí)，這些參數(shù)是互相關(guān)聯(lián)而又互相制約的。若按傳統(tǒng)選擇方法，先固定一個(gè)參數(shù)，優(yōu)選一個(gè)參數(shù)，這種選擇方法帶有一定的偶然性，既費(fèi)事，又得不到滿(mǎn)意結(jié)果。用正交試驗(yàn)法確定珩磨工藝參數(shù)，可以縮短試驗(yàn)周期，節(jié)約時(shí)間、資金。本文重點(diǎn)介紹用正交試驗(yàn)法優(yōu)化設(shè)計(jì)不銹鋼深孔缸體珩磨工藝參數(shù)應(yīng)用實(shí)例。

　　2現(xiàn)狀分析

　　2.1零件結(jié)構(gòu)分析缸體的內(nèi)表面要求有較高的加工精度和較低的表面粗糙度值，尺寸精度為φ100+0.015，表面粗糙度為Ra0.8mm，長(zhǎng)度為1750mm，長(zhǎng)徑比L/D=17.5，材質(zhì)2Cr13，屬于高精度不銹鋼深孔缸體。

　　2.2材質(zhì)分析缸體材質(zhì)為2Cr13。眾所周知，在現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中，不銹鋼磨削因其本身韌性大，在磨削時(shí)切屑不易被切離，產(chǎn)生大量的切削熱不易被切屑帶走，為此我們進(jìn)行珩磨系統(tǒng)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)制造專(zhuān)用珩磨頭，用定壓彈簧擴(kuò)張支撐油石作進(jìn)給完成切削導(dǎo)向任務(wù)；設(shè)計(jì)制造專(zhuān)用磨桿與機(jī)床進(jìn)給箱剛性聯(lián)結(jié)后，由進(jìn)給機(jī)構(gòu)傳遞動(dòng)力完成切削運(yùn)動(dòng)。但采用上述方法生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，無(wú)法進(jìn)行批量生產(chǎn)，因此急需設(shè)計(jì)一組不銹鋼深孔缸體珩磨工藝參數(shù)。為了使試驗(yàn)結(jié)果能直觀表達(dá)，用內(nèi)徑偏差值E表示試驗(yàn)結(jié)果特征值，并把孔徑表面粗糙度值作為定性指標(biāo)值加工考核（E值計(jì)算方法見(jiàn)表3）。

　　2.3工序處理由于工件材質(zhì)及其結(jié)構(gòu)特殊，在工序安排上作了相應(yīng)處理，見(jiàn)表1。表1不銹鋼深孔缸體加工工序序號(hào)工序名稱(chēng)工序內(nèi)容1熱坯料調(diào)值HB2402車(chē)坯料兩端切長(zhǎng)配車(chē)法蘭子口及工藝外圓。3鉗焊①按圖紙要求組焊法蘭；②點(diǎn)焊工藝圈（焊在內(nèi)側(cè)）。4車(chē)粗車(chē)內(nèi)孔至Φ97mm5熱穩(wěn)定化處理6鏜①半精鏜內(nèi)孔，孔徑尺寸為Φ99.3±0.03，粗糙度Ra1.6mm；②精鏜內(nèi)孔孔徑尺寸為Φ100-0.05，粗糙度Ra1.6mm。7珩磨①粗精磨內(nèi)孔孔徑尺寸達(dá)圖紙要求；②無(wú)切削修光粗糙度達(dá)Ra0.8mm。3試驗(yàn)分析及因素水平測(cè)定3.1切削力分析珩磨切削力通常是由三個(gè)分力組成，即徑向力，切向力及往復(fù)軸向力。通過(guò)理論計(jì)算與試驗(yàn)證明，三個(gè)分力中徑向力是主要切削力，并占切削力90%。(1)在深孔珩磨中采用定壓徑向進(jìn)給切削。這種穩(wěn)定性切削加工對(duì)薄壁深孔零件的尺寸精度、質(zhì)量的穩(wěn)定是個(gè)必要條件。(2)切向力與珩磨桿的剛性浮動(dòng)環(huán)節(jié)有關(guān)。設(shè)計(jì)珩磨桿時(shí)對(duì)其剛性已作校核，在珩磨系統(tǒng)采用二個(gè)浮動(dòng)環(huán)節(jié)，對(duì)其精度影響不大，切向力不作試驗(yàn)要求。(3)往復(fù)軸向壓力只是在珩磨頭換向時(shí)油石受力。但是我們?cè)O(shè)計(jì)珩磨頭時(shí)結(jié)構(gòu)上已經(jīng)設(shè)有限止油石軸向竄動(dòng)措施。而且軸向力僅僅只影響兩端的尺寸精度，影響甚微，所以在試驗(yàn)階段中往復(fù)軸向力不作試驗(yàn)要求。

　　3.2因素水平選擇原則根據(jù)分析，在制定因素水平時(shí)必須遵守以下原則。(1)由于零件系薄壁缸體，切削熱對(duì)其精度變形影響很大，故而因素水平選擇時(shí)一定要使其熱效同各因素之間反應(yīng)效果良好，散熱，快。(2)選擇因素水平時(shí)使其在定壓擴(kuò)張徑向進(jìn)給切削狀態(tài)下工作，切削振動(dòng)趨向于小值，保證質(zhì)量穩(wěn)定。3.3制定因素水平表根據(jù)上述選擇原則及結(jié)合我廠多年加工2Cr13不銹鋼材質(zhì)經(jīng)驗(yàn)，在珩磨時(shí)影響零件質(zhì)量的主要因素為：①珩磨桿轉(zhuǎn)速；②珩磨桿往復(fù)速度；③工件轉(zhuǎn)速；④徑向切削力；⑤油石個(gè)數(shù)。每個(gè)因數(shù)取二個(gè)水平制定出因素水平表。見(jiàn)表2。

　　3.4正交試驗(yàn)表選擇這次試驗(yàn)有五個(gè)因素，二個(gè)水平，根據(jù)正交試驗(yàn)的規(guī)律，選用L8(2)7正交表安排8次試驗(yàn)。4試驗(yàn)程序制定及記錄表3中8次試驗(yàn)分別用試驗(yàn)號(hào)表示；5個(gè)因素分別用A、B、C、D、E符號(hào)表示；水平用1和2表示。按上述試驗(yàn)順序號(hào)，認(rèn)真操作，將試驗(yàn)結(jié)果記錄于表3。5試驗(yàn)結(jié)果分析5.1直觀分析通過(guò)8次試驗(yàn)的結(jié)果，在表3中直觀第4號(hào)試驗(yàn)孔徑偏差值最小，為0.015mm，但它只是8次試驗(yàn)結(jié)果最好的一次，是否就是最佳工藝參數(shù)還需進(jìn)行計(jì)算分析。5.2極差計(jì)算可以算出Ri各值。從表3極差Ri的計(jì)算中可以看出，A因素用水平1，2各做4次試驗(yàn)則A1的偏差值小于A2，B因素中的B1的偏差值小于B2，C因素中C2偏差值小于C1，D因素中D2偏差值小于D1，E因素中E2偏差值小于E1。各因素試驗(yàn)后指標(biāo)值會(huì)影響Ri極差值的大小，極差值的大小反映一個(gè)因素在水平1、2不同值時(shí)其試驗(yàn)結(jié)果的差異。

　　極差越大表明該因素水平的改變對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響就越大，因素所處的位置也就愈重要，從表3中計(jì)算極差值大小排列順序?yàn)镽A>RD>Rc>RB>RE。這次試驗(yàn)因素主次順序?yàn)锳→D→C→B→E。5.3作趨勢(shì)圖因素的主次已知后，為了更清楚地展示各因素水平改變時(shí)對(duì)偏差值影響的程度，作出以之值為縱坐標(biāo)，五個(gè)因素、兩個(gè)不同水平值為橫坐標(biāo)的水平與偏差值的趨勢(shì)圖。5.4初選水平配合通過(guò)趨勢(shì)圖，直觀地看出A、B、C、D、E各因素中，較優(yōu)水平為珩磨桿轉(zhuǎn)速A1=33r/min，珩磨桿往復(fù)速度B1=3m/min，工件轉(zhuǎn)速C2=40r/min，徑向切削力D2=0.4MPa，油石個(gè)數(shù)E2=4。5.5確定最優(yōu)水平配合根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算求出水平數(shù)值，并進(jìn)行水平對(duì)比后，初選出來(lái)的A1、B1、C2、D2、E2，這組參數(shù)是各因素最優(yōu)水平組合?？梢灾v是一組較好的工藝方案。但因我們加工的材質(zhì)是2Cr13不銹鋼。

　　由于材質(zhì)的難于切削，降低表面粗糙度值有一定的難度。珩磨是最后一道光整加工工序。提高尺寸精度，降低表面粗糙度值是我們的目的。為了要達(dá)到設(shè)計(jì)要求粗糙度值Ra0.8mm，對(duì)有些因素水平值需要進(jìn)行修正。(1)從表3中看到，C因素水平1和水平2所做的8次試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)極差計(jì)算兩個(gè)水平值各做4次試驗(yàn)對(duì)其孔徑偏差較小，而對(duì)表面粗糙度影響就大。用水平1做4次試驗(yàn)得到3次表面粗糙度值為Ra0.8mm。

　　用水平2做4次試驗(yàn)，僅得到1次Ra0.8mm。為了使磨削交叉網(wǎng)紋搭接不宜過(guò)長(zhǎng)，要提高工件轉(zhuǎn)速，所以將C因素用水平2修改為取水平1。即工件轉(zhuǎn)速為52r/min(2)在表3中看到D因素用水平2做的4次試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)計(jì)算孔徑偏差值是小，但其表面粗糙度極不理想，4次試驗(yàn)中只有二次得到Ra0.8mm，其后2次為Ra1.6mm，Ra3.2mm。

　　在深孔珩磨加工中其切削力大小對(duì)于精度的控制，質(zhì)量的穩(wěn)定性是個(gè)重要因素，使之油石與工件表面相吻合完成切削導(dǎo)向任務(wù)是切削力，所以切削力小不能起到支撐油石完成切削，切削力過(guò)大產(chǎn)生大量的切削熱燒傷工作表面，影響表面粗糙度。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，D因素水平2雖然對(duì)孔徑偏差指標(biāo)值偏小，但其參數(shù)對(duì)深孔珩磨不利。

　　而用水平l做的試驗(yàn)孔徑偏差值相對(duì)于水平2是大一些，但沒(méi)有超過(guò)技術(shù)指標(biāo)，現(xiàn)既要符合定量指標(biāo)值又要達(dá)到定性指標(biāo)數(shù)，而D因素修改為選用水平1，即徑向切削力為0.2MPa。通過(guò)上述的綜合分析及極差計(jì)算，珩磨參數(shù)為A1、B1、C1、D1、E2。即：珩磨桿轉(zhuǎn)速A=33r/min珩磨桿往復(fù)速度B=3m/min工件轉(zhuǎn)速C=52r/min徑向切削力D=0.2Mpa油石個(gè)數(shù)E=46結(jié)束語(yǔ)在這次工藝性試驗(yàn)中，應(yīng)用正交試驗(yàn)法，實(shí)踐證明是一種極好的工藝性試驗(yàn)手段。

　　用較少的試驗(yàn)次數(shù)就能取得多因素多水平試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)人員能用較短時(shí)間設(shè)計(jì)出一套完整工藝參數(shù)，節(jié)省了人力、物力、經(jīng)濟(jì)效益明顯。自1990年開(kāi)始采用A1、B1、C1、D1、E2作為優(yōu)化設(shè)計(jì)工藝參數(shù)珩磨不銹鋼深孔缸體，缸體合格率為100%，達(dá)到了試驗(yàn)?zāi)康?。?shí)踐證明，正交試驗(yàn)法是一種值得推廣的工藝參數(shù)優(yōu)選法。