1問題的提出和試驗?zāi)康奈覐S生產(chǎn)的硫化機上有一個主要零件──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)量由珩磨時磨桿轉(zhuǎn)速、磨桿往復(fù)速度、機床主軸轉(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，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，先固定一個參數(shù)，優(yōu)選一個參數(shù)，這種選擇方法帶有一定的偶然性，既費事，又得不到滿意結(jié)果。用正交試驗法確定珩磨工藝參數(shù)，可以縮短試驗周期，節(jié)約時間、資金。本文重點介紹用正交試驗法優(yōu)化設(shè)計不銹鋼深孔缸體珩磨工藝參數(shù)應(yīng)用實例。

　　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，長度為1750mm，長徑比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)場生產(chǎn)中，不銹鋼磨削因其本身韌性大，在磨削時切屑不易被切離，產(chǎn)生大量的切削熱不易被切屑帶走，為此我們進行珩磨系統(tǒng)設(shè)計。設(shè)計制造專用珩磨頭，用定壓彈簧擴張支撐油石作進給完成切削導(dǎo)向任務(wù)；設(shè)計制造專用磨桿與機床進給箱剛性聯(lián)結(jié)后，由進給機構(gòu)傳遞動力完成切削運動。但采用上述方法生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，無法進行批量生產(chǎn)，因此急需設(shè)計一組不銹鋼深孔缸體珩磨工藝參數(shù)。為了使試驗結(jié)果能直觀表達(dá)，用內(nèi)徑偏差值E表示試驗結(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值計算方法見表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，見表1。表1不銹鋼深孔缸體加工工序序號工序名稱工序內(nèi)容1熱坯料調(diào)值HB2402車坯料兩端切長配車法蘭子口及工藝外圓。3鉗焊①按圖紙要求組焊法蘭；②點焊工藝圈（焊在內(nèi)側(cè)）。4車粗車內(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無切削修光粗糙度達(dá)Ra0.8mm。3試驗分析及因素水平測定3.1切削力分析珩磨切削力通常是由三個分力組成，即徑向力，切向力及往復(fù)軸向力。通過理論計算與試驗證明，三個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給切削。這種穩(wěn)定性切削加工對薄壁深孔零件的尺寸精度、質(zhì)量的穩(wěn)定是個必要條件。(2)切向力與珩磨桿的剛性浮動環(huán)節(jié)有關(guān)。設(shè)計珩磨桿時對其剛性已作校核，在珩磨系統(tǒng)采用二個浮動環(huán)節(jié)，對其精度影響不大，切向力不作試驗要求。(3)往復(fù)軸向壓力只是在珩磨頭換向時油石受力。但是我們設(shè)計珩磨頭時結(jié)構(gòu)上已經(jīng)設(shè)有限止油石軸向竄動措施。而且軸向力僅僅只影響兩端的尺寸精度，影響甚微，所以在試驗階段中往復(fù)軸向力不作試驗要求。

　　3.2因素水平選擇原則根據(jù)分析，在制定因素水平時必須遵守以下原則。(1)由于零件系薄壁缸體，切削熱對其精度變形影響很大，故而因素水平選擇時一定要使其熱效同各因素之間反應(yīng)效果良好，散熱，快。(2)選擇因素水平時使其在定壓擴張徑向進給切削狀態(tài)下工作，切削振動趨向于小值，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，在珩磨時影響零件質(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油石個數(shù)。每個因數(shù)取二個水平制定出因素水平表。見表2。

　　3.4正交試驗表選擇這次試驗有五個因素，二個水平，根據(jù)正交試驗的規(guī)律，選用L8(2)7正交表安排8次試驗。4試驗程序制定及記錄表3中8次試驗分別用試驗號表示；5個因素分別用A、B、C、D、E符號表示；水平用1和2表示。按上述試驗順序號，認(rèn)真操作，將試驗結(jié)果記錄于表3。5試驗結(jié)果分析5.1直觀分析通過8次試驗的結(jié)果，在表3中直觀第4號試驗孔徑偏差值最小，為0.015mm，但它只是8次試驗結(jié)果最好的一次，是否就是最佳工藝參數(shù)還需進行計算分析。5.2極差計算可以算出Ri各值。從表3極差Ri的計算中可以看出，A因素用水平1，2各做4次試驗則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。各因素試驗后指標(biāo)值會影響Ri極差值的大小，極差值的大小反映一個因素在水平1、2不同值時其試驗結(jié)果的差異。

　　極差越大表明該因素水平的改變對試驗結(jié)果影響就越大，因素所處的位置也就愈重要，從表3中計算極差值大小排列順序為RA>RD>Rc>RB>RE。這次試驗因素主次順序為A→D→C→B→E。5.3作趨勢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對偏差值影響的程度，作出以之值為縱坐標(biāo)，五個因素、兩個不同水平值為橫坐標(biāo)的水平與偏差值的趨勢圖。5.4初選水平配合通過趨勢圖，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，油石個數(shù)E2=4。5.5確定最優(yōu)水平配合根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，通過計算求出水平數(shù)值，并進行水平對比后，初選出來的A1、B1、C2、D2、E2，這組參數(shù)是各因素最優(yōu)水平組合。可以講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)計要求粗糙度值Ra0.8mm，對有些因素水平值需要進行修正。(1)從表3中看到，C因素水平1和水平2所做的8次試驗，經(jīng)過極差計算兩個水平值各做4次試驗對其孔徑偏差較小，而對表面粗糙度影響就大。用水平1做4次試驗得到3次表面粗糙度值為Ra0.8mm。

　　用水平2做4次試驗，僅得到1次Ra0.8mm。為了使磨削交叉網(wǎng)紋搭接不宜過長，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，經(jīng)過計算孔徑偏差值是小，但其表面粗糙度極不理想，4次試驗中只有二次得到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于精度的控制，質(zhì)量的穩(wěn)定性是個重要因素，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。通過試驗數(shù)據(jù)分析，D因素水平2雖然對孔徑偏差指標(biāo)值偏小，但其參數(shù)對深孔珩磨不利。

　　而用水平l做的試驗孔徑偏差值相對于水平2是大一些，但沒有超過技術(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。通過上述的綜合分析及極差計算，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油石個數(shù)E=46結(jié)束語在這次工藝性試驗中，應(yīng)用正交試驗法，實踐證明是一種極好的工藝性試驗手段。

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