正交试验设计法在生产中的应用与实践

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1、..正交试验设计法在生产中的应用与实践张翼飞施晶邬振美航天科工哈尔滨XX风华有限公司摘要：本文结合在机械加工中的实际生产过程，通过运用科学的正交试验设计方法，有效解决难加工材料在加工中专用刀具研制的技术难题，通过实例的阐述，进一步论述正交试验设计法在生产过程的应用与实践，将这种试验设计法的科学性、实用性、创造性进行详实的介绍。关键词：正交试验难加工材料专用刀具一、引言试验设计是数理统计中的一个较大的分支，是用于决定数据收集的方法，讨论如何合理地安排试验以及试验所得的数据如何分析等，它的内容十分丰富。常用的试

2、验设计方法有：正交试验设计法、均匀试验设计法、单纯形优化法、双水平单纯形优化法、回归正交设计法、序贯试验设计法等。可供选择的试验方法很多，各种试验设计方法都有其一定的特点。所面对的任务与要解决的问题不同，选择的试验设计方法也应有所不同。正交试验设计法是通过认真分析产品各方面特性，选择影响其加工效果的重要因素，利用“正交表”进行科学地安排与分析多因素试验的方法。其主要优点是有很强的针对性，能在多种的试验方案中优选出具有代表性强的少数几个实用试验方案，并且通过优选后的这少数试验方案的试验结果进行分析，推断出最优

3、方案，同时还可以作进一步的分析，得到对所加工产品更多的相关各因素的信息。这是目前比较科学，效果显著的试验设计方法之一，是提高产品质量，提高加效率的最佳途径。二、正交试验设计法在难加工材料专用刀具研发制造中的应用与实践在公司科研生产中就加工钛合金专用刀具研制实例，来进一步对正交试验法在刀具方面的应用与实践进行阐述和分析。（一）现状情况分析钛合金整体闭式叶轮是我公司重点的科研项目，其加工难度大，技术含量高。其产品材料为难加工材料钛合金，切削性能不好，对刀具的技术要求非常高，要想加工出该产品，就需要研制出适合加工

4、钛合金材料的专用的刀具来保障生产，没有相应的专用刀具就很难完成这项高科技科研项目。我公司数控车间2007年开始试制加工钛合金整体闭式叶轮，生产情况如下：刀具名称使用数量使用时间刀具耐用度Φ3平刀4支120分钟60分钟／支Φ2.5合金钻头1支60分钟60分钟／支Φ3球刀8支240分钟30分钟／支Φ2.4球刀20支1200分钟60分钟／支word教育资料11..调查2007年整体闭式叶轮加工所用刀具情况调查表序号工序名称所用刀具用刀数量加工时间1粗铣Φ3平刀21小时2钻孔Φ2.5钻头11小时3前缘精铣1Φ3球刀

5、43.5小时4前缘精铣2Φ3球刀43.5小时5半精铣Φ3平刀21小时6背弧精铣1Φ2.4球刀44小时7内弧精铣1Φ2.4球刀44小时8背弧精铣2Φ2.4球刀44小时9内弧精铣2Φ2.4球刀44小时10侧壁精铣Φ2.4球刀44小时通过对2007年整体闭式叶轮加工所用刀具情况调查表可以看出，Φ2.4球刀刀具所用数量最多，刀具耐用度直接影响加工效率，所以我们就Φ2.4球刀进行正交试验。有针对性的进行“钛合金叶轮专用刀具”进行研制，通过运用科学的正交试验设计法，针对钛合金这种难加工材料，对影响加工效率最为主要的因素

6、“刀具耐用度”进行科学的正交试验，通过试验数据结果优化刀具几何参数，使刀具在相同的切削条件下，通过使用优选的刀具几何参数来获得最理想的切削效果从而达到最佳的刀具耐用度。同时根据车间要求，2008年整体闭式叶轮刀具的整体耐用度必须提高20％，达到66分钟／支，这样才能满足批生产的要求，要想满足生产需要，故我们应将目标定为：刀具的耐用度要提高30％，达到71.5分钟／支。word教育资料11..（二）材料分析钛合金是航空航天工业中应用广泛的一种难加工材料。因其导热系数小、化学活性高、加工硬化强烈、微观组织中存在

7、硬质相等特点，使得钛合金材料在加工时，切削温度高、单位切削力大、刀具磨损严重等，从而影响了钛合金的加工效率。1、TC6的组织特点　　TC6(TI-6Al-2.5Mo-2.0Cr-0.3Si-0.5Fe)含15～20%稳定化元素，属耐热钛合金，工作温度350～450℃。TC6　合金规定性能　　　室　温　性　能高　温　性　能dbd　y　αKMPa　%　%MJ·m-2温度dbd100℃MPaMPa931　10　23　0.3450　588　5392、TC6材料切削加工特点⑴切削刃负荷重。切削钛合金时切屑变形系数小，

8、按近或小于1,切屑与刀具前面的接触长度很短，只有切钢时的1／3～1／4。虽然切削力切钢时约小20%，但却集中在切削刃附近，容易造成刀具的崩刃。　　⑵切削温度高,由于钛合金导热性很差，且切屑接触长度很短，不利于切削热的导出，致使切削刃区温度较高，实验指出，切削钛合金的切削温度比切削45钢时约高一倍以上。⑶刀具磨损严重，切削钛合金时刀具容易磨损，除了切削温度高这个原因外，在切削过程中钛合金很容易与空气中的氮和氧化合形