時君麗， 王雅君， 孫秋花， 樊雙姣， 曲洪偉

（1.大連工業(yè)大學 機械工程與自動化學院，遼寧 大連 116034；2.大連三洋壓縮機有限公司，遼寧 大連 116600）

0 引 言

不斷提高壓縮機的能效比是當前制冷壓縮機技術領域研究的熱點，其技術手段之一就是降低壓縮機的摩擦損失提高機械效率，而曲軸是壓縮機中最重要的運動部件，它與上支撐、下支撐、動渦旋形成3個滑動副，以某品牌5馬力渦旋壓縮機為例，此3個滑動副摩擦損耗可達400W，占壓縮機輸入功率10%以上，因此降低曲軸的表面粗糙度會大大降低壓縮機的摩擦損耗，所以研究降低曲軸表面粗糙度的工藝方法對提高壓縮機的能效比具有非常重要的意義。

電化學拋光是指在一定電解液中金屬工件作為陽極溶解，使其表面粗糙度下降、光亮度提高，并產(chǎn)生一定金屬光澤的表面光整技術［1－3］。目前，該技術已在零部件精加工、零部件樣品制備及需要控制表面質(zhì)量與粗糙度的零件上獲得廣泛的應用。

影響曲軸粗糙度的工藝參數(shù)包括電解液種類、電解液濃度、電解液溫度、拋光時間、電流密度、電極極間間隙、砂帶粒度、工件轉(zhuǎn)速等，而且這些參數(shù)相互影響、相互作用。若8個參數(shù)各選3個水平進行全面試驗，需要付出大量的時間和試驗資源。本文通過正交試驗設計方法，與電化學拋光技術相結(jié)合，利用最少的試驗次數(shù)獲得了較理想的工藝參數(shù)組合，通過進一步的試驗驗證證明試驗結(jié)果達到了較高的要求。

1 試 驗

1.1 試驗條件

試驗機床：CDL6136高速臥式車床；電源：SMD－300D型數(shù)控脈沖電鍍電源；砂帶裝置：布基、氧化物堆積磨料、粘接接頭的優(yōu)質(zhì)砂帶；檢測儀器：RA200粗糙度儀；試驗樣件：45鋼的壓縮機曲軸，軸承部位長度Lr＝40mm，直徑Φ＝40mm。選取18試件，每個試件選擇2個粗糙度檢測取樣位置，檢測位置如圖1所示，分別是標注的位置1和位置2，兩位置的粗糙度初始數(shù)據(jù)見表1。

圖1 曲軸檢測位置Fig.1 Crankshaft measurement position

1.2 試驗方案設計

1.2.1 制定因素水平表

經(jīng)過分析篩選，確定拋光時間、電解液種類、電解液濃度、電解液溫度、電流密度、電極間隙、砂帶粒度和工件轉(zhuǎn)速8個因素。這8個因素均可以取相應的水平，并可以形成多種組合，考慮到工件拋光時間的變化對超精加工效率影響較小，選2個水平，其他因素則根據(jù)以往的經(jīng)驗，確定3個水平。影響曲軸電化學拋光效果的因素水平組合見表2。

表1 試件初始粗糙度數(shù)據(jù)Tab.1 Initial roughness data of sample

表2 電化學拋光影響因素及水平Tab.2 Electrochemical polishing influencing factors and levels

1.2.2 試驗安排

據(jù)因素水平表選用L18（21×37）正交表，該表恰好能安排1個2水平的因素和7個3水平因素，共需做18次試驗［4］。試驗安排及曲軸位置1和位置2的粗糙度見表3。

1.3 試驗結(jié)果分析

利用極差分析法對曲軸電化學拋光實驗結(jié)果進行分析［5］，如表4所示。表中 K1、K2、K3、分別表示各因素對應相同水平粗糙度檢測結(jié)果之和，R 為K1、K2、K3的極差。

1.3.1 確定因素的重要度

根據(jù)極差R的大小確定關鍵、重要、一般、次要因素的原則，對于位置1來說，8個因素的極差R從大到小的順序為：A、F、D、B、C、E、H、G，因此，得出對于位置1粗糙度關鍵因素：A，重要因素：F、D，一般因素：B、C、E、H，次要因素 G。同樣，對于位置2，關鍵因素：D，重要因素：A、E，一般因素：B、C、F、G，次要因素：H。

1.3.2 確定因素的水平

由于曲軸的表面粗糙度越小越好，從表4中K1、K2、K3顯示的結(jié)果可以看出，對于位置1，因素A的K1值最小，因素B的K1值最小，因素C的K1值最小，因素D的K3值最小，因素E的K1值最小，因素F的K3值最小，因素G的K1值最小，因素H的K1值最小，因此，最優(yōu)方案組合是A1B1C1D3E1F3G1H1。同樣，對于位置2可知最優(yōu)方案組合是A1B1C1D2E2F2G1H1。那么，綜合來說，8因素可能選擇的最佳水平如表5所示。

表3 正交試驗結(jié)果Tab.3 Result of orthogonal experiment

表4 正交試驗結(jié)果分析Tab.4 Analysis of orthogonal experiment result

表5 各參數(shù)可能選擇的最佳水平Tab.5 The optimal leve of each parameter may choose

1.3.3 各因素水平趨勢

由于位置1和位置2實驗數(shù)據(jù)的差異，不能完全獲取各因素的最佳水平，因此可以畫出各個影響因素的水平趨勢圖，輔助尋找可能更優(yōu)方案［6］。用影響粗糙度各因素的水平作橫坐標，粗糙度結(jié)果之和為縱坐標，在圖中畫出相應的點，用直線把它們依次連接起來，會形成各因素在電化學拋光時對粗糙度影響水平趨勢折線。各因素在電化學拋光時對粗糙度的影響結(jié)果如圖2所示。

圖2 粗糙度與電化學拋光參數(shù)關系Fig.2 The relations between roughness and electrochemical polishing parameters

由水平趨勢圖看出，使得粗糙度最低的曲軸電化學拋光方案為A1B1C1D2E2F3G1H1。綜合上述方法得到最優(yōu)試驗方案如表6所示，即：拋光時間180s，電解液種類NaNO3，電解液質(zhì)量分數(shù)25%，電解液溫度30℃，電流密度40A／cm2，電極間間隙0.3mm，砂帶粒度1 200，工件轉(zhuǎn)速230r／min。

表6 各參數(shù)選擇的最佳水平Tab.6 The optimal level of each paramete

2 驗證試驗

為保證電化學拋光工藝參數(shù)的合理性和穩(wěn)定性，進行如下的驗證試驗。

2.1 驗證試驗條件

試驗機床、試驗電源、砂帶裝置及檢測儀器同前。

試驗樣件：10根45號鋼的5馬力渦旋壓縮機曲軸，軸承部位長度Lr＝40mm，直徑Φ＝40mm，試件取位置1和位置2拋光前粗糙度的平均值，如表7所示。

表7 試驗驗證結(jié)果Tab.7 The results of verification test

2.2 驗證試驗方法

采取隨機抽樣的方法進行試驗加工，即在一批工件中隨機抽取某個工件作為試件進行試驗。

2.3 驗證試驗結(jié)果

根據(jù)正交試驗方法選取的最優(yōu)工藝參數(shù)對壓縮機曲軸進行電化學拋光，試件位置1和位置2電化學拋光前后粗糙度平均值試驗結(jié)果如表7所示，結(jié)果表明，電化學拋光后的表面粗糙度明顯降低。改善百分比最高68.7%，最低40.8%，達到了預期的目標。

3 結(jié) 論

（1）項目已達到的技術指標加工直徑范圍為24～40mm；加工表面粗糙度改善率50%以上，其他各項精度均達到加工要求。

（2）按試驗得到的最佳工藝參數(shù)對渦旋壓縮機曲軸進行電化學拋光后，其表面粗糙度值及曲軸構成的摩擦損耗明顯降低。

（3）正交試驗與電化學拋光結(jié)合的方法對于解決機械產(chǎn)品零部件粗糙度工藝參數(shù)的優(yōu)化提供了思路，為今后解決這一問題提供了一種方法。

（4）存在不足：由于試驗是在企業(yè)現(xiàn)有的電化學設備和技術水平上進行的，一些因素的水平量受試驗環(huán)境的約束，目前的結(jié)果可能并不是最佳組合參數(shù)。隨著電化學拋光設備和技術的發(fā)展，將不斷探索更合理的電化學拋光壓縮機曲軸工藝參數(shù)。

［1］韋瑤，杜高昌，藍偉強.電化學拋光工藝的研究及應用［J］.表面技術，2001，30（1）：19－24.

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［5］趙靜，孟相忠，張銅鋼.連鑄工藝參數(shù)正交試驗模擬優(yōu)化［J］.鑄造技術，2010，31（7）：23－24.

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