試驗設計與分析minitab論文分析報告

1、. . . . 試驗設計與分析結課論文論 文 名 稱：水射流鉆頭噴嘴電火花線切割加工工藝正交優(yōu)化試驗 姓 名：西洋學 號：2009092749院系專業(yè)班級：機電學院09工業(yè)1班任 課 教 師：梅衛(wèi)江2012年 5月5日水射流鉆頭噴嘴電火花線切割加工工藝正交優(yōu)化試驗摘 要 針對水射流鉆頭噴嘴制造過程 中存在 的問題，試驗采用正交優(yōu)化試驗方法，通過極差分析和方差分析，研究了電火花線切割脈沖電流、脈沖寬度和脈沖間隔等工藝參數(shù)對射流鉆頭噴嘴孔口表面粗糙度的影響，確定了因素的最佳水平組合和因素的主次順序與線切割 的最佳工藝參數(shù)。試驗結果表明，當采用脈沖電流 1.6A、脈沖寬度 8s和脈沖間隔40s的參數(shù)

2、組合時，噴嘴孔口表面質量較高，其表面粗糙度小于2.4m。研究結果可為選擇水射流噴嘴電火花線切割加工工藝制定提供試驗依據(jù)。 關鍵詞 水射流鉆頭噴嘴；電火花線切割 ；正交優(yōu)化試驗。正 文 高壓水射流技術是近 20年來發(fā)展起來的一門新技術，已被廣泛應用于煤炭、石油化工、交通運輸、鋼鐵、機械等行業(yè)。高壓水射流基本原理是利用高壓水發(fā)生設備產(chǎn)生高壓，通過噴嘴將壓力能轉變?yōu)楦叨染奂乃淞鲃幽?，可用這種射流對物料進行切割、破碎和清洗。 噴嘴是高壓水射流鉆頭的重要部件，其加工質量 (表面質量 、形狀和尺寸精度)的好壞直接影響到切割效果。電火花線切割加工方法可以加工出精密細小、形狀復雜的零件，完全能滿足水射流鉆

3、頭噴嘴加工的技術要求。 電火花線切割加工質量受到多種因素影響，而脈沖電流、脈沖寬度和脈沖間隔等工藝參數(shù)等加工參數(shù)是影響加工質量的關鍵因素，若加工參數(shù)選擇不當，會引起加工過程的不穩(wěn)定，直接地影響加工后的加工質量。因此 ，該試驗采用正交試驗方法，對電火花線切割加工工藝參數(shù)進行優(yōu)化，獲得最佳組合工藝參數(shù) ，為制造高質量的水射流鉆頭噴嘴提供試驗依據(jù)。1. 試驗原理、目的與條件 正交試驗設計是研究多因素多水平的一種高效率、快速、經(jīng)濟的試驗設計方法。它用正交表來安排試驗 ，能以較少的試驗次數(shù)、較短的試驗周期，用極差分析方法、方差分析方法、回歸分析方法等對試 驗結果進行分析，迅速找出影響指標的主要因素，進而

4、找到較優(yōu)的工藝參數(shù)。正交試驗包括制定正交因素表、安排試驗、計算和結果分析等幾個部分。 試驗的主要目的是：應用極差分析法確定水射流鉆頭噴嘴 電火花切割加工中脈沖電流 IN(A)、脈沖寬度T1(s)和脈沖間隔T2(s)等因素主次和各試驗因素的最佳水平；應用方差分析法判斷各因素的主次和顯著性；依據(jù)試驗因素主次、顯著性綜合平衡得出各因素在試驗圍的最佳組合。 試驗的水射流鉆頭噴嘴的材料為YG3硬質合金，在 CNC-W5精密型中走絲線切割機床上進行加工試驗。在線切割加工噴嘴過程中，表面粗糙度即是評價加工質量的重要指標之一，同時也是影響水射流鉆頭切割效率的重要參數(shù)，因此該試驗以噴嘴的表面粗糙度作為評判水射流

5、鉆頭噴嘴線切割質量的標準。 2. 正交試驗方案設計與因素選擇在噴嘴孔口線切割加工過程中，影響加工質量的工藝參數(shù)主要包括：脈沖電流 I (A)、脈沖寬度T1(s)和脈沖間隔T2(s)，故選用這3個因素作為研究對象。每個試驗因素取 3個水平，即該試驗是3因素3水平的正交試驗設計，選用正交表設計試驗方案，共需要 9次數(shù)值模擬試驗(而全面試驗需要 27次)。正交試驗設計因素水平如表 1所示。表1 因素水平表水平因素A：脈沖電流IN/AB：脈沖寬度T1/sC：脈沖間隔T2/s10.681621.6163232.824403. 正交試驗分析3.1選擇統(tǒng)計 > DOE > 因子 >創(chuàng)建田口

6、設計：3.2 在田口設計中選擇3水平設計，因子數(shù)為4：3.3 在田口設計中選擇設計，如下所示，在對話框中單擊確定：3.4 在田口設計中選擇因子，如下所示，點擊確定：3.5 在田口設計中點擊確定后，如下圖所示：3.6 在C5列輸入如下值：3.7選擇統(tǒng)計 > DOE > 因子 > 分析田口設計。如下圖所示：3.8 點擊分析田口設計中的分析，如下圖所示，點擊確定：3.9 選擇上圖中的選項，如下圖所示，點擊確定：3.10 點擊分析田口設計中的確定，出現(xiàn)如下所示：圖1 因素水平對表面粗糙度的影響趨勢圖：圖 1所示為各因素指標對水射流鉆頭噴嘴線切割加工表面粗糙度影響的變化趨勢圖。從圖可以

7、看出，噴嘴的表面粗糙度隨脈沖電流、脈沖寬度的增加而顯著增加，而隨著隨脈沖間隔的增大，噴嘴的表面粗糙度變化很小。因此，在實際生產(chǎn)中，制定噴嘴的線切割工藝規(guī)時，要著重考慮脈沖電流和脈沖寬度的選取圍，以求效果達到最優(yōu)。表2極差分析表水 平A：脈沖電流IN/AB：脈沖寬度T1/sC：脈沖間隔T2/sD：誤差估計表面粗糙度Ra/m11(0.6)1(8)1(16)11.8212(16)2(32)22.7313(24)3(40)34.142(1.6)1232.4522313.5623124.373(2.8)1323.0832134.7933215.2K12.8672.4003.6003.500K23.400

8、3.6333.4333.333K34.3004.5333.5333.733極差1.4332.1330.1670.400影響排名2143根據(jù)試驗獲得的結果 (見表 2)，通過計算得到各因素的試驗指標和各因素的極差。 根據(jù)極差分析原理可知，極差的大小說明各 因素對試驗結果影響的主次，極差最大的因素，說明該因素的水平改變時對試驗指標 的影響最大。從表2極差分析計算結果可知，RB >RA >RC，表明B (脈沖寬度)因素對水射流鉆頭噴嘴線切割加工表面粗糙度的影響最大；因素 A (脈沖 電流)影響次之；因素 C (脈沖間隔)影響最小。而該試驗中因素的水平的最小值為該 因素的最優(yōu)水平，各因素的

9、最優(yōu)水平的組合為最優(yōu)生產(chǎn)條件。從表 2中可以得知 ，各因素的最優(yōu)水平分別是 Al 、Bl 、Cl ，因此最佳組合是 BlAlCl。 3.11 建立三維表面圖 (1) 選擇圖表 >3D曲面圖，如下圖所示：(2) 選擇圖表 >3D曲面圖 >3D曲面圖 - 曲面，如下圖所示：(3) 點擊上圖“確定”，得到3D曲面圖：圖2 表面粗糙度與各因素的曲面圖3.12 建立輪廓圖（等高線）(1) 選擇圖表 >等值線圖，如下圖所示：(3) 點擊上圖“確定”，得到等值線圖：圖3 表面粗糙度與各因素的等值線圖4. 方差分析(1) 選擇統(tǒng)計 > 方差分析 >一般線性模型，如下圖所示：

10、(2) 點擊上圖“確定”，得到各因素的方差分析，如下圖所示：表3 方差分析結果來 源自由度誤差平方和SS調整后的SS調整后的均方MSFPA：脈沖電流IN/A23.14993.1499 1.574413.000.071B：脈沖寬度T1/s26.8822 6.8822 3.441128.410.034C：脈沖間隔T2/s20.0422 0.0422 0.02110.170.652誤 差20.2422 0.24220.1211合 計810.3156 在表3中，通過比較各因素的均方和與誤差的均方和的比值F的大小，可知FB> FA > FC。由于FB> F0.05 (2，2)=19，表

11、明因素B (脈沖寬度)影響顯著。而FA F0.1 (2，2)=9，表明因素 A (脈沖電流)對噴嘴表面粗糙度的影響較顯著。由于FC與FA、FB相比很小，所以脈沖間隔對噴嘴表面粗糙度的影響可以近似忽略。試驗數(shù)據(jù)的方差分析結果與極差分析結果相符。 5. 最佳工藝參數(shù)的確定 在確定水射流鉆頭噴嘴最佳線切割工藝時，必須選取顯著 因素的優(yōu)水平 的優(yōu)搭配來保證加工質量，但同時也應考慮線切割工藝參數(shù)對加工穩(wěn)定性和加工效率的影響。由表2、表3與圖1可知，水射流鉆頭噴嘴線切割工藝參數(shù)的最佳組合是 A1 B1 C1，即采用脈沖電流06A、脈沖寬度8s和脈沖間隔16s的參數(shù)組合，可獲得較低的表面粗糙度。但從噴嘴線切

12、割加工的穩(wěn)定性等因素綜合考慮，脈沖電流過小將不能產(chǎn)生放電火花，會降低切割效率和電弧的穩(wěn)定性，因此可以 當?shù)脑黾用}沖電流。再由圖1 (a)可知，當脈沖電流從 06A增加到16A時，水射流鉆頭噴嘴的表面粗糙度增加比較緩慢，因此A因素中應選擇A2作為最優(yōu)水平。而水射流鉆頭噴嘴的表面粗糙度隨脈沖寬度的增加顯著增加，雖然此時脈沖寬度較小：切割效率下降，但加工質量高，因此B因素中應選擇B1作為最優(yōu)水平合適 。從圖1 (c)和表5可知，脈沖間隔對噴嘴表面粗糙度的影響不顯著，但脈沖間隔過小易產(chǎn)生短路 ，不利于冷卻和電蝕物的排出，因此適當加大脈沖間隔以充分消除放電產(chǎn)物，形成穩(wěn)定切割 ，因而C因素中應選擇C3作為

13、最優(yōu)水平。通過以上綜合分析，最終確定各因素的最佳組合應為A2B1C3，即在該試驗條件下，水射流鉆頭噴嘴的最佳線切割工藝應為脈沖電流16A、脈沖寬度8s和脈沖間隔 40s。6. 試驗驗證在試驗數(shù)據(jù)的極差分析中，認為最好是試驗條件為A1 B1 C1；通過方差分析后，對顯著因素的比較，在考慮保證加工穩(wěn)定性和加工效率的前提下，又確定為A2B1C3。對于后者是否真的符合要求，必須通過試驗驗證。 對A2B1C3條件，重復進行3次試驗，噴嘴的表面粗糙度分別為235、22、238m，平均值為231m，精度均高于表3中相近因素水平的試驗數(shù)據(jù)，并且能夠滿足鉆井工程的使用性能要求，可確定為水射流鉆頭噴嘴的線切割加工

14、工藝的最佳工藝參數(shù)。 7. 結 論 1)通過正交試驗法，采取正交表對水射流鉆頭噴嘴線切割工藝參數(shù)進行了優(yōu)化試驗；通過極差分析，確定了主次因素是B (脈沖寬度)>A (脈沖電流)>C (脈沖間隔)，得出其線切割 的最佳工藝參數(shù)是A2B1C3，即脈沖電流16A、脈沖寬度 8s和脈沖間隔 40s。2)正交試驗的方差分析表明，所考慮的3個因素 (脈沖寬度、脈沖電流和脈沖間隔)對水射流鉆頭噴嘴的表面粗粗度均有影響，而脈沖寬度對噴嘴的表面粗糙度影響最為顯著，其次是脈沖電流，再次是脈沖間隔。在實際工程中，分清主次因素和影響的顯著性對工程質量具有重要意義 。 3)驗證試驗表明，試驗結果與預測的最佳工藝參數(shù)相符 ，在脈沖電流 16A、