基于多場耦合仿真的弧齒錐齒輪滲碳淬火熱處理優(yōu)化.pdf

1、弧齒錐齒輪齒面幾何形狀與嚙合理論非常復雜。在生產(chǎn)中，一方面對其齒面質(zhì)量要求很高，另一方面需要在擁有優(yōu)良耐磨性的同時具備較高抗接觸疲勞和抗彎曲疲勞性能?，F(xiàn)今汽車工業(yè)通常采用滲碳淬火表面強化技術(shù)提高零件機械性能，工件淬火后可以獲得外硬內(nèi)韌的組織分布。但是淬火過程冷卻介質(zhì)流動不均、組織轉(zhuǎn)變、熱應(yīng)力作用將使零件不可避免地產(chǎn)生扭曲和變形，降低幾何精度。
　　過去弧齒錐齒輪相關(guān)熱處理研究集中于熱應(yīng)變及組織應(yīng)變對工件幾何精度的影響，忽略淬火過程

2、冷卻介質(zhì)流動對熱邊界條件變化的影響。這種簡化方式適于淬火槽內(nèi)流場分布均勻、工件幾何形狀簡單的情況，但對于預測結(jié)構(gòu)復雜零件的冷卻歷史有一定局限性。相關(guān)研究結(jié)果顯示，淬火冷卻階段換熱系數(shù)的取值對仿真計算結(jié)果影響很大。
　　為減小弧齒錐齒輪熱處理畸變，了解熱處理過程組織演變、應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律，對考慮冷卻介質(zhì)流動影響的弧齒錐齒輪滲碳淬火熱處理進行了如下研究：
　?。?）使用三維軟件UG建立弧齒錐齒輪及現(xiàn)有淬火槽模型，使用流體動力學軟

3、件CFX對現(xiàn)有淬火槽內(nèi)冷卻介質(zhì)流場分布進行了研究，得到槽內(nèi)流場分布及相關(guān)因素影響規(guī)律。
　?。?）在上述研究基礎(chǔ)上提出均化流場分布的方案，得到單向、均勻、可控的淬火槽流場分布；將考慮介質(zhì)流動的換熱系數(shù)作為淬火槽內(nèi)冷卻背景下多場耦合計算動態(tài)熱邊界條件，使考慮介質(zhì)流動的多場耦合滲碳淬火仿真計算成為可能，并提高了仿真預測準確度。
　　（3）使用材料預報軟件Jmatpro預測了20CrMoH低碳合金鋼的材料性能，使用熱處理仿真軟件D

4、eform-HT對考慮冷卻介質(zhì)流動的滲碳淬火熱處理進行了仿真研究，分析了弧齒錐齒輪在滲碳淬火熱處理中溫度變化、組織演變規(guī)律，得到了碳元素分布、微觀組織分布、硬度分布、殘余應(yīng)力及熱畸變等信息，為熱處理工藝參數(shù)的調(diào)整提供參考。仿真計算結(jié)果顯示，淬火后齒頂產(chǎn)生鼓形凸起，可能使齒輪副出現(xiàn)頂緣接觸。
　?。?）為了在保證齒面硬度的同時縮短鼓形長度，使用正交試驗對考慮介質(zhì)流動影響的滲碳淬火熱處理工藝進行了優(yōu)化，以介質(zhì)溫度、入口速度、保溫溫度及