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强约束条件下伞齿轮淬火工艺仿真及其变形控制

作　者: 丁立勇
导　师: 朱景川
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: 有限元模型伞齿轮淬火变形温度场模压淬火变形控制方案
分类号: TG162.73
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

针对热处理过程中工件的变形问题，世界各地的研究人员投入了大量的人力物力进行研究，同时随着计算机技术的发展，研究人员开始广泛的使用有限元模拟计算来研究热处理过程中的变形控制。本文针对伞齿轮这类复杂工件的淬火变形问题，基于大型有限元软件ABAQUS，对伞齿轮的淬火工艺进行仿真模拟，分析其温度场分布规律和伞齿轮工件淬火变形特点，提出合理的模压淬火变形控制方案。首先，根据伞齿轮的实际淬火过程，进行一定的简化，确定材料的各项热物性参数和力学性能参数，考虑了马氏体转变的相变潜热，并测定了淬火过程中的热膨胀系数，建立伞齿轮淬火有限元模型。利用ABAQUS/Standard计算了伞齿轮工件的温度场，分析淬火过程中伞齿轮工件各个位置的温度变化规律，并根据温度场的模拟结果对马氏体组织转变过程进行了预测。此外，将温度场模拟结果作为预定义场，对伞齿轮淬火过程中的应力应变场进行模拟，分析伞齿轮淬火过程中的残余应力分布规律，观察淬火过程中，在热应力和组织应力共同作用下产生的伞齿轮淬火变形，分析淬火过程中产生的塑性应变，测定平面翘曲(或凹心)变形量和齿的变形量。最后，根据淬火过程中伞齿轮工件的变形特点，模拟伞齿轮的模压淬火过程，分析芯轴、压床载荷和加载方式对伞齿轮淬火变形的影响规律，综合对比模拟结果，确定合适的芯轴尺寸、压床载荷和加载方式。同时，模拟了渗碳层对伞齿轮淬火变形的影响规律，分析了包含渗碳层的伞齿轮工件淬火后的平面翘曲(或凹心)变形量和齿的变形量，利用已确定的芯轴尺寸、压床载荷和加载方式，模拟淬火压床对包含渗碳层的伞齿轮的淬火变形控制，提出最优的变形控制方案。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-20
  1.1 引言  10
  1.2 伞齿轮类零件热处理变形问题  10-12
  1.3 伞齿轮类零件热处理变形控制  12-15
    1.3.1 伞齿轮类零件的淬火变形控制工艺  12
    1.3.2 国内外研究现状  12-15
  1.4 热处理过程的计算机模拟  15-19
    1.4.1 热处理数值模拟发展概况  15-18
    1.4.2 有限元软件 ABAQUS 简介  18-19
  1.5 本文的研究意义及目的  19-20
第2章试验材料及研究方法  20-31
  2.1 试验材料  20
  2.2 相变点测试  20-21
  2.3 热压缩试验  21-22
  2.4 常温力学性能测试  22
  2.5 淬火过程中的温度场模拟  22-24
    2.5.1 传热学基本方程  22-24
    2.5.2 温度场边界条件  24
  2.6 淬火过程中的应力场模拟  24-28
    2.6.1 热应力模拟  24-25
    2.6.2 热弹性问题  25-27
    2.6.3 热塑性变形  27-28
  2.7 淬火过程中组织转变的计算  28-31
    2.7.1 相变动力学基本方程  28-29
    2.7.2 Scheil 叠加法则  29-31
第3章被动伞齿轮模压淬火有限元模型  31-46
  3.1 引言  31
  3.2 被动伞齿轮 CAD 模型  31-32
  3.3 材料特性设置  32-36
    3.3.1 相变潜热的处理  32-34
    3.3.2 材料各项热物性和力学性能参数的确定  34-36
  3.4 有限元网格划分及边界条件设定  36-39
    3.4.1 网格划分  36-38
    3.4.2 边界条件设定  38-39
  3.5 材料本构方程的建立  39-44
    3.5.1 应变硬化函数的确定  40-42
    3.5.2 热软化函数的确定  42-44
  3.6 模拟准静态热压缩试验  44-45
  3.7 本章小结  45-46
第4章被动伞齿轮淬火过程温度场应力场模拟结果  46-58
  4.1 引言  46
  4.2 温度场模拟结果  46-51
    4.2.1 伞齿轮淬火过程中温度场变化规律  46-50
    4.2.2 马氏体转变过程预测  50-51
  4.3 应力场模拟结果  51-53
    4.3.1 温度场和应力场顺序耦合  51-52
    4.3.2 残余应力分析  52-53
  4.4 伞齿轮淬火过程中各部位的变形  53-56
  4.5 本章小结  56-58
第5章伞齿轮淬火变形控制  58-71
  5.1 引言  58
  5.2 加入芯轴控制内孔变形  58-59
  5.3 淬火压床对伞齿轮淬火变形的影响  59-65
    5.3.1 压床载荷对伞齿轮淬火变形的影响  59-63
    5.3.2 压床加载方式对伞齿轮淬火变形的影响  63-65
  5.4 渗碳层对伞齿轮淬火变形的影响  65-68
    5.4.1 渗碳层各项材料性能参数的确定  65-66
    5.4.2 渗碳层厚度对伞齿轮淬火变形的影响  66-68
  5.5 对含有渗碳层的伞齿轮工件进行淬火变形控制  68-69
  5.6 本章小结  69-71
结论  71-73
参考文献  73-79
致谢  79

强约束条件下伞齿轮淬火工艺仿真及其变形控制

内容摘要

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