大型齿圈热处理变形的影响因素及控制方法(1)

热处理工艺——变形影响重要因素
• 齿圈的变形不外乎是力的作用:机械加工的残余应力，淬 火过程中产生的组织应力和热应力 • 热应力:淬火齿圈在冷却过程中内部存在温度梯度而产生。 冷却初期,表面处于拉应力状态，心部处于压应力状态。 冷却近结束时段，表面由拉应力转变为压应力,心部则由 压应力转变为拉应力。 • 组织应力：齿圈在淬冷过程中，奥氏体向贝氏体和马氏体 等组织转变，由于奥氏体比容小于马氏体，因而在淬火冷 却时，奥氏体向马氏体转变必然引起体积的膨胀。冷却初 期，工件的表层处于压应力状态，而内部则处于拉应力状 态。后续冷却过程，内部由拉应力转变为压应力状态，而 外部由压应力转变为拉应力状态。 • 淬火过程中两者是同时产生。
大型齿圈热处理变形的影响因 素及控制方法
指导老师：胡建军 李晖 学生：孙飞 刘威
涵盖内容介绍
• 对于提交论文的解读
• 大型齿圈热处理变形概况 • 齿圈变形影响因素 • 大型齿圈变形的预测及控制方法
• 模拟方法的探索与进展 • 对于下一步工作的展望
大型齿圈热处理变形概况ห้องสมุดไป่ตู้
• 胀缩度 • 锥度 • 椭圆度
大型齿圈变形的预测
• 预测方法：计算机模拟结合实际生产数据 分析探究其原因 模拟过程：利用abaqus软件（温度场模拟— —应力场模拟——组织转变过程） 应力场：热应力和相变应力
大型齿圈变形的控制方法
• 针对影响变形因素采取的措施
• • • • 合理的零件设计：零件上避免盲孔、尖棱。 保证工件淬火硬度要求下，设计合适的热处理工艺 掌握热处理变形规律，施用反变形、收缩端预胀孔 非对称或厚度不均匀零件常常采用预留加工量的方 法，热处理后再加工
椭圆度
• 材质不均匀，热处理的装炉方式不当，会 使齿圈产生不均匀胀缩、不对称畸变，形 成椭圆。。
变形影响因素
• 机械加工——机械加工工艺产生的残余应 力的大小是影响齿圈变形程度的重要影响 因素。 • 齿圈材料——原材料淬透性不同，导致了 淬透性带宽的不同，热处理后的组织就会 出现差异，变形也就不一样 。 • 热处理工艺
胀缩度
• 大型齿圈在加热时由于齿圈内外温度差的存 在，会使齿轮发生塑性镦粗，外径增大，加 热越快，镦粗越明显。在冷却时，内外应力 形式与加热时相反，会发生塑性拔长，外径 减小。
径向收缩，轴向膨胀 径向膨胀，轴向收缩
·
锥度
• 由于齿轮的自重，加上长时间高温渗碳引 起蠕变 ； • 加热炉炉膛中存在温度差，对于最上层齿 轮，下端面受热辐射大，加热快，墩粗效 应大，而上端面加热慢，墩粗效应小 。
• 利用补偿法和压淬法控制变形
• 设计相应补偿环 • 装芯棒淬火 • 压床淬火
热应力分析过程
-- ABAQUS 提供三种热应力分析程序：
1.顺序耦合热应力分析，最常用的方法 • 当应力是由热量场存在造成的，并且热求解过程与应力状态无关，也 就是说应力依赖于热产生，而热并不依赖位移。 • 需要跑两个分析: 先分析热传导，再将温度结果导热应力分析 • 热分析的结果，如温度(位置，时间的函数)被读入应力分析，作为一个 预定义场。 2.完全耦合热应力分析，最常用的方法 • 应力依赖于温度场并且温度也依赖于应力场。 • 只需要跑一个析。 3.绝热分析 • 这个分析的目的是模拟机械的变形产生局部的热量，但是时间很短， 热传导不明显 • 所有的温度增加是在材料局部发生的，并且只影响局部材料点的机械 属性 。（可借鉴用来模拟相变过程中体积变化的过程）
热传导分析结果
后期工作安排
• 探索如何进行应力模拟分析过程 • 结合ansys软件探究相变模拟过程或者寻找 程序编写来实现 • 主要还是要结合模拟的结果来分析齿圈热 处理变形的规律，然后结合已有的控制变 形的方法来摸索出更好的控制方法。
期待各位老师能给出指导意见 谢谢！