锥齿轮淬火变形控制的数值模拟研究

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文锥齿轮淬火变形控制的数值模拟研究硕士研究生：侯兴隆指导教师：刘二宝讲师学科、专业：材料科学与工程论文主审人：金国教授哈尔滨工程大学２０１７年１２月分类号：密级：UDC：编号工学硕士学位论文锥齿轮淬火变形控制的数值模拟研究硕士研究生：侯兴隆指导教师：刘二宝讲师学位级别：工学硕士学科、专业：材料科学与工程所在单位：材料科学与化学工程学院论文提交日期：2017年12月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertat

2、ionfortheDegreeofM.EngNumericalsimulationonquenchingdeformationcontrolofbevelgearCandidate:HouxinglongSupervisor:Prof.LiuerbaoAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MaterialsScienceandEngineeringDateofSubmission:Dec.,2017DateofOralExamination:Mar.,2018University:Harbin

3、EngineeringUniversity锥齿轮淬火变形控制的数值模拟研究摘要锥齿轮是机械行业中重要的零部件，广泛用于大型设备及精密仪器中，加工质量的好坏直接影响使用性能。因其结构复杂，精度要求较高，淬火过程中常出现严重变形（平面翘曲、内孔畸变、齿形变化）问题，因此对于控制锥齿轮变形的研究则具有十分重要意义。随着计算机技术的快速发展，研究人员广泛采用有限元模拟技术研究淬火变形问题。本文基于ABAQUS建立合理的物理模型，对9310钢锥齿轮淬火过程进行模拟，探究冷却过程的温度场、应力场变化规律。通过优化淬火工艺参数，模拟压力淬火，提出合理的控制锥齿轮淬火变形方案。

4、基于传热学基本原理和热弹塑性理论内容，确定了淬火模拟过程所需的性能参数。利用ABAQUS模拟锥齿轮淬火过程，分析锥齿轮淬火过程中特征部位的冷速变化及淬火后整体应力分布情况。由温度场、应力场相互作用规律可知，内外温差过大、各部位冷速不均匀造成了局部应力集中，并且冷速不均导致组织转变的不同步，两方面原因使锥齿轮变形过大。改变淬火工艺参数（淬火介质，淬火温度和淬火介质温度）、模具压力加载方式及载荷大小，可以有效控制锥齿轮平面翘曲、内孔畸变和齿形变化。模拟结果表明，以20号机油为淬火介质，淬火温度为840℃，油温为60℃，是控制9310钢锥齿轮淬火变形的最佳工艺。淬火过

5、程使用压床进行内外圈同时加载，内圈压力控制为15MPa、外圈压力控制为50MPa，整体变形得到有效控制。平面翘曲量有效控制在0.12mm，内孔收缩量减小至1.65mm-2.0mm之间，内孔畸变程度降至最低。关键词：锥齿轮；有限元模拟；淬火变形；淬火工艺；模具压力锥齿轮淬火变形控制的数值模拟研究ABSTRACTAsoneofthemostimportantpartsinthemachineryindustry,bevelgearsarewidelyusedinlargeequipmentandprecisioninstruments.Theperformanceo

6、fthemachinesisaffecteddirectlybytheprocessingqualities.However,severedeformationssuchasplanewarpage,innerholedistortionandtoothshapechange,oftentakeplaceduringquenchingprocessesbecauseofitshighprecisionandcomplexstructures.Inthissituation,ithasgreatsignificanceincontrollingthedeforma

7、tionofbevelgears.Withtherapiddevelopmentofcomputertechnology,therearemanyresearchersusingfiniteelementsimulationtechnologytostudyquenchingdeformation.BasedonABAQUS,areasonablephysicalmodelisestablished,thequenchingprocessof9310steelbevelgearsissimulated,andthechangeoftemperaturefield

8、andstressfie