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原文传递汽车轮毂轴承套圈淬火工艺的仿真分析

论文题名：	汽车轮毂轴承套圈淬火工艺的仿真分析
关键词：	汽车轮毂;轴承套圈;淬火工艺;计算机仿真;等效应力;变形波动
摘要：	汽车轮毂轴承在汽车零部件中属于关键的传动部件之一，其综合力学性能与热处理工艺紧密相关。淬火工艺作为改善和提高金属材料性能的重要手段之一，被广泛应用于轴承行业。在实际工作中，由于汽车轮毂轴承套圈表面易出现点蚀、开裂、快速磨损等失效，因此要求工作表面具有足够的硬度和耐磨性，同时还要具备很好的韧性，保证其寿命。本文通过对汽车轮毂轴承套圈的淬火工艺进行计算机仿真研究与试验验证，分析汽车轮毂轴承套圈在淬火过程中的温度场、应力应变场、组织场的变化规律，为热处理工艺优化、工件自身结构优化提供理论依据。　　文中首先使用材料性能模拟软件JMatPro得到了GCr15钢的随温度变化的材料性能参数，然后考虑了边界对流换热系数、相变潜热以及热物性参数等非线性因素的影响，建立了轮毂轴承套圈淬火的温度-组织-应力/应变多场耦合模型并利用基于工艺模拟系统的有限元分析软件DEFORM进行分析，得出以下结论：　　(1)轴承套圈表面的冷却速度最快，心部的冷却速度最慢，心表最大温差高达280℃，导致套圈产生热应力。　　(2)经淬火后，轮毂轴承套圈的马氏体含量达到92.7％，硬度值为64.5HRC，并将模拟值和试验值进行对比验证，结果比较吻合。　　(3)轮毂轴承套圈在淬火过程中会产生两个应力峰值，第一个应力峰值出现在工件刚落入淬火介质中的时刻，此时主要受热应力影响；第二个应力峰值出现在奥氏体向马氏体转变的时刻，此时主要受组织应力影响。　　(4)轮毂轴承套圈在淬火后略有膨胀，套圈外壁中部的膨胀量比两端部的膨胀量大，沟道的膨胀量也较为明显。对轮毂轴承套圈变形进行了试验测量，并将模拟值和试验值进行对比验证，结果比较吻合。　　(5)研究了轮毂轴承套圈的不同结构参数对等效应力及变形的影响，得出当套圈的壁厚趋于一致时，外表面和滚道处的等效应力呈下降趋势，且分布较为均匀。同时，轮毂轴承套圈弧形槽结构的等效应力的大小与分布情况好于矩形槽结构。对于变形情况，轮毂轴承套圈矩形槽结构的变形情况比较不理想，仍然出现变形不均匀现象，而弧形槽结构的变形随着壁厚趋于一致，变形也随之变得均匀。　　(6)研究了不同冷却介质对等效应力及变形的影响。NaOH溶液作为淬火介质，工件淬火后的等效应力是油淬火介质的一半，且变形程度较为均匀，故采用NaOH溶液作为淬火介质对于减小该轮毂轴承套圈的残余应力和变形波动是有一定好处的。　　(7)对加热时间进行了优化，按照经验公式需保温为21min左右，而模拟计算得出保温时间只需要15min左右，明显比按照经验公式所需时间少。对淬火后的轮毂轴承套圈进行了相关机械性能测试与金相组织测试，并与仿真结果进行比对，验证了本文的仿真结果是准确、可信的。
作者：	李明磊
专业：	机械工程
导师：	邓四二
授予学位：	硕士
授予学位单位：	河南科技大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文