汽車輪轂軸承套圈淬火工藝的仿真分析.pdf

1、汽車輪轂軸承在汽車零部件中屬于關(guān)鍵的傳動部件之一，其綜合力學(xué)性能與熱處理工藝緊密相關(guān)。淬火工藝作為改善和提高金屬材料性能的重要手段之一，被廣泛應(yīng)用于軸承行業(yè)。在實(shí)際工作中，由于汽車輪轂軸承套圈表面易出現(xiàn)點(diǎn)蝕、開裂、快速磨損等失效，因此要求工作表面具有足夠的硬度和耐磨性，同時(shí)還要具備很好的韌性，保證其壽命。本文通過對汽車輪轂軸承套圈的淬火工藝進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真研究與試驗(yàn)驗(yàn)證，分析汽車輪轂軸承套圈在淬火過程中的溫度場、應(yīng)力應(yīng)變場、組織場的變化規(guī)

2、律，為熱處理工藝優(yōu)化、工件自身結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供理論依據(jù)。
　　文中首先使用材料性能模擬軟件JMatPro得到了GCr15鋼的隨溫度變化的材料性能參數(shù)，然后考慮了邊界對流換熱系數(shù)、相變潛熱以及熱物性參數(shù)等非線性因素的影響，建立了輪轂軸承套圈淬火的溫度-組織-應(yīng)力/應(yīng)變多場耦合模型并利用基于工藝模擬系統(tǒng)的有限元分析軟件DEFORM進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：
　　(1)軸承套圈表面的冷卻速度最快，心部的冷卻速度最慢，心表最大溫差高達(dá)28

3、0℃，導(dǎo)致套圈產(chǎn)生熱應(yīng)力。
　　(2)經(jīng)淬火后，輪轂軸承套圈的馬氏體含量達(dá)到92.7％，硬度值為64.5HRC，并將模擬值和試驗(yàn)值進(jìn)行對比驗(yàn)證，結(jié)果比較吻合。
　　(3)輪轂軸承套圈在淬火過程中會產(chǎn)生兩個應(yīng)力峰值，第一個應(yīng)力峰值出現(xiàn)在工件剛落入淬火介質(zhì)中的時(shí)刻，此時(shí)主要受熱應(yīng)力影響；第二個應(yīng)力峰值出現(xiàn)在奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的時(shí)刻，此時(shí)主要受組織應(yīng)力影響。
　　(4)輪轂軸承套圈在淬火后略有膨脹，套圈外壁中部的膨脹量比兩端

4、部的膨脹量大，溝道的膨脹量也較為明顯。對輪轂軸承套圈變形進(jìn)行了試驗(yàn)測量，并將模擬值和試驗(yàn)值進(jìn)行對比驗(yàn)證，結(jié)果比較吻合。
　　(5)研究了輪轂軸承套圈的不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對等效應(yīng)力及變形的影響，得出當(dāng)套圈的壁厚趨于一致時(shí)，外表面和滾道處的等效應(yīng)力呈下降趨勢，且分布較為均勻。同時(shí)，輪轂軸承套圈弧形槽結(jié)構(gòu)的等效應(yīng)力的大小與分布情況好于矩形槽結(jié)構(gòu)。對于變形情況，輪轂軸承套圈矩形槽結(jié)構(gòu)的變形情況比較不理想，仍然出現(xiàn)變形不均勻現(xiàn)象，而弧形槽結(jié)構(gòu)的變

5、形隨著壁厚趨于一致，變形也隨之變得均勻。
　　(6)研究了不同冷卻介質(zhì)對等效應(yīng)力及變形的影響。NaOH溶液作為淬火介質(zhì)，工件淬火后的等效應(yīng)力是油淬火介質(zhì)的一半，且變形程度較為均勻，故采用NaOH溶液作為淬火介質(zhì)對于減小該輪轂軸承套圈的殘余應(yīng)力和變形波動是有一定好處的。
　　(7)對加熱時(shí)間進(jìn)行了優(yōu)化，按照經(jīng)驗(yàn)公式需保溫為21min左右，而模擬計(jì)算得出保溫時(shí)間只需要15min左右，明顯比按照經(jīng)驗(yàn)公式所需時(shí)間少。對淬火后的輪轂軸