滾珠絲杠感應(yīng)淬火工藝數(shù)值模擬及參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、滾珠絲杠是現(xiàn)代精密機(jī)械和工具機(jī)械上最常用的傳動元件之一，其高精度、高效率等優(yōu)點(diǎn)在實(shí)際生產(chǎn)過程中表現(xiàn)出越來越重要的地位。滾珠絲杠在工作過程中的主要損壞形式是疲勞以及磨損，由于其受到的扭轉(zhuǎn)、彎曲、摩擦等作用力，這就需要絲杠整體要具有好的綜合力學(xué)性能，既要有表面強(qiáng)度與內(nèi)部韌性的配合又要有高的尺寸穩(wěn)定性，工作部位滾道底部，要求高硬度、高強(qiáng)度和良好的耐磨性，心部保持一定的塑性和韌性。目前，國內(nèi)外的企業(yè)均采用感應(yīng)加熱加表面淬火工藝對滾珠絲杠進(jìn)行熱處

2、理，雖然國產(chǎn)絲杠的淬火層深度與國外的基本相同，但等硬層深度卻與國外相差較大，存在問題主要是溝底和齒頂部位硬度分布不均勻，齒頂部位硬度過高，滾道底部硬度過低，硬度差較大，且絲杠表面硬度分布梯度不合理，因而制約了我國高檔數(shù)控機(jī)床整體制造水平的提高。
　　文章通過對比國內(nèi)外絲杠常用的材料GCr15鋼、S55C鋼和55CrMo鋼的性能，最終選用55CrMo鋼作為精密滾珠絲杠的材料，然后使用有限元分析方法對滾珠絲杠進(jìn)行了以下幾方面的研究工作

3、：
　?。?）采用逐步循環(huán)加載方法，在模擬過程中實(shí)現(xiàn)了感應(yīng)圈與絲杠之間的相對運(yùn)動，并對絲杠的不同匝數(shù)感應(yīng)器的加熱工藝進(jìn)行數(shù)值模擬，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，感應(yīng)加熱過程中的工藝參數(shù)如感應(yīng)器與絲杠表面的距離、感應(yīng)器的移動速度、電流頻率、電流密度等都對絲杠的溫度場都有較大的影響；
　?。?）研究了奧氏體在感應(yīng)加熱過程中的相變動力學(xué)，利用回歸分析方法得到了相變動力學(xué)公式中的材料參數(shù)，編寫了用戶子程序，對感應(yīng)加熱過程中材料的奧氏體化情況進(jìn)行了數(shù)

4、值模擬；
　　（3）利用響應(yīng)曲面方法，對5010型絲杠的感應(yīng)加熱工藝參數(shù)進(jìn)行了模擬和優(yōu)化，得到了較佳的絲杠感應(yīng)加熱工藝參數(shù)。利用優(yōu)化后的參數(shù)進(jìn)行了工業(yè)生產(chǎn)，結(jié)果表明絲杠溝道區(qū)域的硬化層分布均勻、無裂紋、溝道區(qū)域的最高溫度大幅度降低。
　　（4）通過工藝實(shí)驗(yàn)很好的驗(yàn)證了數(shù)值模擬的結(jié)果。這表明：構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型、相變動力學(xué)模型、用戶子程序等的可靠性較好，可以用于系列絲杠感應(yīng)淬火工藝的數(shù)值模擬，并且可以為實(shí)際生產(chǎn)過程中選擇合適的工藝