曲軸電磁感應(yīng)淬火殘余應(yīng)力模擬及其對(duì)圓角應(yīng)力影響的研究.pdf

1、過(guò)渡圓角處應(yīng)力集中現(xiàn)象是曲軸疲勞斷裂的主要原因之一，利用局部表面強(qiáng)化工藝產(chǎn)生殘余應(yīng)力的方法可有效解決該問(wèn)題。針對(duì)上述問(wèn)題，本文基于電磁感應(yīng)淬火及其殘余應(yīng)力和有限元法的基本理論，利用有限元法模擬了曲軸的連桿軸頸電磁感應(yīng)加熱后的電磁場(chǎng)及其產(chǎn)生的溫度場(chǎng)；利用有限元法模擬了AQUATENSID冷卻液產(chǎn)生的溫度場(chǎng)、空氣中長(zhǎng)時(shí)間冷卻后的溫度場(chǎng)；根據(jù)臨界冷卻速度和Schiel理論獲得淬硬層厚度，結(jié)合上述溫度場(chǎng)考慮馬氏體和母體不同的材料特性獲得最終的殘

2、余應(yīng)力場(chǎng)。通過(guò)對(duì)某曲軸單拐是否淬火的圓角應(yīng)力進(jìn)行模擬，定量比較了殘余應(yīng)力對(duì)過(guò)渡圓角處應(yīng)力的影響，為曲軸的抗疲勞設(shè)計(jì)提供參考。
　　本文運(yùn)用ANSYS/Multiphysics有限元軟件模擬某曲軸連桿軸頸的電磁感應(yīng)淬火過(guò)程和淬火后的殘余應(yīng)力。曲軸電磁感應(yīng)淬火是對(duì)軸頸分段進(jìn)行的，在計(jì)算時(shí)本文取一個(gè)連桿軸頸薄片進(jìn)行建模，考慮到漏磁現(xiàn)象，需對(duì)軸頸周圍的部分空氣建模，并且對(duì)感應(yīng)線圈進(jìn)行建模，研究電磁感應(yīng)淬火邊界條件和載荷的施加方法，計(jì)算得到

3、連桿軸頸上的電磁場(chǎng)及其產(chǎn)生的溫度場(chǎng)，軸頸表層迅速升溫使其表層奧氏體化，而心部的組織沒有發(fā)生變化；AQUATENSID冷卻液產(chǎn)生的溫度場(chǎng)過(guò)程中，軸頸表層被噴到 AQUATENSID冷卻液是AQUATENSID冷卻液和軸頸表面對(duì)流換熱，沒有噴到冷卻液是空氣和軸頸表面對(duì)流換熱，計(jì)算得到AQUATENSID冷卻液產(chǎn)生的溫度場(chǎng)，由于AQUATENSID冷卻液的急速冷卻，當(dāng)冷卻速度超過(guò)了臨界冷卻速度，軸頸表層奧氏體轉(zhuǎn)變成了淬硬層馬氏體，同時(shí)心部的組

4、織沒有發(fā)生變化；第三階段長(zhǎng)時(shí)間空氣冷卻溫度場(chǎng)的模擬，空氣和軸頸表面的對(duì)流換熱，計(jì)算得到空氣長(zhǎng)時(shí)間冷卻溫度場(chǎng)，軸頸表層和心部的溫度達(dá)都到了環(huán)境溫度。
　　在空氣中長(zhǎng)時(shí)間冷卻后產(chǎn)生的應(yīng)力為最終曲軸電磁感應(yīng)淬火后的殘余應(yīng)力，在對(duì)曲軸淬火后的殘余應(yīng)力的模擬計(jì)算中，本文把產(chǎn)生淬火的淬硬層馬氏體相變層和母體分別設(shè)置不同的材料特性參數(shù)，其材料特性參數(shù)包括彈性模量和熱膨脹系數(shù)，淬硬層馬氏體的厚度是通過(guò)用臨界冷卻速度和Schiel理論來(lái)計(jì)算獲得，載

5、荷的加載是AQUATENSID冷卻液溫度場(chǎng)，計(jì)算出曲軸電磁感應(yīng)淬火后殘余應(yīng)力，在連桿軸頸的表層和過(guò)渡圓角處產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。在本文中采用對(duì)比的方法對(duì)某曲軸單拐是否淬火的圓角應(yīng)力進(jìn)行模擬，對(duì)曲軸單拐是否淬火加載相同的彎曲載荷和靜載荷，不同的是電磁感應(yīng)淬火后在連桿軸頸的過(guò)渡圓角處加載殘余壓應(yīng)力，通過(guò)對(duì)曲軸是否淬火應(yīng)力計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，淬火后殘余壓應(yīng)力抵消了部分的曲軸所受的拉應(yīng)力，使過(guò)渡圓角處集中的應(yīng)力得到降低，進(jìn)而提高曲軸的疲勞強(qiáng)度，為曲軸的