毕业论文范文——航空某大型轴类零件热处理变形模拟及控制

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1、西安航空职业学院毕业论文航空某大型轴类零件热处理变形模拟及控制姓名：专业： 航空电子班级：完成日期：指导教师:摘要：本文基于SYSWELD软件平台，对航空某大型轴类零件进行了有限元网格划分及淬火热处理模拟仿真。计算了自由吊挂条件下淬火过程零件温度场及变形演化，获得了此零件的温度场分布，以及热处理变形规律，结果表明，所得到的温度场变化规律符合实际性，变形趋势与实验符合一致。根据变形模拟结果，对零件的热处理变形控制及工装设计优化提供数据支持，以零件各个部位变形机理为依据，设计专用淬火工装，变形校正率为70%左右，热处理后变形在装配允许

2、范围之内。使零件变形量满足设计要求，避免了后续的校正工序，大大提高了热处理生产效率。关键词：数值模拟，变形控制，SYSWELD，温度场，热处理变形0引言16Co14Ni10Cr2Mo(AF1410)因其具有高强度、高断裂韧性、良好的加工性能和焊接性能而广泛用于航空结构材料领域，如起落架、旋转轴等关键部位。在室温抗拉强度不小于1620MPa的条件下，其断裂韧度αK值不小于143J/cm2，它的强化机制属于合金碳化物析出强化[1]。由AF1410材料加工制造的平尾转轴零件（下文简称：大轴）由于结构复杂、尺寸较大、截面厚度差较大等原因，

3、在热处理过程中淬火剧烈冷却时容易因热应力而产生变形，无法满足产品高精度的尺寸要求。以前主要采用传统的实验方法研究零件热处理的变形问题，存在着加工成本高、生产周期长等问题。淬火过程涉及到材料科学、数学、弹塑性理论、传热学、流体力学等多学科的交叉，涉及到温度场、组织场、应力场及流场等多物理场的相互耦合[2]。虽然每个学科都有各自成熟的理论，每个物理场都有各自相对独立的数学模型。但目前多学科的交叉和多物理场的相互耦合还没有成熟且统一的理论和模型，一直是科学研究的前沿和难点。近年来，随着数字化技术在世界范围的发展，国际上“数字材料”技术、

4、“数值材料”技术、“虚拟材料”技术和“虚拟热处理”技术已经迅速走进材料热处理行业，将材料微观组织结构的演化、结构演变同热处理工艺流程联系起来，预测热处理后的材料性能和工件变形程度，可以有效的提升工件的热处理质量，创新热处理工艺[3]。本文以SYSWELD软件为基础，针对转体零件的热处理淬火变形进行了研究，获得了零件的变形规律，初步掌握了在实际生产过程中需要注重控制变形的技术要点，为实际生产提供有效的指导。1有限元模型的建立1.1网格划分为了准确预测热处理的温度场、应力场，采用三维实体计算模型。网格划分采用从零件表面到心部区域由密到

5、疏的过渡方式，对表面网格采用层网格划分方式，心部网格形式采用质量高、贴合度高的三角形网格，这样可以提高计算精度，节约计算时间。表面及附近网格划分较精细，尺寸为0.5mm，其他部位网格划分的较粗，尺寸为10mm。其中，节点24960个，ID单元19518个。大轴模型及网格划分如图1所示。图1大轴模型及网格划分图2特征点在零件上的分布由图1可知，网格模型较好地反映了大轴零件的主要特征，说明划分的单元数量较为合适。根据大轴截面厚度变化特征及淬火冷却温度变化特点，以方便对比各个不同区域温度、变形量等参数，在大轴上选出A、B、C、D、E、F

6、特征点（Node），具体位置见图2。1.2前处理工艺参数设置生产中大轴零件淬火采用氩气冷却，气体压强≥800mbar(80KPa)，模拟中通过热交换系数来体现零件和氩气之间的换热。生产中将零件通过圆杆定位孔吊挂于加热筐中，因此，可以认为零件圆杆定位孔部位固定不动。为模拟这一实际情况，在零件网格模型的定位孔周围建立6个节点集合，并对其施加固定边界条件。经过加热与长时间保温后，零件的温度几乎达到均匀，此时可以认为零件内部不存在温度差，因此，模拟过程假设零件的初始温度场分布均匀，根据实际生产工艺，模拟过程零件的初始温度设为830℃，保温

7、100min，时间间隔为10min。2计算结果与分析2.1温度场计算结果图3为大轴零件不同时刻的温度场演化。由图3(a)可知，真空炉充气0.13s左右时，由于刚刚关闭加热系统，炉膛温度依然在830℃左右，零件温度分布均匀，零件整体温度在830℃左右；由图3(b)～（e）可知，充气5s以后，零件表面的温度场分布极为不均匀，零件头部型腔的棱角处温度较低，而底部回转体、筋板与翼面交接处温度较高；同时，圆筒与型腔的连接部位温度也相对较高，主要因为此处截面厚度较大，内部热量不易散失。同时可以发现，淬火后期，试验件内部温差很小。图3(f)表明

8、，当冷却时间延长至120s左右时，零件的整体温度已降至200℃以下，据文献报道AF1410的MS在215℃左右，这时零件的大部分已完成奥氏体向马氏体的转变。(b)5.22s(c)10s(a)0.13s(f)120s(e)59.09s(d)20.86