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《机械科学研究总院》 2017年
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高精度齿条棒料连续感应热处理的数值模拟研究

安伟骋  
【摘要】:汽车转向系统中关键的零件之一就是齿条。在制造齿条的过程中,最为重要的一道工序就是对齿条棒料进行热处理。当热处理的质量出现问题时,齿条很可能会发生断裂,如果发生在行进的车辆中,会使其失去控制能力,从而产生恶性的交通事故,造成严重后果。所以,齿条棒料的热处理应当被高度重视,转向器的制造厂家也应对其生产的零件进行严格的审核,保证其质量。当今社会,汽车工业发展迅速,对齿条棒料的热处理技术的进一步优化也是我们所追求的目标。齿条棒料热处理炉可分为非连续式热处炉和连续式热处理炉,非连续式热处理炉以井式炉为主,但齿条棒料通常较长,用井式炉加热会使其受热不均,设备占地面积大成本高、工人劳动强度大;连续式热处理以感应炉为主,其设备简单、占地小、加热速度快、无蓄热、质量高、连续性好、效率高。感应加热具有明显的优势。随着社会的发展,感热加热技术被广泛的运用到一般的工业生产中,这一新型技术的运用,不仅能够通过对设备进行改善,使产品的质量提高。也可以实现自动化流程控制。国内外的许多学者都对其展开了研究。但国内仍然存在齿条棒料淬火易变形、生产不连续、设备高耗能等不足;高档轿车对齿轮棒料的要求须采用感应加热技术进行调质处理,以便让其晶粒细化、性能更优。由于齿条棒料1/4D处的温度在实际测量中很难测量,但表面温度可以方便测出,通过建立合理的感应加热模型,用表面的实际测量温度验证模型的准确性,从而预测1/4D处的温度,指导工艺要求,对实际技术与设备的开发起到指导作用,使其设计的成本资源降低,得到的数据结果较为精确,并且可以提高效率;由于连续感应热处理过程中齿条棒料温度的均匀性和加热的电效率是决定感应生产线设计是否合理的关键参数,齿条棒料规格范围,直径在φ21~33mm,所以需要采用不同尺寸的感应线圈对其加热,在不同感应线圈下,对比其加热效率以及齿条表面及1/4D处的温度比较。加热完成的齿条棒料进入淬火喷淋房,采用一组环形喷水装置。连续将高压水喷射至齿条棒料表面,经过一定时间的淬火喷淋,实现淬火组织转变。在高压水的冲击下,辊道速度和喷圈压力的控制,间接影响淬火产品的最终组织,直接影响齿条棒料是否发生弯曲变形。在实际的生产中,针对某种产品,必须合理地确定淬火冷却过程的工艺参数,以获得所需的组织、性能和直线度。
【学位授予单位】:机械科学研究总院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TG162.7

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【参考文献】
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