一种表面自适应提升方法技术

本发明专利技术提供了一种表面自适应提升方法，涉及工件热处理技术领域，包括：S1、确定模型参数，S2、创建几何模型及网格划分，S3、在网格划分后的几何模型集中建立坐标系，S4、将大模数齿条齿面分为三个部分，并不断的调整每个区域的感应器移动速度，求解动态温度场分布，S5、采用齿面路径自适变调速方法完成减速区、过渡区和加速区的加热过程。本发明专利技术巧妙的使用了齿面路径自适变调速方法，实现了大模数齿条在感应器速度变化的情况下，通过智能调节，使大模数齿条温度一致性得到提升，优化了速度难以控制、计算复杂的传统移动感应加热模拟方法。计算复杂的传统移动感应加热模拟方法。计算复杂的传统移动感应加热模拟方法。

【技术实现步骤摘要】
一种表面自适应提升方法


[0001]本专利技术涉及工件热处理
，具体而言，尤其涉及一种表面自适应提升方法。

技术介绍

[0002]大模数齿条作为现代常用的传动件之一，具有传动效率高、结构紧凑、寿命长、工作可靠等特点，常常被用于一些大型传动机构，例如三峡大坝升船机工程。因为具有超大的尺寸，大模数齿条制作工艺从铸造、调质、热处理、机加工、齿条表面感应淬火等，均为世界性难题。由于复杂的工作环境，需要大模数齿条具有承受载荷大、传递功率大以及受冲击载荷大等特点。因为尺寸过大，所以大模数齿条往往有齿面点蚀以及齿根断裂等常见的齿轮失效形式，为了解决这个问，需要大模数齿条本身的耐磨性和硬度达到一定的要求。在实践中，传统的齿轮齿条加热工艺在加热大模数重载齿条时发现，因为本身尺寸过大出现了感应加热的淬热深度过浅且硬化层分布不均匀的问题。大模数齿条的淬硬过渡区残余了大量的残留拉应力，当淬火的硬化层过浅时，工件接触所产生的接触应力与大量的残留拉应力之间相互叠加，容易使得淬硬过度产生裂纹，造成硬化层脱落，所以如何使得大模数齿条感应加热形成的硬化层沿齿宽方向均匀分布且具有一定的硬化层深度成为了至关重要的问题。
[0003]传统的大模数齿条感应加热工艺包括了沿齿勾淬火、逐齿淬火两种，但由于感应器本身尺寸与齿条的尺寸限制，导致存在部分区域未能达到淬火要求，所以就其这一现象发现，使线圈与齿条之间做相对运动能够很好的解决这个问题。有限元仿真的出现给现代制造业提供了有力的理论依据，公开号为CN202110540683.X的专利公开了一种基于有限元仿真的移动感应加热过程数值模拟方法，模拟了大模数齿条在移动感应加热过程中电磁
‑
温度
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运动完全耦合的过程数值模拟分析，但由于移动感应加热是一个连续完整的过程，该专利需要不断的记录数据以及重新建模计算，工作量巨大，如今通过不同软件的计算模块可以有效的针对这一问题提出解决方法。如今，出现了一种与传统有限元计算法区分的BEM边界元计算法，通过限制边界条件，可以有效的提高计算效率。与有限元仿真方法比较具有单元未知数少、数据简单等优点。在对大模数齿条进行感应加热仿真时，可以设置位移函数来改变感应器与大模数齿条之间的相对移动速度，极大的改善了传统的有限元仿真中移动感应加热中感应器移动速度不好调节的缺点。
[0004]由于边角效应，磁感线较为集中在齿轮的拐角处，容易造成齿条齿廓方向加热温度有较大的落差，从表面完整性的角度出发，这种现象影响了齿条表面的硬度分布，所以如何改善，成为本专利的研究方向。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种表面自适应提升方法，可以提高表面完整性，基于Deform
‑
3D软件，利用齿面路径自适变调速方法，改变感应器在齿面不同区域部分的速度，达到感应加热在齿宽和齿廓方向上使齿条拥有均匀温度层的目的。
[0006]本专利技术采用的技术手段如下：
[0007]一种表面自适应提升方法，包括：
[0008]S1、确定模型参数：根据大模数齿条的移动感应加热实际生产过程，收集待测大模数齿条的尺寸参数及工艺参数；收集感应器的尺寸参数及工艺参数；
[0009]S2、创建几何模型及网格划分：根据所述待测大模数齿条的尺寸参数及工艺参数和感应器的尺寸参数及工艺参数建立几何模型集，赋予所述几何模型集材料参数及物理参数，对所述几何模型集进行网格划分；
[0010]S3、在网格划分后的几何模型集中，以大模数齿条为坐标原点，限制大模数齿条的Z轴方向，在X、Y方向建立坐标系，近似于感应器在二维坐标内运动；
[0011]S4、判断感应器所在位置，拟采用分段加热的方式完成加热过程，将大模数齿条齿面由下至上均匀划分四条温度线，分别为D、E、F、Q，所述四条温度线将大模数齿条齿面分为三个部分，分别为：D、E中间的减速区、E、F中间的过渡区和F、Q中间的加速区，并不断的调整每个区域的感应器移动速度，求解动态温度场分布；
[0012]S5、采用齿面路径自适变调速方法完成减速区、过渡区和加速区的加热过程，达到加速区最高处温度线Q时，加热停止。
[0013]进一步地，S4中，判断感应器所在位置包括：
[0014]通过感应器的坐标移动规律判断感应器所处的具体位置，设t1时刻感应器的坐标为(x1，y1)，t2时刻感应器坐标为(x2，y2)，且t1
‑
t2<0；
[0015]若y1
‑
y2＝0，则此时感应器位于齿顶或齿底；
[0016]若y1
‑
y2<0，则此时感应器位于齿顶与齿底中间的齿条斜面处；
[0017]若y1
‑
y1>0，则此时感应器位于齿底与齿顶中间的齿条斜面处。
[0018]进一步地，S5中，所述减速区的齿面路径自适变调速方法包括：
[0019]S51、在减速区内由下至上划分出三道温度线将减速区四等分，温度线分别为DE
‑
1、DE
‑
2、DE
‑
3，提取感应器在初始位置，温度线减速区最低处D的温度数据组T0、并判断这组数据中的最大温差T0max是否处于齿宽路径的最大温差范围T
h
之内，即T0max≤T
h
，若是，则转至S53，若否，则转至S52；
[0020]S52、清除一切模型及计算参数，重新建立模拟模型并赋予更新后的计算参数，转至步骤S4；
[0021]S53、在温度线减速区最低处D感应器以初始速度2mm/s的速度在减速区做缓慢减速运动，速度变化比例为δ，0≤δ≤30％，以初始减速比例δ0运动至下一个位置DE
‑
1，并收集DE
‑
1处的温度数据组T1、最大温差T1max、平均数并判断这组数据中的最大温差T1max是否处于齿宽路径的最大温差范围T
h
之内，即T1max≤T
h
，若是，则转至S54，若否，则转至S52；
[0022]S54、设齿条表面完整性温度参数为判断是否若是，则判断是否处于范围之内，处于范围之中时，则以速度V＝2(1
‑
δ0)运动至DE
‑
2处，若否，则以速度V＝2[1
‑
(δ0+Δδ)]运动至DE
‑
2处，若则转至S52；
[0023]S55、以相同的自适变调速方法通过减速区到达过渡区边界温度线E处；并收集E处
的温度数据组T
E
、最大温差T
E
max、平均数速度V
E
以及此刻的速度变化比例δ1，并判断这组数据中的最大温差T
E
max是否处于齿宽路径的最大温差范围T
h
之内，即T
E
max≤Th，若是，则转至步骤S56，若否，则转至步骤S52；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面自适应提升方法，其特征在于，包括：S1、确定模型参数：根据大模数齿条的移动感应加热实际生产过程，收集待测大模数齿条的尺寸参数及工艺参数；收集感应器的尺寸参数及工艺参数；S2、创建几何模型及网格划分：根据所述待测大模数齿条的尺寸参数及工艺参数和感应器的尺寸参数及工艺参数建立几何模型集，赋予所述几何模型集材料参数及物理参数，对所述几何模型集进行网格划分；S3、在网格划分后的几何模型集中，以大模数齿条为坐标原点，限制大模数齿条的Z轴方向，在X、Y方向建立坐标系，近似于感应器在二维坐标内运动；S4、判断感应器所在位置，拟采用分段加热的方式完成加热过程，将大模数齿条齿面由下至上均匀划分四条温度线，分别为D、E、F、Q，所述四条温度线将大模数齿条齿面分为三个部分，分别为：D、E中间的减速区、E、F中间的过渡区和F、Q中间的加速区，并不断的调整每个区域的感应器移动速度，求解动态温度场分布；S5、采用齿面路径自适变调速方法完成减速区、过渡区和加速区的加热过程，达到加速区最高处温度线Q时，加热停止。2.根据权利要求1所述的表面自适应提升方法，其特征在于，S4中，判断感应器所在位置包括：通过感应器的坐标移动规律判断感应器所处的具体位置，设t1时刻感应器的坐标为(x1，y1)，t2时刻感应器坐标为(x2，y2)，且t1
‑
t2<0；若y1
‑
y2＝0，则此时感应器位于齿顶或齿底；若y1
‑
y2<0，则此时感应器位于齿顶与齿底中间的齿条斜面处；若y1
‑
y1>0，则此时感应器位于齿底与齿顶中间的齿条斜面处。3.根据权利要求1所述的表面自适应提升方法，其特征在于，S5中，所述减速区的齿面路径自适变调速方法包括：S51、在减速区内由下至上划分出三道温度线将减速区四等分，温度线分别为DE
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1、DE
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2、DE
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3，提取感应器在初始位置，温度线减速区最低处D的温度数据组T0、并判断这组数据中的最大温差T0max是否处于齿宽路径的最大温差范围T
h
之内，即T0max≤T
h
，若是，则转至S53，若否，则转至S52；S52、清除一切模型及计算参数，重新建立模拟模型并赋予更新后的计算参数，转至步骤S4；S53、在温度线减速区最低处D感应器以初始速度2mm/s的速度在减速区做缓慢减速运动，速度变化比例为δ，0≤δ≤30％，以初始减速比例δ0运动至下一个位置DE
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1，并收集DE
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1处的温度数据组T1、最大温差T1max、平均数并判断这组数据中的最大温差T1max是否处于齿宽路径的最大温差范围T
h
之内，即T1max≤T
h
，若是，则转至S54，若否，则转至S52；S54、设齿条表面完整性温度参数为判断是否若是，则...

【专利技术属性】
技术研发人员：王青亮，石子鹤，王大双，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：