工艺仿真丨Dante仿真解决压力淬火热处理工艺敏感性分析

一、客户需求与工艺概述

本研究的对象为直升机传动齿轮，其寿命限制了齿轮承载能力和对加速度极限的要求。重新设计所要付出的成本是昂贵的，同样需要很长的开发时间，因此需要合适的手段对现有设计进行流程改进，以此达到节约成本的目的。通过Dante软件，计算齿轮应力变形结果，并将结果输入疲劳分析软件，模拟齿轮弯曲疲劳实验，对其工艺设计进行优化，而优化后的齿轮寿命将允许更重的负载和更大的加速度。

本次分析的齿轮是一个40齿的直齿齿轮，径节为10(径节为圆周率与齿距之比，常见于英制齿轮中)，表面宽度为6mm。

二、分析说明

强化淬火可以定义为急冷，通常用纯水以比“正常”或常规淬火速率高几倍的速度进行冷却。与传统的热处理方法相比，强化淬火要求零件在马氏体相转变过程中具有非常高的冷却速率，因此本次案例计算渗碳淬火在传统油淬以及强化淬火中的区别，下图为渗碳淬火齿轮中平面残余应力分布的比较。

三、分析结果，得出结论

从传统的油淬硬化到强化水淬的转变产生了更高的表面残余压应力。这反过来又导致齿轮渗碳高温合金的弯曲疲劳耐力增加，依据单齿弯曲疲劳试验数据显示，由于表面残余压应力增加而产生的耐久性极限，在强化水淬的情况下改善了15%。

淬火工艺的改变在不重新设计齿轮或更换合金的情况下提高了弯曲疲劳寿命，也验证了水淬法比油淬法更环保，更安全。