[发明专利]轴承滚道激光-感应复合淬火工艺参数优化方法

权利要求书

1.一种轴承滚道激光-感应复合淬火工艺参数优化方法，其特征在于，所述激光-感应复合淬火工艺中，采用感应预热方式对轴承滚道进行预热，并采用激光加热方式对轴承滚道进行相变硬化处理，所述工艺参数包括扫描速度、激光功率、激光光斑宽度、感应预热温度和感应预热宽度，

所述优化方法包括以下步骤：

1)获取轴承参数；

2)在当前工艺参数下，构建感应预热热源模型和激光加热热源模型；

3)基于所述感应预热热源模型进行轴承滚道的感应预热过程有限元分析，得到初优化的工艺参数和对应的感应预热功率；

4)在当前工艺参数和所述感应预热功率下，根据所述感应预热热源模型和激光加热热源模型进行轴承滚道的激光-感应复合淬火过程有限元分析，获得数值模拟结果，包括该工艺参数下轴承滚道不同位置的温度分布及硬化层深度的分布云图；

5)重复步骤2)-4)，直至所述数值模拟结果达到工艺要求，得到最终优化后的工艺参数。

2.根据权利要求1所述的轴承滚道激光-感应复合淬火工艺参数优化方法，其特征在于，所述激光加热热源模型中的面热流密度分布公式为：

其中，α为工件材料的激光吸收率，Q为激光功率，p(x,y)为激光热源的热流密度的分布函数，a为激光光斑长度，b为激光光斑宽度。

3.根据权利要求1所述的轴承滚道激光-感应复合淬火工艺参数优化方法，其特征在于，所述感应预热热源模型中的体热流密度分布公式为：

其中，P为感应预热功率，A为线圈长度，B为线圈宽度，δ为电流透入深度。

4.根据权利要求1所述的轴承滚道激光-感应复合淬火工艺参数优化方法，其特征在于，所述轴承参数包括轴承的材料参数和相变动力学参数，所述材料参数包括热物理性能参数、与冷却介质的换热系数、电阻率和导磁率。

5.根据权利要求1所述的轴承滚道激光-感应复合淬火工艺参数优化方法，其特征在于，所述有限元分析中，建立轴承滚道的几何模型，根据工艺要求对所述几何模型进行网格划分，且在划分网格时，硬化层区域内的网格密度大于硬化层区域外的网格密度。

6.根据权利要求1所述的轴承滚道激光-感应复合淬火工艺参数优化方法，其特征在于，所述硬化层深度基于激光-感应复合淬火后，轴承滚道表层不同层深处的马氏体体积分数确定。

7.根据权利要求6所述的轴承滚道激光-感应复合淬火工艺参数优化方法，其特征在于，所述激光-感应复合淬火过程包括加热过程和冷却过程，在加热过程中，轴承滚道表层的原始组织发生奥氏体转变，在冷却过程中，奥氏体转变为马氏体，基于组织转变过程计算获得所述轴承滚道表层不同层深处的马氏体体积分数。

8.根据权利要求7所述的轴承滚道激光-感应复合淬火工艺参数优化方法，其特征在于，所述加热过程中采用的奥氏体转变模型为Avrami方程。

9.根据权利要求7所述的轴承滚道激光-感应复合淬火工艺参数优化方法，其特征在于，所述冷却过程中采用的马氏体转变模型为K-M方程。

10.根据权利要求1所述的轴承滚道激光-感应复合淬火工艺参数优化方法，其特征在于，所述进行轴承滚道的激光-感应复合淬火过程有限元分析时，设置的边界条件包括激光加热的面热流边界条件、感应预热的体热流边界条件以及轴承滚道与冷却介质换热的面对流换热边界条件。