[发明专利]轴承滚道激光-感应复合淬火工艺参数优化方法

说明书

本发明涉及一种轴承滚道激光‑感应复合淬火工艺参数优化方法，优化方法包括以下步骤：获取轴承参数；构建感应预热热源模型和激光加热热源模型；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；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；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。与现有技术相比，本发明具有有效满足滚动轴承滚道表面处理要求、优化效率高等优点。

技术领域

本发明涉及一种轴承滚道表面处理工艺，尤其是涉及一种轴承滚道激光-感应复合淬火工艺参数优化方法。

背景技术

滚动轴承在使用过程中，内、外圈滚道易发生磨损和疲劳失效，严重影响轴承的使用寿命。在工程应用中，通常需要对轴承滚道进行表面处理，以提高表面的机械性能。常用的表面处理技术包括渗氮淬火、感应淬火、激光淬火、激光熔覆等。其中激光淬火技术具有变形小、效率高、能够对形状复杂的表面进行处理等优点。与传统的热处理工艺相比，激光淬火后硬化层硬度较常规淬火能够提高15％以上。

激光淬火技术又称激光相变硬化技术，其原理是以高能量密度的激光束照射工件表面，使其需要硬化部位瞬间吸收光能并立即转化为热能，从而使激光作用区域的温度急剧上升形成奥氏体，随后由于基体的热传导作用，激光作用区域快速冷却，发生自身淬火，获得极细小马氏体和其他组织的高硬化层。此外，激光淬火后，表面硬化层的残余应力为压应力，能够松弛材料内部的应力集中，有效抑制裂纹的扩展，提高工件的耐疲劳性能。

激光淬火工艺的工艺参数较为复杂，包括激光功率、激光光斑宽度和扫描速度等，工艺参数的选择对激光淬火硬化层的形貌将产生较大影响。由于轴承滚道的材料、几何形状和工作环境存在差异，对硬化层形貌、深度等要求各不相同，因此对于特定轴承，应根据工艺要求对工艺参数进行优化。目前，激光淬火工艺参数主要通过经验或试制来确定，这种工艺研发方法成本较高，造成材料和能源的大量浪费，在试制过程中通过实验的方法测定温度及硬化层深度较为复杂，效率很低，延长了研发周期。此外，激光淬火工艺还有硬化层较浅的局限性。由于激光对轴承滚道的热输入过高会导致表面材料的熔化，影响表面质量，因此激光淬火的硬化层深度通常不超过2mm，在很多情况下无法满足工艺要求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种有效满足滚动轴承滚道表面处理要求、优化效率高的轴承滚道激光-感应复合淬火工艺参数优化方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种轴承滚道激光-感应复合淬火工艺参数优化方法，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。

进一步地，所述激光加热热源模型中的面热流密度分布公式为：