高性能齿轮冷摆辗-淬火中微观变形与损伤研究

冷摆辗是连续局部精密塑性成形，是高性能齿轮类零件先进制造技术。齿轮冷摆辗-渗碳淬火中变形、组织演化、损伤、精度、性能与工艺条件存在复杂相互作用。本项目采用多学科交叉研究方法，宏观与微观研究相结合，齿轮精度变化与组织演化研究相结合，综合研究高性能齿轮冷摆辗-渗碳淬火中几何精度与组织性能变化的协调。通过理论计算、数值模拟、冷摆辗实验、渗碳淬火实验，研究高性能齿轮冷摆辗-渗碳淬火中微观塑性变形机制和规律，微观组织损伤机制和规律，宏观参数与微观组织演化相互作用规律，建立高性能齿轮冷摆辗-渗碳淬火几何精度、组织演化与损伤控制方法，为高性能齿轮冷摆辗-渗碳淬火工艺设计和过程控制提供科学依据。本项目将齿轮冷摆辗研究从宏观层次推进到微观层次，从局限于塑性成形推进到综合考虑塑性成形与淬火相互作用。对于建立高性能齿轮冷摆辗-渗碳淬火工程科学理论，提高冷摆辗齿轮综合性能，促进冷摆辗技术应用发展具有重要意义。

根据国家自然科学基金项目“高性能齿轮冷摆辗-淬火中微观变形与损伤研究”计划书要求，项目依托单位武汉理工大学按照计划书的进度安排进行了各项研究，取得了重要的研究进展和理论成果。以直齿圆锥齿轮为对象，提出了其冷摆辗预成形-冷摆辗终成形复合成形工艺。通过有限元模拟计算，揭示了直齿圆锥齿轮冷摆辗（预成形和终成形）宏观变形规律以及损伤分布演化规律。通过物理实验，研究了直齿圆锥齿轮冷摆辗成形中晶粒、碳化物、织构、显微硬度等演化规律，研究了冷摆辗直齿圆锥齿轮渗碳淬火中晶粒、组织、显微硬度等演化规律，进而揭示了直齿圆锥齿轮冷摆辗-淬火全过程中宏观变形与微观组织演化机理；以复杂非回转型面圆锥齿轮为对象，提出了非回转型面齿轮冷摆辗成形工艺设计方法，建立了冷摆辗模具优化设计规则，实现了冷摆辗回转塑性加工工艺成形复杂非回转型面齿轮零件；提出了影响冷摆辗模具磨损的两个关键因素—接触压力和接触滑移距离的计算方法，进而提出了冷摆辗模具磨损预测方法；建立了冷摆辗机双偏心套机构几何学、运动学模型，提出了冷摆辗机减振结构优化设计方法。研究结果为高性能圆锥齿轮冷摆辗组织控制、模具和装备优化设计提供了重要的理论依据和技术支撑。在上述研究基础上，本项目在国内外学术刊物上共发表学术论文11篇，其中SCI收录10篇；申请中国发明专利3项；参加国际国内学术会议3次；培养在读博士后1名，在读博士2名，毕业硕士1名，在读硕士3名。本项目完成了计划书中的各项指标。