鋁合金淬火界面換熱系數反分析求解及在仿真中的應用.pdf

1、由于尺寸較大、壁厚不均，交通用鋁合金型材在淬火過程中容易產生扭曲和翹曲等變形，且難以預測和控制，從而影響產品的尺寸精度和成品率。隨著計算機技術的快速發(fā)展，數值模擬技術成為解決零件淬火變形的強有力工具。在數值模擬過程中，界面換熱系數（h)的準確性直接影響到模擬精度。本文以末端淬火實驗為基礎，采用反傳熱法求解了界面換熱系數，分析了工藝參數對其影響，并將反求獲得的界面換熱系數應用到型材擠壓在線淬火過程的數值模擬。主要研究成果如下:
　　

2、(1)建立了界面換熱系數的一維反傳熱求解模型。利用該模型求解了槽內末端淬火和三類噴射末端淬火的界面熱流密度和換熱系數，結果表明:隨工件表面溫度降低，淬火的界面熱流密度先增大再減小，使得槽內淬火的界面換熱系數也是先增大再減小，而由于試樣表面介質流量密度較低，噴射淬火的界面換熱系數則不斷增大。
　　(2)探明了水溫、粗糙度和攪拌條件對槽內末端淬火界面換熱系數的影響規(guī)律。試樣初始溫度為95℃時，隨粗糙度增大和水溫升高，界面換熱系數減小，

3、超聲波攪拌使界面熱流密度峰值和換熱系數峰值分別提高6倍和10倍。試樣初始溫度為520℃時，隨粗糙度增大，界面換熱系數先增大后減小。建立了無相變末端淬火過程界面換熱系數峰值理論預測模型，預測值與反求值的相對誤差小于13％。
　　(3)探明了試樣初始溫度、試樣表面流量密度、粗糙度對噴射末端淬火界面換熱系數的影響規(guī)律。試樣初始溫度升高會提高試樣總蓄熱量和初始的界面溫差，導致噴水淬火的過渡沸騰階段和噴氣淬火整個過程的界面換熱系數增大，但其

4、對噴水淬火核沸騰階段基本沒有影響。粗糙度影響淬火界面換熱的先決條件是介質平均換熱單元的幾何尺寸與其值相當。在有相變的噴水和噴霧淬火過程中，隨粗糙度增大，核沸騰階段氣泡形核位置密度先減小后增大，導致界面換熱系數也先減小后增大;在無相變的噴氣淬火過程中，隨粗糙度增大，邊界層內的氣體滯留時間增長，導致界面換熱系數不斷減小。界面換熱系數隨試樣表面流量密度的增大而增大;當試樣表面流量密度大于臨界值時，由于接觸時間縮短，界面換熱系數會隨試樣表面流量

5、密度增大而減小。
　　(4)提出單位體積介質最大吸熱量的概念，并運用其比較了噴射末端淬火中不同類型介質的冷卻效率。結果表明:水霧、水和空氣按單位體積冷卻效率依次降低，水、空氣和水霧按增大流量對冷卻效率的提升效果依次減弱，三類介質的單位體積冷卻效率均隨流量增大而降低。
　　(5)建立了某復雜截面鋁型材擠壓在線淬火實際生產過程的有限元模型，采用反求的界面換熱系數作為邊界條件，模擬計算了型材擠壓在線風淬過程。風速大于20m/s時，