提高真空高壓氣淬設(shè)備性能的研究.pdf

1、真空高壓氣淬熱處理技術(shù)以其無(wú)氧化、無(wú)脫碳、脫氣、脫脂、表面質(zhì)量好、變形微小、熱處理零件綜合力學(xué)性能優(yōu)異、使用壽命長(zhǎng)、無(wú)污染無(wú)公害、自動(dòng)化程度高等一系列突出優(yōu)點(diǎn)，成為二十一世紀(jì)最有發(fā)展前途的一種真空熱處理技術(shù)。而我國(guó)在真空熱處理技術(shù)上主要以引進(jìn)消化為主，相關(guān)理論及實(shí)際數(shù)據(jù)比較缺乏，甚至成為我國(guó)在真空高壓氣淬領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展的障礙。 本文針對(duì)這一現(xiàn)狀，從設(shè)備強(qiáng)度、流動(dòng)和傳熱等方面對(duì)真空高壓氣淬爐進(jìn)行系統(tǒng)的理論研究，并應(yīng)用實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬

2、相結(jié)合的方法以獲得更詳盡的信息，力求為真空高壓氣淬技術(shù)的發(fā)展提供理論依據(jù)和應(yīng)用參考。 真空高壓氣淬爐作為一種壓力容器，爐體處在內(nèi)、外壓的反復(fù)作用下，特別是內(nèi)壓較高的情況下，強(qiáng)度成為設(shè)計(jì)中的首要問(wèn)題。本文對(duì)爐殼齒嚙式快開(kāi)結(jié)構(gòu)利用接觸單元法對(duì)齒間的接觸行為應(yīng)用有限元軟件ANSYS進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)三維有限元分析結(jié)果用分析設(shè)計(jì)中應(yīng)力分類(lèi)的思想進(jìn)行應(yīng)力評(píng)定；采用電阻應(yīng)變儀測(cè)定布片點(diǎn)應(yīng)力值驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果，證明了結(jié)果的實(shí)用性和可靠性。將現(xiàn)有

3、結(jié)構(gòu)的氣淬壓力提高至1.0Mpa進(jìn)行有限元計(jì)算，找出提高壓力需進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)的設(shè)計(jì)方向，為爐體的進(jìn)一步合理化設(shè)計(jì)提供了可靠的理論依據(jù)和詳盡的參考數(shù)據(jù)。 工件的冷卻速度與均溫性是真空高壓氣淬技術(shù)的關(guān)鍵指標(biāo)，也是設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)高壓氣淬爐的依據(jù)，它的實(shí)現(xiàn)不但靠整臺(tái)爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，還要靠合理選擇動(dòng)力裝置。而我們恰恰缺乏這些指標(biāo)的詳細(xì)數(shù)據(jù)，因?yàn)樵囼?yàn)獲得這些數(shù)據(jù)成本高，難度大，甚至需要破壞工件，使得試驗(yàn)只能獲得有限的爐型與工況下的數(shù)據(jù)。而進(jìn)一步研究開(kāi)

4、發(fā)高性能氣淬爐無(wú)疑需要掌握爐型與各種參數(shù)對(duì)氣淬性能的影響。針對(duì)這一矛盾，將數(shù)值模擬引入高壓氣淬領(lǐng)域。雖然數(shù)值模擬在很多行業(yè)廣泛應(yīng)用，但在高壓氣淬領(lǐng)域的應(yīng)用尚在探索中，模擬方程的選擇與邊界條件的確定成為其中的難點(diǎn)。本文以實(shí)驗(yàn)的方法，應(yīng)用熱線風(fēng)速儀獲得某爐型的流場(chǎng)分布，并采用在工件中預(yù)埋熱電偶獲得工件的冷卻曲線，在此基礎(chǔ)上不斷探索反復(fù)驗(yàn)證，獲得適合該領(lǐng)域的數(shù)值模擬方程及合理的邊界條件，經(jīng)過(guò)合理的物理簡(jiǎn)化應(yīng)用Gambit完成模型的建立，在網(wǎng)格

5、劃分時(shí)既要考慮流固耦合傳熱時(shí)對(duì)小尺度網(wǎng)格的要求，又要考慮計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力和計(jì)算代價(jià)，在應(yīng)用專(zhuān)用流體計(jì)算軟件Fluent進(jìn)行計(jì)算時(shí)，計(jì)算策略的確定同樣重要，因?yàn)檫@是一個(gè)網(wǎng)格數(shù)量龐大、流固耦合、非穩(wěn)態(tài)問(wèn)題，為獲得精確的結(jié)果，要求較小的計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)，沒(méi)有一個(gè)好的計(jì)算策略，耗費(fèi)的機(jī)時(shí)是驚人的，勢(shì)必難以完成更多的模擬工作。本文在做好前面兩項(xiàng)工作后，在4節(jié)點(diǎn)高性能計(jì)算機(jī)工作站上完成計(jì)算工作?？疾炝烁鞣N參數(shù)對(duì)工件冷卻速度的影響，包括氣淬壓力