提高真空高壓氣淬設備性能的研究.pdf

1、真空高壓氣淬熱處理技術以其無氧化、無脫碳、脫氣、脫脂、表面質量好、變形微小、熱處理零件綜合力學性能優(yōu)異、使用壽命長、無污染無公害、自動化程度高等一系列突出優(yōu)點，成為二十一世紀最有發(fā)展前途的一種真空熱處理技術。而我國在真空熱處理技術上主要以引進消化為主，相關理論及實際數據比較缺乏，甚至成為我國在真空高壓氣淬領域進一步發(fā)展的障礙。 本文針對這一現狀，從設備強度、流動和傳熱等方面對真空高壓氣淬爐進行系統的理論研究，并應用實驗與數值模擬

2、相結合的方法以獲得更詳盡的信息，力求為真空高壓氣淬技術的發(fā)展提供理論依據和應用參考。 真空高壓氣淬爐作為一種壓力容器，爐體處在內、外壓的反復作用下，特別是內壓較高的情況下，強度成為設計中的首要問題。本文對爐殼齒嚙式快開結構利用接觸單元法對齒間的接觸行為應用有限元軟件ANSYS進行數值模擬，對三維有限元分析結果用分析設計中應力分類的思想進行應力評定；采用電阻應變儀測定布片點應力值驗證數值模擬結果，證明了結果的實用性和可靠性。將現有

3、結構的氣淬壓力提高至1.0Mpa進行有限元計算，找出提高壓力需進行結構改進的設計方向，為爐體的進一步合理化設計提供了可靠的理論依據和詳盡的參考數據。 工件的冷卻速度與均溫性是真空高壓氣淬技術的關鍵指標，也是設計開發(fā)高壓氣淬爐的依據，它的實現不但靠整臺爐的結構設計，還要靠合理選擇動力裝置。而我們恰恰缺乏這些指標的詳細數據，因為試驗獲得這些數據成本高，難度大，甚至需要破壞工件，使得試驗只能獲得有限的爐型與工況下的數據。而進一步研究開

4、發(fā)高性能氣淬爐無疑需要掌握爐型與各種參數對氣淬性能的影響。針對這一矛盾，將數值模擬引入高壓氣淬領域。雖然數值模擬在很多行業(yè)廣泛應用，但在高壓氣淬領域的應用尚在探索中，模擬方程的選擇與邊界條件的確定成為其中的難點。本文以實驗的方法，應用熱線風速儀獲得某爐型的流場分布，并采用在工件中預埋熱電偶獲得工件的冷卻曲線，在此基礎上不斷探索反復驗證，獲得適合該領域的數值模擬方程及合理的邊界條件，經過合理的物理簡化應用Gambit完成模型的建立，在網格

5、劃分時既要考慮流固耦合傳熱時對小尺度網格的要求，又要考慮計算機的計算能力、存儲能力和計算代價，在應用專用流體計算軟件Fluent進行計算時，計算策略的確定同樣重要，因為這是一個網格數量龐大、流固耦合、非穩(wěn)態(tài)問題，為獲得精確的結果，要求較小的計算時間步長，沒有一個好的計算策略，耗費的機時是驚人的，勢必難以完成更多的模擬工作。本文在做好前面兩項工作后，在4節(jié)點高性能計算機工作站上完成計算工作?？疾炝烁鞣N參數對工件冷卻速度的影響，包括氣淬壓力