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)以其無氧化、無脫碳、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、無污染無公害、自動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)理論及實際數(shù)據(jù)比較缺乏，甚至成為我國在真空高壓氣淬領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展的障礙。 本文針對這一現(xiàn)狀，從設(shè)備強(qiáng)度、流動和傳熱等方面對真空高壓氣淬爐進(jìn)行系統(tǒng)的理論研究，并應(yīng)用實驗與數(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)計中的首要問題。本文對爐殼齒嚙式快開結(jié)構(gòu)利用接觸單元法對齒間的接觸行為應(yīng)用有限元軟件ANSYS進(jìn)行數(shù)值模擬，對三維有限元分析結(jié)果用分析設(shè)計中應(yīng)力分類的思想進(jìn)行應(yīng)力評定；采用電阻應(yīng)變儀測定布片點(diǎn)應(yīng)力值驗證數(shù)值模擬結(jié)果，證明了結(jié)果的實用性和可靠性。將現(xiàn)有

3、結(jié)構(gòu)的氣淬壓力提高至1.0Mpa進(jìn)行有限元計算，找出提高壓力需進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)的設(shè)計方向，為爐體的進(jìn)一步合理化設(shè)計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)計開發(fā)高壓氣淬爐的依據(jù)，它的實現(xiàn)不但靠整臺爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計，還要靠合理選擇動力裝置。而我們恰恰缺乏這些指標(biāo)的詳細(xì)數(shù)據(jù)，因為試驗獲得這些數(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

4、發(fā)高性能氣淬爐無疑需要掌握爐型與各種參數(shù)對氣淬性能的影響。針對這一矛盾，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)。本文以實驗的方法，應(yīng)用熱線風(fēng)速儀獲得某爐型的流場分布，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)過合理的物理簡化應(yīng)用Gambit完成模型的建立，在網(wǎng)格

5、劃分時既要考慮流固耦合傳熱時對小尺度網(wǎng)格的要求，又要考慮計算機(jī)的計算能力、存儲能力和計算代價，在應(yīng)用專用流體計算軟件Fluent進(jìn)行計算時，計算策略的確定同樣重要，因為這是一個網(wǎng)格數(shù)量龐大、流固耦合、非穩(wěn)態(tài)問題，為獲得精確的結(jié)果，要求較小的計算時間步長，沒有一個好的計算策略，耗費(fèi)的機(jī)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(diǎn)高性能計算機(jī)工作站上完成計算工作?？疾炝烁鞣N參數(shù)對工件冷卻速度的影響，包括氣淬壓力