退火炉底板热固耦合的有限元分析与制造工艺改进

发布时间：2017-08-25 03:28

  本文关键词：退火炉底板热固耦合的有限元分析与制造工艺改进

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【摘要】：环形退火炉是进行高温退火的热处理设备。炉底板是ROF炉的消耗零件之一，用于承载工件进行高温退火处理。而炉底板使用寿命与高温环境下产生的周向热应力有关。本文利用ANSYS软件并采用间接耦合法对退火炉炉底板进行了热应力分析，揭示在热处理过程中炉底板的温度和应力场分布规律。在高温退火过程中由于炉底板各个区域受热不均，容易产生温度差，进而出现热应力，而最大的热应力总是产生于炉底板边缘处，最终从边缘处向炉底板中心处逐渐产生裂纹，影响钢卷的成型质量。当炉底板的裂纹长度发展到一定程度，必须报废。 首先，根据钢卷成型的退火工艺条件，考虑对流换热因素的边界条件。构建对流环境温度函数以及施加对流换热系数模拟炉底板温度场。采用热固耦合的方法，实现温度场与外载荷的热固耦合分析，得到炉底板的应力变化规律。 其次，对炉底板结构提出了两个部分的改进设计：花瓣状炉底板和支柱分布位置改变。分析了该结构设计的合理性。 最后，，提出一种对炉底板生产工艺改进的方式，能有效提高使用寿命。通过分析炉底板的铸造、锻造、轧制等工艺方式，得出不同工艺方式下的炉底板内部组织晶粒大小及均匀性存在差异。本文旨在锻造、轧制工艺的基础上，结合两点的优势，提出一种环形加热炉大底板锻件轧制成形工艺。结果表明改进后的轧制工艺的炉底板试样金相组织均匀且细小，力学性能最好。
【关键词】：ROF炉底板 温度场 热应力 塑性成形工艺
【学位授予单位】：武汉科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG155
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究的目的和意义10-11
• 1.2 文献综述11-15
• 1.2.1 ROF 炉的发展与结构11-13
• 1.2.2 炉底板的研究现状13-15
• 1.3 本文研究的内容15-16
• 第二章 有限元热分析在炉底板热处理中的应用16-22
• 2.1 有限元法及 ANSYS 热分析16-17
• 2.1.1 有限元方法16-17
• 2.1.2 ANSYS 热分析简介17
• 2.2 热分析基本原理17-20
• 2.2.1 传热学经典理论17-18
• 2.2.2 热量传递方式18-19
• 2.2.3 稳态传热19
• 2.2.4 瞬态传热19-20
• 2.3 高温退火的机理与炉底板工作环境20-21
• 2.3.1 退火的机理及工艺曲线20
• 2.3.2 炉底板的温度条件20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第三章 ROF 炉底板热处理中的温度场模拟22-28
• 3.1 炉底板材料属性22
• 3.2 炉底板在实际工况下的有限元模型的建立22-24
• 3.2.1 几何模型的简化23
• 3.2.2 有限元热分析的单元选择23-24
• 3.3 炉底板温度场分析24-26
• 3.3.1 热传导方程24
• 3.3.2 限制因素确定和温度载荷施加24-25
• 3.3.3 温度场求解设置25-26
• 3.4 温度场模拟结果分析26-27
• 3.4.1 加热过程26
• 3.4.2 冷却过程26-27
• 3.5 本章小结27-28
• 第四章 ROF 炉底板热固耦合分析28-36
• 4.1 热固耦合简介28
• 4.2 热固耦合的有限元计算28-29
• 4.2.1 热分析平衡方程28-29
• 4.2.2 力学求解的限制条件29
• 4.3 基于 ANSYS 的热应力场的求解29-30
• 4.4 热应力模拟结果分析30-31
• 4.4.1 加热阶段30
• 4.4.2 冷却阶段30-31
• 4.5 炉底板结构设计31-34
• 4.5.1 传统炉底板结构32
• 4.5.2 炉底板周向花瓣结构32-34
• 4.5.3 炉底板支柱位置改进34
• 4.6 本章小结34-36
• 第五章 ROF 炉底板制造工艺改进36-43
• 5.1 炉底板传统制造工艺36-38
• 5.1.1 铸造工艺36-37
• 5.1.2 锻造工艺37
• 5.1.3 轧制工艺37-38
• 5.2 炉底板制造工艺改进38-40
• 5.2.1 制造工艺改进理论基础38-39
• 5.2.2 制造设备改进39
• 5.2.3 工艺技术改进39-40
• 5.3 ROF 炉底板改进工艺具体操作40-42
• 5.3.1 ROF 炉底板毛坯锻造40-41
• 5.3.2 ROF 炉底板锻件轧制41-42
• 5.4 本章小结42-43
• 第六章 总结与展望43-45
• 6.1 总结43
• 6.2 展望43-45
• 致谢45-46
• 参考文献46-49
• 附录 1 攻读硕士学位期间发表的论文49-50
• 详细摘要50-54

【参考文献】

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1 林林,张欣欣,左q

本文编号：734805