底喷式淬火技术仿真研究

发布时间：2017-04-21 12:19

  本文关键词：底喷式淬火技术仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：27SiMn钢管是液压支架的关键部件,而热处理工艺是保证钢管机械性能的重要环节。本文应用有限元仿真技术,对一种新型的钢管淬火技术——底喷式淬火技术进行了研究。应用固、液、热多场耦合有限元仿真技术,对淬火过程中介质流场和工件温度场进行了仿真分析,第一次得到了底喷式淬火的对流换热系数曲线,并与其它淬火方式的换热系数曲线进行了比较。结果表明:底喷式淬火时,蒸汽膜阶段持续的时间非常短暂,几乎是直接进入到沸腾阶段,因而底喷式淬火工艺具有极强的冷却能力。管壁附近的介质流速是评价介质冷却能力的重要指标。研究表明:距管壁10mm处的介质流速沿流向呈现单调增大趋势。钢管壁芯部的温度在整个淬火过程中冷却最慢且温度变化平缓,而钢管表面温度的变化过程则可以分成温度速降区、台阶状温度过渡区和稳定冷却区三个阶段。为了改善底喷式淬火的冷却均匀性,从三个方面对淬火槽结构进行了研究,即入水口方向、钢管内外过流面积比和变径淬火槽,结果表明:采用过流截面逐渐收缩的变截面淬火槽,无论在钢管轴向的冷却均匀性还是内、外壁面的冷却均匀性方面,均优于等直径淬火槽。
【关键词】：底喷式淬火 27SiMn钢管 有限元仿真 换热系数
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG156.3
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 研究背景9-11
• 1.2 国内外研究现状11-16
• 1.2.1 淬火装置11-15
• 1.2.2 淬火过程的计算机数值仿真15-16
• 1.3 本文的研究内容及意义16-17
• 2 淬火冷却机理17-27
• 2.1 冷却原理17-20
• 2.2 冷却过程的主要阶段20-21
• 2.3 淬火冷却工艺的可控性21-23
• 2.4 表面换热系数23-26
• 2.4.1 淬火介质对表面换热系数的影响24-25
• 2.4.2 流场流速对表面换热系数的影响25
• 2.4.3 工件材料、表面形状对表面换热系数的影响25-26
• 2.4.4 相变对表面换热系数的影响26
• 2.5 本章小结26-27
• 3 淬火过程的数值仿真技术27-41
• 3.1 CFD在淬火过程中的应用28-30
• 3.2 流体动力学基本控制方程30-34
• 3.3 热传导计算的控制方程34-37
• 3.4 标准k?ε 湍流方程37-39
• 3.5 本章小结39-41
• 4 底喷式淬火介质流场的有限元仿真研究41-55
• 4.1 淬火槽的有限元建模41-45
• 4.1.1 淬火槽及淬火工件结构参数41-42
• 4.1.2 淬火槽三维建模42-43
• 4.1.3 网格划分43-44
• 4.1.4 边界条件44-45
• 4.1.5 模型选取及参数设置45
• 4.2 淬火槽内介质流场仿真结果及分析45-53
• 4.2.1 淬火槽内介质流速分布45-48
• 4.2.2 钢管附近流速分布48-50
• 4.2.3 入口流速对流场的影响50-53
• 4.3 本章小结53-55
• 5 底喷式淬火钢管温度场的有限元仿真研究55-69
• 5.1 边界条件设置55-57
• 5.1.1 初始条件55-56
• 5.1.2 材料热物性参数56
• 5.1.3 钢管特征点选取56-57
• 5.1.4 时间步长的设置57
• 5.2 钢管温度分布规律57-59
• 5.3 表面换热系数59-63
• 5.4 钢管冷却速度63-66
• 5.5 流量对冷却速度的影响66-68
• 5.6 本章小结68-69
• 6 淬火槽结构优化69-85
• 6.1 调整淬火槽入水口位置和方向70-74
• 6.2 钢管内、外侧过流面积比研究74-79
• 6.3 变径式淬火槽79-83
• 6.4 本章小结83-85
• 7 结论与展望85-87
• 7.1 研究结论85-86
• 7.2 不足与展望86-87
• 参考文献87-93
• 作者简历93-95
• 学位论文数据集95

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