计算机模拟技术在热处理工艺装备中的应用

导读：【摘要】 本文通过介绍计算机模拟技术在淬火槽设计、加热炉设计、渗碳炉设计和大型工件加热工艺设计当中的一些应用实例，阐述了计算机模拟技术对热处理工艺装备的发展的作用，指出了计算机模拟技术的应用可以提高热处理工艺装备设计的科学性和精确

【摘要】 本文通过介绍计算机模拟技术在淬火槽设计、加热炉设计、渗碳炉设计和大型工件加热工艺设计当中的一些应用实例，阐述了计算机模拟技术对热处理工艺装备的发展的作用，指出了计算机模拟技术的应用可以提高热处理工艺装备设计的科学性和精确性，优化工艺装备的设计工作，使热处理向着高效、节能和智能方向发展。 热处理工艺装备的设计不仅影响工件处理后的质量，也影响到热处理设备的使用寿命和使用效率。传统的热处理工艺装备设计大多依靠经验数据，工量量大、周期长、效率低、费用高、缺少科学性和预见性。随着计算机技术在热处理领域当中的广泛应用，对过程进行计算机模拟，可减少实验次数，提高效率，优化配置资源，使热处理工艺装备的设计由经验型向科学计算型转变，提高了热处理工艺装备设计的科学性和精确性。 本文通过上海交通大学热处理与表面改性工程技术研究中心运用计算机模拟技术在淬火槽设计、渗碳加热炉设计和大型工件在装备条件限制下的工艺设计等几个近期的研究实例，对计算机模拟技术在热处理工艺装备巾的应用潜力加以说明。 一、淬火槽流场模拟与改进设计
淬火槽内介质流动情况直接影响工件淬火质量。均匀的流场分布保证工件淬火均匀性，减小淬火变形。如何保证介质在工件淬火区域的流动强度和均匀性是淬火槽设汁的关键。图1为一种淬火槽的结构示意图，利用有限元方法对淬火槽内的介质流场的流动情况进行模拟，可以直观地了解结构上的改动所产牛的效果。图2为淬火槽底未加均流板情况下的流场分布。从速度云图可以看出，流场中间出现较大涡流，其不仅对工件与淬火介质换热情况不利，且对淬火均匀性也会有很大影响。为防止涡流的出现，设计了均流板，并研究了均流板形状对流场分布的影响。




如图3所示，均流板的设置消除了图2中所示的涡流，但均流板附近仍有小型涡流产生；从流场速度方向分布上看，淬火槽内的流体流动情况并非十分理想。图4为均流板改进后流场分布，如图4所示，该设计下无涡流产生，流体流速较均匀。




计算机模拟均匀