鋁合金淬火界面換熱系數(shù)反分析求解及在仿真中的應(yīng)用.pdf

1、由于尺寸較大、壁厚不均，交通用鋁合金型材在淬火過程中容易產(chǎn)生扭曲和翹曲等變形，且難以預(yù)測(cè)和控制，從而影響產(chǎn)品的尺寸精度和成品率。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)成為解決零件淬火變形的強(qiáng)有力工具。在數(shù)值模擬過程中，界面換熱系數(shù)（h)的準(zhǔn)確性直接影響到模擬精度。本文以末端淬火實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，采用反傳熱法求解了界面換熱系數(shù)，分析了工藝參數(shù)對(duì)其影響，并將反求獲得的界面換熱系數(shù)應(yīng)用到型材擠壓在線淬火過程的數(shù)值模擬。主要研究成果如下:
　　

2、(1)建立了界面換熱系數(shù)的一維反傳熱求解模型。利用該模型求解了槽內(nèi)末端淬火和三類噴射末端淬火的界面熱流密度和換熱系數(shù)，結(jié)果表明:隨工件表面溫度降低，淬火的界面熱流密度先增大再減小，使得槽內(nèi)淬火的界面換熱系數(shù)也是先增大再減小，而由于試樣表面介質(zhì)流量密度較低，噴射淬火的界面換熱系數(shù)則不斷增大。
　　(2)探明了水溫、粗糙度和攪拌條件對(duì)槽內(nèi)末端淬火界面換熱系數(shù)的影響規(guī)律。試樣初始溫度為95℃時(shí)，隨粗糙度增大和水溫升高，界面換熱系數(shù)減小，

3、超聲波攪拌使界面熱流密度峰值和換熱系數(shù)峰值分別提高6倍和10倍。試樣初始溫度為520℃時(shí)，隨粗糙度增大，界面換熱系數(shù)先增大后減小。建立了無相變末端淬火過程界面換熱系數(shù)峰值理論預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)值與反求值的相對(duì)誤差小于13％。
　　(3)探明了試樣初始溫度、試樣表面流量密度、粗糙度對(duì)噴射末端淬火界面換熱系數(shù)的影響規(guī)律。試樣初始溫度升高會(huì)提高試樣總蓄熱量和初始的界面溫差，導(dǎo)致噴水淬火的過渡沸騰階段和噴氣淬火整個(gè)過程的界面換熱系數(shù)增大，但其

4、對(duì)噴水淬火核沸騰階段基本沒有影響。粗糙度影響淬火界面換熱的先決條件是介質(zhì)平均換熱單元的幾何尺寸與其值相當(dāng)。在有相變的噴水和噴霧淬火過程中，隨粗糙度增大，核沸騰階段氣泡形核位置密度先減小后增大，導(dǎo)致界面換熱系數(shù)也先減小后增大;在無相變的噴氣淬火過程中，隨粗糙度增大，邊界層內(nèi)的氣體滯留時(shí)間增長(zhǎng)，導(dǎo)致界面換熱系數(shù)不斷減小。界面換熱系數(shù)隨試樣表面流量密度的增大而增大;當(dāng)試樣表面流量密度大于臨界值時(shí)，由于接觸時(shí)間縮短，界面換熱系數(shù)會(huì)隨試樣表面流量

5、密度增大而減小。
　　(4)提出單位體積介質(zhì)最大吸熱量的概念，并運(yùn)用其比較了噴射末端淬火中不同類型介質(zhì)的冷卻效率。結(jié)果表明:水霧、水和空氣按單位體積冷卻效率依次降低，水、空氣和水霧按增大流量對(duì)冷卻效率的提升效果依次減弱，三類介質(zhì)的單位體積冷卻效率均隨流量增大而降低。
　　(5)建立了某復(fù)雜截面鋁型材擠壓在線淬火實(shí)際生產(chǎn)過程的有限元模型，采用反求的界面換熱系數(shù)作為邊界條件，模擬計(jì)算了型材擠壓在線風(fēng)淬過程。風(fēng)速大于20m/s時(shí)，