30CrMnSiNi2A钢轴类零件感应热处理的数值模拟

利用Comsol软件对30CrMnSiNi2A钢的感应回火进行了模拟,利用控制变量法研究了感应加热过程中电源频率、电流以及线圈的结构和尺寸参数对工件内部温度均匀性的影响。结果表明,电流强度和电源频率越大,工件在感应加热过程中的升温速率越大,最终平衡温度越高,但其径向/轴向温差越大。线圈的匝数越多,工件的升温速率和径向/轴向温差越大,最终平衡温度越高。线圈半径的变化仅会对工件端部的升温速率产生影响,线圈半径越小,工件端部的升温速率越快,轴向温差越小。线圈截面外径和壁厚的变化对工件感应加热过程中的温度场没有影响。根据模拟结果的对比分析,提出了一种采用分段加热法与增设导磁体相结合的方法,对感应回火系统进行了优化。通过优化设计可使工件在感应加热过程中的径向温差基本消除,使轴向温差小于10℃。     

筒体内壁堆焊焊后消氢感应加热温度场的数值模拟

采用有限元方法对堆芯补水箱筒体内壁堆焊焊后消氢感应加热温度场进行了数值分析。针对筒体的结构特点,设计了一种加宽的C型感应线圈。研究了感应线圈的匝数、线圈与筒体的距离、线圈电流、电流频率对筒体温度分布的影响。结果表明,感应线圈的形状决定了筒体温度场分布的形态,线圈中心对应筒体的温度比四周的温度高。线圈匝数、线圈电流和电流频率越大,筒体升温速度越快,温度分布越均匀。当线圈电流为215 A、电流频率为10 kHz、线圈匝数为15匝、线圈与筒体之间的距离为25 mm时,筒体加热时的温度分布均匀性较好,能够满足焊后消氢的工艺要求。筒体感应加热试验的结果表明,模拟温度与试验温度变化趋势相同,温度值较为吻合。     

熔融纺丝微熔池磁热耦合有限元数值模拟

针对玻璃包覆纯铜微丝的制备,建立熔融纺丝微熔池温度场的有限元模型,采用磁热耦合方法分析原料质量、加热电流、感应线圈匝数及锥角对微熔池平均温度及下部与上部温差的影响规律。结果表明:随着原料质量的增大,平均温度降低,温差增大;加热电流对微熔池温度影响较大;考虑综合效果,采用锥角为110°的4匝螺旋锥型感应线圈是较合理的。以数值模拟结果为基础,实验制备了芯丝直径为14μm、玻璃包覆层厚度为15μm的玻璃包覆纯铜微丝。     

高转速下原位加热系统理论设计

为了研发高转速叶片原位加热设备,基于目标温度为1 000℃的设备性能指标要求,结合有限元仿真,系统研究了感应线圈形状及尺寸、感应线圈与叶片相对位置及间距、电流强度及频率等因素对试样温度分布的影响规律。结果表明：矩形感应线圈的加热效果优于圆形感应线圈,但差别不明显,且试样的温度分布基本一致;减小感应线圈与试样之间的距离可以显著提高加热温度,但会增加高速旋转试样与感应线圈发生摩碰的风险;增加电流及频率,试样最高加热温度快速上升,但进一步增加电流和频率,升温速率明显降低。综合分析后,根据设备研发的性能指标,确定感应加热系统的关键性能指标参数为：矩形线圈的尺寸为6 mm×8 mm,线圈与试样间距控制在3 mm～10 mm,电流频率控制在25 kHz～45 kHz.     

半固态触变成形二次加热数值模拟及参数优化

半固态触变成形技术以其节省能源、成形力小和近终成形等优点受到广泛关注。通过对ZL101铝合金试样在各种不同工艺参数下的感应加热温度及温度均匀性进行的研究，运用CAE技术模拟加热频率、加热时间、线圈电流强度、线圈尺寸、加热后停留时间等参数对坯料温度场的影响，提出二次加热中获得均匀温度场的工艺条件、参数与措施。模拟结果与感应加热的实测数据具有很好的吻合性。     

高强度预应力钢棒感应加热过程的数值分析

采用非线性铁磁性材料的电磁场和温度场模型,对高强度预应力钢棒热处理生产线的感应加热过程进行了数值分析。结果表明,数值分析的结果与实际生产线测量得到的钢棒表面温度曲线十分吻合。在此基础上,详细分析了影响加热效率和温度均匀性的主要因素为加热电流频率和感应线圈载荷电流强度。     

感应加热工艺参数对30CrMnSiNi2A钢轴件温度分布的影响

在考虑电磁-温度场相互耦合以及固态相变的基础上,利用ANSYS软件对30Cr Mn Si Ni2A钢轴件感应加热过程进行模拟分析,并通过实际温度测量进行验证,实际测量和模拟分析的结果能够很好吻合。探讨了轴件感应加热过程温度分布的一般性规律,并研究了感应加热工艺参数电流密度Js、电流频率f和线圈厚度b对轴件温度分布的影响,为后续30Cr Mn Si Ni2A钢轴类工件局部回火的感应加热工艺参数的选择以及感应线圈的设计提供参考。     

基于有限元和正交试验法的CVD感应加热器数值模拟及优化

通过有限元数值模拟软件与正交试验设计相结合的方法对CVD设备反应室的温度场进行优化。研究了激励电流、电流频率、线圈匝数、线圈间距和加热时间对沉积石墨管温度场的影响。引入平均温度、温度标准差及变异系数指标,采用5因素5水平的正交试验法来设计参数组合进行有限元模拟。通过极差分析和方差分析确定影响石墨管的温度、温度方差及变异系数指标的主次因素,确定最优值。最后对最优的感应加热参数进行模拟验证。结果表明:优化后的温度均匀性获得改善。同时,模拟次数大量减少,提高了优化效率。     

输送管道中频感应加热的磁-热耦合仿真

通过建立二维轴对称数学模型,对实际工况下厚壁管道中频感应加热过程的磁-热耦合进行了数值仿真。分析了管道内部电磁场、涡流场与温度场的分布情况,研究了电流频率、输入电流以及线圈与管道之间的空气间隙等主要参数对管道加热效率的影响规律。结果表明,磁通密度和感应电流密度在同一路径上的分布规律相似,管道两端的磁通密度分布和电流密度分布存在很大的不均匀性。与实际试验结果相对比,所建立的模型及模拟方法合理可行。可以通过提高电流频率,增加输入电流密度,适当减小线圈与管道的空气间隙来提高管道感应加热的效率。     

内筋参数对镁合金带内筋筒形件热强旋成形材料流动的影响

基于ABAQUS/explicit平台构建了ZK61镁合金带内筋筒形件热强旋成形时热力耦合有限元模型,探索了热强旋成形过程中材料的流变特性,研究了内筋参数(内筋形状和内筋个数)对材料流动及内筋充填的影响规律,并通过试验对构建的热力耦合有限元模型的可靠性进行了验证.结果表明:内筋的成形主要靠坯料的内层材料沿径向的流入,内...     

镁合金筒形件旋压成形工艺及模具设计

介绍了镁合金筒形件的旋压成形工艺,研究了成形该工件的旋压模具结构。在加热状态下,由主轴带动芯模和毛坯旋转,依靠芯模和旋轮使毛坯发生变薄旋压。同时针对设计过程中出现的温度、毛坯结构等影响因素,设计出了合理的模具。该模具结构简单,重点设计旋轮和芯模,实现了在普通车床上进行旋压,降低了成本,并成功得以生产应用。     

LF6合金小锥度铝筒旋压成形实验研究

介绍了采用圆板坯旋压成形半锥角小于1°的LF6铝合金锥筒的成形试验。试验采用了平板毛坯、直筒与小锥度两套芯模、普旋加强旋的成形方案,在直筒芯模上把圆板坯加热普旋成圆筒,圆筒切底后在室温下对其强旋减薄,最后改用小锥度芯模加热普旋成小锥度筒。结果表明:确保旋前板坯的高质量,避免出现局部缺陷,控制好热旋时的加热温度是能够顺利成形的必要条件;LF6合金具有良好的旋压性能,选择合理的工艺参数,采用圆板坯可以旋压出半锥角小于1°的无缝筒。     

纵向内筋薄壁筒反向滚珠旋压成形机理研究

作为一种连续局部塑性成形工艺,反向滚珠旋压被应用于成形带有纵向内筋的薄壁筒形件.反向滚珠旋压使变形区金属处于三向压应力状态,有利于内筋的形成.以塑性屈服准则、最小阻力定律和局部甥性成形理论为基础,将筒坯沿周向变形区分为接触区和前区,通过滚珠沿周向运动的4个阶段,给出了接触区和前区的应力应变状态,分析了内筋的成形过程,最后揭示了旋压件内筋的成形机理.     

TC4钛合金热镦加热过程中应力场的分析研究

本文针对钛合金棒料局部加热、局部成形的问题，对钛合金加热过程中的热应力场进行了模拟及有限元分析计算，讨论了温度场对钛合金内部热应力的影响，得到的结论对钛合金棒料热镦工艺的设计提供了理论依据。     

STUDY ON TEMPERATURE FIELD INDUCED IN HIGH FREQUENCY INDUCTION HEATING

A mathematical model was established for the temperature field developed during high frequency induction heating （HFIH） by Maxwell＇s equations. It required solving the coupled equations of the electromagnetic and temperature fields. The numerical simudation was performed using FEMLAB. The comparison of the calculations using the proposed model with experimental results showed a very good correlation. The effects of the heating parameters in high frequency induction such as the distance between the plate and the coil, the applied current, the frequency, and the turns of the coil on the temperature profiles developed in the plate were also discussed using the established model.     

镁合金零件等温复合挤压技术研究

研究了镁合金的变形温度、变形程度对塑性成形的影响,介绍了实验用的模具和设备,从润滑剂的选用、挤压速度、挤压温度、坯料加热几方面介绍了镁合金的挤压工艺,得出镁合金在等温复合挤压条件下成形性能较好的结论。制定的AZ31镁合金挤压工艺及工艺参数是合理的,对于实际生产有参考作用。     

镁合金板料数控热渐进成形时的摩擦和润滑性能

利用数控实验机床和摩擦实验研究AZ31镁合金板料数控热渐进成形时的摩擦和润滑机理。结果表明:镁合金薄板在加热条件下可以实现单点渐进成形;固体润滑膜可分为粘结型和吸附陶瓷型两种;固体石墨和MoS2润滑剂的初始摩擦因数均小于0.12,均可保证热渐进成形件获得良好的内外表面质量,没有任何划痕和裂纹等缺陷;吸附多孔陶瓷型固体润滑膜具有润滑和自润滑作用,固体润滑剂颗粒大小对初始摩擦因数有一定影响;固体BN粉末没有起到润滑作用,不能单独作为热渐进成形用固体润滑剂;当温度小于500℃时,固体石墨和MoS2粉末按一定比例配置的润滑复合喷剂的初始摩擦因数均小于为0.2,且表现出一定的协同作用。     

镁合金板材的固体颗粒介质拉深工艺参数

提出基于固体颗粒介质成形(SGMF)工艺的镁合金板材差温拉深工艺,并展开试验研究。通过对AZ31B镁合金薄板进行差温拉深成形试验,研究了成形温度、拉深速度、压边力、压边间隙、凹模圆角和润滑条件对拉深性能的影响,确定AZ31B镁合金板料最佳成形工艺参数。结果表明:该工艺可显著提高镁合金板材的成形性能,成形温度及拉深速度对板料拉深性能影响较大,板料最佳成形温度区间为290～310℃,颗粒介质与板料理想温差为110～150℃;压边力和压边间隙对拉深性能产生联合影响;此外,凹模圆角和润滑条件也对拉深性能有一定的影响。当上述工艺参数达到最佳值时成功拉深出极限拉深比(LDR)为2.41的工件。