主頁 > 軸承知識(shí)

十字軸加熱過程有限元模擬

2018-07-20

馬繼堂　劉輝
（泰爾重工股份有限公司）

　　熱處理加熱保溫時間一般是根據(jù)鋼的牌號、裝爐數(shù)量與方式、工件的尺寸形狀與有效截面、工件的性能要求等，利用傳統(tǒng)的經(jīng)驗公式確定。實際生產(chǎn)中，通常根據(jù)經(jīng)驗和工件有效厚度（mm）來計算保溫時間，在空氣爐中淬火加熱保溫時間大約是儀表顯示溫度到溫后，按有效厚度1mm/min確定。本文采用有限元法模擬了十字軸加熱保溫過程溫度場的變化，并在實際生產(chǎn)中進行了測溫驗證，為優(yōu)化不同規(guī)格十字軸加熱保溫工藝提供了參考依據(jù)。

　　1.十字軸建模
　　十字軸建模，十字軸軸頭直徑225mm，如圖1所示，對稱結構，取一個圓柱軸頭的1/12建模，如圖2所示。

　　2.十字軸加熱保溫模擬及驗證
　　十字軸采用了20Cr2Ni4W滲碳鋼的熱物參數(shù)。初始條件為升溫階段實測十字軸的溫度340℃。邊界條件用第三類邊界條件，即對流邊界加輻射邊界。加熱過程較為緩慢，爐內綜合換熱系數(shù)采用文獻中所述的計算方法。環(huán)境加熱條件設置為爐內加熱氣氛的溫度。

　　十字軸裝入加熱爐內加熱保溫（見圖3），在其心部插入一支熱電偶，石棉堵塞中心通孔?？拷州S表面粘貼了一支熱電偶，測其表面溫度。加熱保溫溫度850℃，保溫時間以實測心部到溫后結束。十字軸加熱過程模擬見圖4。

　　3.結果分析
　　十字軸表面和心部的模擬和實測結果如圖5所示。

　　從圖5可以看出：心部的模擬和實測溫度曲線相符，心部在升溫階段，模擬升溫比實際升溫快，主要因為換熱系數(shù)是依據(jù)公式計算確定，雖然公式的適應性在工程中得到認可[2]，與真實的換熱系數(shù)仍然存在一定偏差；表面模擬結果與實測溫度誤差很大，分析認為貼近十字軸表面的熱電偶測的并非本體表面溫度，而是介于爐內氣氛溫度和工件表面溫度之間的溫度。表面實測的溫度跟爐子溫控儀表測的爐內氣氛溫度更相符。

　　4.結語
　　對十字軸加熱過程進行了模擬，并在生產(chǎn)現(xiàn)場進行了測溫驗證。十字軸心部的升溫曲線，模擬與實測相吻合，為今后優(yōu)化十字軸的加熱工藝優(yōu)化提供了參考。

來源：《金屬加工(熱加工)》2016年17期