臥式真空熱處理爐反射屏和爐膛溫度場仿真分析及優(yōu)化.pdf

1、真空熱處理技術(shù)是材料改性、提高材料性能的先進制造技術(shù),具有高精度、無污染、優(yōu)質(zhì)節(jié)能的優(yōu)點。真空爐作為真空熱處理的重要生產(chǎn)設(shè)備,其性能直接影響材料熱處理質(zhì)量,而研究、設(shè)計以及生產(chǎn)水平又決定著真空爐的性能。長期以來,真空爐的設(shè)計研發(fā)都采用了傳統(tǒng)方法,導(dǎo)致爐內(nèi)結(jié)構(gòu)不合理、產(chǎn)品研發(fā)周期長、效率低、成本高、性能差等問題。本文提出的采用計算機仿真技術(shù)與傳統(tǒng)設(shè)計理念相結(jié)合的方法可以很好的解決以上問題,改善真空爐性能。
　　本文在詳細分析各類真空

2、爐的基礎(chǔ)上,以 HRL-500型真空爐為研究對象,確定了真空爐的初始設(shè)計參數(shù)。首先,對真空爐保溫結(jié)構(gòu)進行了詳細設(shè)計,選擇由鉬片和不銹鋼薄板組成的全金屬反射屏作為保溫層,并對反射屏進行了詳細的熱力學(xué)計算,獲得了各層反射屏的計算溫度,以此為依據(jù)初步確定了反射屏層數(shù);第二,通過熱平衡法確定了真空爐的加熱功率,并以所得功率為依據(jù)對電熱元件尺寸進行了簡單設(shè)計;第三,利用三維設(shè)計軟件 PRO/E建立了真空爐主要部件和整爐的三維模型;第四,利用有限元

3、仿真軟件ANSYS建立了反射屏的簡化仿真模型,進行了仿真分析,并分析了當(dāng)反射屏層距、屏厚和鉬片不銹鋼層數(shù)組合不同時,反射屏溫度場的變化,并以仿真結(jié)果為依據(jù),對反射屏進行了優(yōu)化設(shè)計和驗證;最后,利用ANSYS對真空爐爐膛溫度場進行了仿真分析,并分析了反射屏打孔率和電熱元件布局對爐膛溫度場的影響,而且對真空爐的主要結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化,以空載和負載兩種情況驗證了優(yōu)化效果。
　　反射屏仿真結(jié)果表明:采用7層反射屏?xí)r,加熱1h后第7層反射屏對保

4、溫效果基本沒有貢獻,第6層貢獻較小;改變反射屏層距對保溫性基本上沒有影響;增加反射屏厚度可以改善保溫效果。最終將反射屏設(shè)計為5層,層距10mm,鉬屏厚度0.35mm,不銹鋼屏厚度0.7mm。爐膛溫度場仿真結(jié)果表明:設(shè)計的真空爐爐膛溫度穩(wěn)定在1400±5℃之內(nèi),達到設(shè)計要求;反射屏打孔率對真空爐爐膛溫度場影響嚴(yán)重,打孔率越高,爐膛溫度越低,均勻性越差;電熱元件布局對爐膛溫度場也有一定的影響,電熱元件輻射面越大,爐膛溫度越高,溫度場越均勻。