復(fù)雜截面鋁合金型材在線淬火過程界面換熱研究.pdf

1、大型復(fù)雜截面鋁合金擠壓型材由于具有形狀復(fù)雜、壁厚不均等特點(diǎn)，在線淬火過程中由于冷卻不均勻容易出現(xiàn)翹曲、扭曲變形等問題。隨著計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)逐漸被應(yīng)用于淬火過程的研究。而界面換熱系數(shù)是影響淬火過程模擬仿真一個(gè)非常重要的邊界條件，關(guān)于它的精確求解尚未形成完整的理論和實(shí)驗(yàn)體系，傳熱反分析方法為解決這一問題提供了新的思路。
　　 本文設(shè)計(jì)了末端淬火實(shí)驗(yàn)，通過末端淬火實(shí)驗(yàn)分別測得6061、6082鋁合金在不同淬火條件下的冷卻

2、曲線，分析了不同水流量、風(fēng)速、工件表面粗糙度和合金材料對(duì)工件冷卻曲線的影響。利用末端淬火實(shí)驗(yàn)得到的冷卻曲線，結(jié)合反傳熱的方法，對(duì)鋁合金淬火過程的界面換熱系數(shù)進(jìn)行了求解，并驗(yàn)證了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。結(jié)果表明，鋁合金水淬時(shí)，換熱系數(shù)隨表面溫度的降低整體呈先增加后降低的趨勢。水流量越大和工件表面越粗糙都會(huì)使換熱系數(shù)值越大，換熱系數(shù)峰值所對(duì)應(yīng)的溫度越低，且水流量影響顯著，粗糙度影響不大。鋁合金風(fēng)淬時(shí)，換熱系數(shù)隨表面溫度的降低先急劇增大后變化幅度降

3、低，最后趨于平緩。風(fēng)速越大和工件表面越粗糙都會(huì)使換熱系數(shù)值越大。風(fēng)速對(duì)換熱系數(shù)影響最為顯著，但粗糙度影響較小。在相同的淬火條件下，6061鋁合金的界面換熱系數(shù)要略小于6082鋁合金的界面換熱系數(shù)。
　　 以反求獲得的界面換熱系數(shù)作為邊界條件，建立了6082鋁合金復(fù)雜型材的在線風(fēng)淬有限元模型，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模型的可靠性。研究了不同風(fēng)速條件下型材淬火過程中溫度場、應(yīng)力應(yīng)變場的分布。結(jié)果表明，型材在30m/s風(fēng)速下進(jìn)行冷卻時(shí)，100

4、s左右即可冷卻到室溫，但不同部位冷卻速度不一，溫差在0～30℃范圍內(nèi)。隨著淬火的進(jìn)行，溫差逐漸減小。在淬火過程中，型材沿X方向存在明顯的應(yīng)力，呈先急劇增大后逐漸減小的趨勢變化，應(yīng)力在15s左右就達(dá)到峰值，約130MPa，且靠近邊緣的部位應(yīng)力比較集中。型材完全冷卻后，在靠近邊緣處存在約0.5～1mm扭曲變形。淬火時(shí)風(fēng)速越大，型材冷卻越快，存在的殘余應(yīng)力、應(yīng)變也越大。通過模擬結(jié)果對(duì)比可知將風(fēng)速控制在20m/s左右，既能滿足6082鋁合金淬火