一种真空热处理布料矩阵的优化方法技术

本发明专利技术公开一种真空热处理布料矩阵的优化方法，涉及真空热处理炉技术领域，解决目前针对布料矩阵对加热效率和温度场均匀性影响规律研究较少的技术问题。本发明专利技术所述的真空热处理布料矩阵的优化方法，分别模拟圆形棒料在顺、叉排式，及圆形板料在竖、横排式不同布料矩阵下真空加热，以15℃/min的加热速率升温至650℃，保温60min，再以12℃/min的加热速率升温至950℃，保温30min，并选用自由四面体单元进行网格剖分；假设加热室、石墨管加热器、工件的初始温度恒定，均为25℃，加热室内物体表面只存在辐射换热，将稀薄气体看作透明介质，不考虑对流换热，不考虑料框和料框底座对加热室温度场影响。

An optimization method for the matrix of vacuum heat treatment cloth

The invention discloses an optimization method for the vacuum heat treatment cloth matrix, which relates to the technical field of the vacuum heat treatment furnace, and solves the technical problems of less research on the influence of the material matrix on the heating efficiency and the uniformity of the temperature field. The optimization method of the vacuum heat treatment cloth matrix described in the present invention is to simulate the vacuum heating of circular rod in a CIS, fork row, and circular plate under a vertical and horizontal arrangement of different cloth matrix. The heating rate of 15 C /min is heated to 650, heat preservation is 60min, and the heating rate of 12 C /min is heated to 950, and 30min is heated. The free tetrahedral element is used to mesh the grid. It is assumed that the heating room, the graphite tube heater, the initial temperature of the workpiece are constant at 25, and the surface of the heating room only exists radiation heat transfer, and the thin gas is regarded as the transparent medium without considering the convection heat transfer, and the effect of the material frame and the base of the material frame on the temperature field of the heating room is not considered. .

【技术实现步骤摘要】
一种真空热处理布料矩阵的优化方法
本专利技术涉及真空热处理炉
，特别涉及一种真空热处理布料矩阵的优化方法。
技术介绍
热辐射是一种电磁波沿直线传播，而不同工件之间会发生相互遮挡，从而形成热辐射不能直接入射的表面，称为辐射暗区，辐射暗区会直接影响加热效率和有效加热区温度场均匀性，而辐射暗区的大小是由布料矩阵决定的。目前，真空热处理设备处理的工件主要包括轴、喷嘴、齿轮、轴承等，其形状大致可以归为两类：长圆柱和短圆柱。本申请专利技术人用圆形棒料和圆形板料代表典型真空热处理零件，进行真空热处理加热过程模拟，研究布料矩阵对加热效率和温度场均匀性的影响规律。因此，如何提供一种真空热处理布料矩阵的优化方法，为实际生产过程中的工件布置提供理论指导，已成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种真空热处理布料矩阵的优化方法，以解决目前针对布料矩阵对加热效率和温度场均匀性影响规律研究较少，还未能为实际生产过程中工件布置提供理论指导的技术问题。本专利技术提供一种真空热处理布料矩阵的优化方法，模拟16根Φ40mm×200mm规格20CrMnTi圆形棒料，分别在顺排式和叉排式两种不同布料矩阵下真空加热，具体加热工艺：以15℃/min的加热速率升温至650℃，保温60min，再以12℃/min的加热速率升温至950℃，保温30min；选用自由四面体单元进行网格剖分，顺排式四面体单元数量为22000，最低单元质量0.19，平均单元质量0.56；叉排式四面体单元数量为43830，最低单元质量0.27，平均单元质量0.56；数值模型作如下假设：假设加热室、石墨管加热器、工件的初始温度恒定，均为25℃；假设加热室内物体表面只存在辐射换热，将稀薄气体看作透明介质，不考虑对流换热；不考虑料框和料框底座对加热室温度场影响。其中，顺排式具备对称性，采取1/2模型进行数值模拟；叉排式不具备对称性，采用完整模型进行数值模拟。具体地，圆形棒料在顺排式和叉排式两种不同布料矩阵形式下，顺排式边部工件和心部工件的升温速率均高于叉排式，且心部工件升温速率差别更大。进一步地，叉排式布料条件下心部工件加热滞后现象更加明显，与炉温差别更大；在预热段保温60min，顺排式心部工件与炉温之间的差值为9℃，叉排式心部工件与炉温之间的差值为13℃；炉温达到设定温度950℃后保温30min，顺排式心部工件与炉温之间的差值5℃，叉排式心部工件与炉温之间的差值为10℃。更进一步地，顺排式温度场最大温差为135℃，叉排式温度场最大温差为144℃；采用顺排式布料温度分布更加均匀且升温速率更快，叉排式布料边部工件与心部工件温度差别更大，出现局部过热的情况。相对于现有技术，本专利技术所述的真空热处理布料矩阵的优化方法具有以下优势：本专利技术提供的真空热处理布料矩阵的优化方法中，在相同加热工艺条件下，对比圆形棒料在顺排式和叉排式两种布料矩阵条件下升温曲线和温度分布云图可知，采用顺排式布料，工件升温速率高于叉排式，有效加热区温度分布更均匀，并且工件排布更紧凑，因此，对于长轴类零件进行真空加热时，优先选用顺排式布料矩阵。本专利技术还提供一种真空热处理布料矩阵的优化方法，模拟48块Ф120mm×15mm规格20CrMnTi圆形板料，分别在竖排式和横排式两种不同布料矩阵下真空加热，具体加热工艺为：以15℃/min的加热速率升温至650℃，保温60min，再以12℃/min的加热速率升温至950℃，保温30min；选用自由四面体单元进行网格剖分，横排式四面体单元数量为24951，最低单元质量0.26，平均单元质量0.52；竖排式四面体单元数量为24918，最低单元质量0.26，平均单元质量0.52；数值模型作如下假设：假设加热室、石墨管加热器、工件的初始温度恒定，均为25℃；假设加热室内物体表面只存在辐射换热，将稀薄气体看作透明介质，不考虑对流换热；不考虑料框和料框底座对加热室温度场影响。其中，竖排式是工件中心轴线方向与石墨管中心轴线方向平行，横排式是工件中心轴线与石墨管中心轴线方向平行。具体地，圆形板料在横排式和竖排式两种不同布料矩阵形式下，边部工件横排式升温速率大于竖排式，心部工件采用竖排式布料的升温速率大于横排式。进一步地，采用横排式布料矩阵，心部工件与炉温差值更大，加热滞后现象更加明显；横排式心部工件心表最大温差为68℃，大于竖排式心部工件心表最大温差60℃。更进一步地，横排式温度场最大温差为238℃，竖排式温度场最大温差为175℃，且竖排式温度最低温度高于横排式；采用竖排式布料矩阵，加热过程温度场分布更加均匀，且心部工件升温速率更快。相对于现有技术，本专利技术所述的真空热处理布料矩阵的优化方法具有以下优势：本专利技术提供的真空热处理布料矩阵的优化方法中，在相同加热工艺条件下，对比圆形板料在横排式和竖排式两种布料矩阵条件下升温曲线和温度分布云图可知，采用竖排式布料，中心工件升温速率更快，同时有效加热区温度分布更均匀，因此，对于板类零件进行真空加热时，优先选用竖排式布料矩阵。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的真空热处理布料矩阵的优化方法中圆形棒料顺排式的分布结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的真空热处理布料矩阵的优化方法中圆形棒料顺排式的分布结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的真空热处理布料矩阵的优化方法中圆形棒料叉排式的分布结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的真空热处理布料矩阵的优化方法中圆形棒料叉排式的分布结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的真空热处理布料矩阵的优化方法中圆形棒料顺排式的网格剖分示意图；图6为本专利技术实施例提供的真空热处理布料矩阵的优化方法中圆形棒料叉排式的网格剖分示意图；图7为本专利技术实施例提供的真空热处理布料矩阵的优化方法中圆形棒料在不同布料矩阵下的升温曲线示意图；图8为本专利技术实施例提供的真空热处理布料矩阵的优化方法中圆形棒料在不同布料矩阵下的温差曲线示意图；图9为本专利技术实施例提供的真空热处理布料矩阵的优化方法中圆形板料横排式的分布结构示意图；图10为本专利技术实施例提供的真空热处理布料矩阵的优化方法中圆形板料横排式的分布结构示意图；图11为本专利技术实施例提供的真空热处理布料矩阵的优化方法中圆形板料竖排式的分布结构示意图；图12为本专利技术实施例提供的真空热处理布料矩阵的优化方法中圆形板料竖排式的分布结构示意图；图13为本专利技术实施例提供的真空热处理布料矩阵的优化方法中圆形板料横排式的网格剖分示意图；图14为本专利技术实施例提供的真空热处理布料矩阵的优化方法中圆形板料竖排式的网格剖分示意图；图15为本专利技术实施例提供的真空热处理布料矩阵的优化方法中圆形板料在不同布料矩阵下边部工件的升温曲线示意图；图16为本专利技术实施例提供的真空热处理布料矩阵的优化方法中圆形板料在不同布料矩阵下心部工件的升温曲线示意图；图17为本专利技术实施例提供的真空热处理布料矩阵的优化方法中圆形板料在不同布料矩阵下炉温与工件心部的温差曲线示意图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种真空热处理布料矩阵的优化方法，其特征在于，模拟16根Φ40mm×200mm规格20CrMnTi圆形棒料，分别在顺排式和叉排式两种不同布料矩阵下真空加热，具体加热工艺：以15℃/min的加热速率升温至650℃，保温60min，再以12℃/min的加热速率升温至950℃，保温30min。

【技术特征摘要】
1.一种真空热处理布料矩阵的优化方法，其特征在于，模拟16根Φ40mm×200mm规格20CrMnTi圆形棒料，分别在顺排式和叉排式两种不同布料矩阵下真空加热，具体加热工艺：以15℃/min的加热速率升温至650℃，保温60min，再以12℃/min的加热速率升温至950℃，保温30min。2.根据权利要求1所述的真空热处理布料矩阵的优化方法，其特征在于，顺排式具备对称性，采取1/2模型进行数值模拟；叉排式不具备对称性，采用完整模型进行数值模拟。3.根据权利要求1或2所述的真空热处理布料矩阵的优化方法，其特征在于，圆形棒料在顺排式和叉排式两种不同布料矩阵形式下，顺排式边部工件和心部工件的升温速率均高于叉排式，且心部工件升温速率差别更大。4.根据权利要求3所述的真空热处理布料矩阵的优化方法，其特征在于，叉排式布料条件下心部工件加热滞后现象更加明显，与炉温差别更大；在预热段保温60min，顺排式心部工件与炉温之间的差值为9℃，叉排式心部工件与炉温之间的差值为13℃；炉温达到设定温度950℃后保温30min，顺排式心部工件与炉温之间的差值5℃，叉排式心部工件与炉温之间的差值为10℃。5.根据权利要求1或2所述的真空热处理布料矩阵的优化方法，其特征在于，顺排式温度场最大温差为135℃，叉排式温度场最大温差为144℃；采用顺排式布料温度分布更加均匀且升温速率...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昊杰，
申请(专利权)人：沈阳东博热工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21