圖12、圖13是四風(fēng)機(jī)有和無導(dǎo)風(fēng)桶的爐體垂直截面的流場的速度云圖(含矢量圖)。從圖12、圖13中速度分布情況可以看到，有導(dǎo)風(fēng)桶情況下在齒輪周圍氣體的流動(dòng)速度較高；而無導(dǎo)風(fēng)桶情況下齒輪周圍的氣體流動(dòng)速度較低，尤其是下部的齒輪周邊的氣體流動(dòng)速度很小。模擬結(jié)果顯示，導(dǎo)風(fēng)桶的使用可以明顯增加齒輪周圍氣體流動(dòng)強(qiáng)度，改善滲碳?xì)夥辗植夹Ч?；而沒有導(dǎo)風(fēng)桶，即使用四個(gè)風(fēng)機(jī)，情況也不樂觀。從圖10至圖12中還有一個(gè)啟示值得關(guān)注，在大齒輪輪輻上的孔的位置，氣體流速非常大，而此處通常并不需要滲碳，如果在裝夾時(shí)把它們蓋住，將有利于提高齒輪齒圈處的氣體流速。
四、特大型工件的特殊加熱過程的計(jì)算機(jī)模擬
在一些非常特殊的情況下，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)可以發(fā)揮獨(dú)特的作用，如125MN油壓機(jī)主柱塞材料為45鋼，重達(dá)150t。由于工件體積龐大，加工企業(yè)現(xiàn)有的加熱爐功率不足以使其控制升溫，難以達(dá)到一定厚度淬硬層的設(shè)計(jì)要求，因此需要制定恰當(dāng)?shù)募訜峁に囀蛊浔砻嬉欢ê穸忍帄W氏體化，然后進(jìn)行淬火。為防止溫度場梯度過大，首先需預(yù)熱(500℃)，然后用計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算，可得到保溫過程中工件表面與心部以及爐氣溫度隨時(shí)間的變化曲線(見圖14)，從而確定恰當(dāng)?shù)谋亟Y(jié)束時(shí)間。
奧氏體化階段是以全功率加熱升溫，在獲得要求的一定厚度的奧氏體層后噴水淬火。但是由于工件太大，無法控制升溫，從而也就無法預(yù)先得知爐氣溫度變化情況，因此以一般的工件溫度場模擬的方法，就遇到一個(gè)無法解決的困難，即不能確定工件的環(huán)境溫度。為此我們采用了擴(kuò)展域的概念。擴(kuò)展域即將分析的對(duì)象從工件本身擴(kuò)展到與工件相關(guān)的各個(gè)方面，通過它們之間的相互聯(lián)系，再通過已知的某些條件來解決問題。本算例中就是通過加熱爐與工件熱流值建立關(guān)系，通過熱流量的近似相等推導(dǎo)出爐中的環(huán)境溫度。在計(jì)算中考慮了工件本身的材料物性參數(shù)、組織場的變化對(duì)加熱冷卻的影響，同時(shí)還考慮了加熱爐與外界環(huán)境的熱交換和保溫材料物性參數(shù)對(duì)整個(gè)過程的影響。按照該思路對(duì)第二部分奧氏體化階段的升溫過程加以模擬，結(jié)果如圖15所示。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，對(duì)模擬計(jì)算得到的溫度變化曲線進(jìn)行了驗(yàn)證，爐氣的溫度變化和實(shí)測值吻合得很好。企業(yè)根據(jù)此計(jì)算結(jié)果進(jìn)行處理，獲得了良好的結(jié)果。
五、結(jié)語
與在工藝過程中的應(yīng)用一樣，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)在熱處理工藝裝備中的應(yīng)用同樣具有廣闊的前景和實(shí)用價(jià)值。它有助于提高熱處理工藝裝備設(shè)計(jì)的科學(xué)性和預(yù)見性，使熱處理裝備向著高效、節(jié)能和智能化的方向發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)和熱處理及相關(guān)領(lǐng)域理論的不斷結(jié)合、不斷成熟，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)在熱處理工藝裝備中的應(yīng)用將更加廣泛。
