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1、·机械研究与应用·2016年第2期(第29卷,总第142期)研究与分析doi:10.16576/j.cnki.1007-4414.2016.02.012∗基于通道模型计算等离子弧表面淬火热源参数夏迅洁,王硕桂(中国科学技术大学精密机械与精密仪器系,安徽合肥230027)摘要:以通道模型和Maecker线性化方法为基础,结合等离子弧表面淬火的工艺过程,从理论上对等离子弧表面淬火热源参数进行分析计算,获得了等离子弧表面淬火热源热流密度分布的表达式,并通过ANSYS软件,将计算结果应用于45#钢等离子弧表面淬火过程的温度场模拟中,
2、得到了45#钢工件的淬硬层深度和宽度,通过与45#钢的淬火实验结果对比,两者在误差范围内非常吻合,从而验证了该计算方法的正确性。关键词:通道模型;热源参数;热流密度;淬硬深度和宽度中图分类号:TG156.33文献标志码:A文章编号:1007-4414(2016)02-0033-03CalculationofHeatSourceParameterofPlasmaArcSurfaceQuenchingBasedonChannelModelXIAXun-jie,WANGShuo-gui(DepartmentofPrecisionM
3、achineryandPrecisionInstrument,UniversityofScienceandTechnologyofChina,HefeiAnhui230027,China)Abstract:Inthispaper,theheatsourceparameterofplasmaarcsurfacequenchingisanalyzedandcalculatedintheorybasedonthechannelmodelandMaeckerlinearizationmethodcombingwiththeproce
4、ssofplasmaarcsurfacequenching,andtheex-pressionofheatfluxdensitydistributionofplasmaarcsurfacequenchingisobtained.Thetemperaturefieldoftheplasmaarcsurfacequenchingprocessof45steelissimulatedwiththeresultsofthecalculationandANSYSsoftware,andthequenchingdepthandwidth
5、oftheworkpieceisobtained.Bycomparingthesimulatedresultswiththeexperimentalresultsof45steel,theyareingoodagreementwiththeerrorrangeandthusthecorrectnessofthecalculationmethodisverified.Keywords:channelmodel;parameterofheatsource;heatfluxdensity;depthandwidthofharden
6、ing0引言密度表达式。将计算结果通过有限元软件ANSYS对#等离子弧表面淬火热源的热流密度通常看作为45钢等离子弧表面淬火温度场进行了模拟,通过温[1]度场得到了45#钢淬硬层深度和宽度,与45#钢等离高斯分布,但其分布曲线形状随等离子弧发生器及工艺参数的变化而变化,理论分析中为了确定其分子弧表面淬火实验值比较,模拟分析结果和实验结果布曲线形状,即确定qexp(-kr2)中的k值,以前都是吻合的很好,由此验证了该计算方法的正确性。这种m根据确定的等离子弧发生器通道直径及工艺参数,近方法针对不同的等离子弧发生器和工艺参数,可
7、以直似计算得到一个有效热源半径[2],利用有效热源半接计算出等离子弧表面淬火高斯热源分布曲线形状的k值,对等离子弧表面淬火技术的理论分析及实际径与k的关系得到近似的k值,而后结合实验对k值应用均具有很重要的意义。进行修正的方法获得。这种方法的缺陷就在于如果改变等离子弧发生器的通道直径和工艺参数,k值都1算法的建立需要重新计算并重新做实验获得,所以它的局限性很1.1能量平衡方程大,因此本文企图结合通道模型和能量守恒原理从理等离子弧表面淬火利用等离子弧发生器产生高论上建立计算k值的方法。通道模型[3]是电弧和热能射流作用金属板,
8、从而在工件表面形成月牙形的硬等离子体分析计算中最基本的模型,目前相关文献的化层,如图1所示。为了计算k值,首先建立一维壁[3]主要工作是利用通道模型计算电弧半径[4],电流密稳弧的能量平衡方程。[5]度、电弧温度等弧参数以及讨论切割工艺参数与[6]等离子体弧柱特性的关系等。笔者基于通道模型
