第 1 章  緒   論

近年來，大部分國內(nèi)外專家學(xué)者對矩形管感應(yīng)強(qiáng)化技術(shù)的研究主要集中在普通鋼材的感應(yīng)強(qiáng)化，而針對高強(qiáng)鋼的感應(yīng)強(qiáng)化研究較少。在汽車制造領(lǐng)域，高強(qiáng)鋼有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高等優(yōu)勢,逐步代替了普通鋼材，既可以減輕汽車整體的重量，又能提高汽車本身的安全性能[12]。感應(yīng)強(qiáng)化的工藝參數(shù)因高強(qiáng)鋼化學(xué)成分的不同而不一樣，感應(yīng)強(qiáng)化過程中金相組織形態(tài)的變化也因高強(qiáng)鋼化學(xué)成分的不同而存在差異，這都影響了材料的力學(xué)性能，所以進(jìn)行高強(qiáng)鋼感應(yīng)強(qiáng)化的研究能對高強(qiáng)鋼感應(yīng)強(qiáng)化技術(shù)提供參考。 掌握高強(qiáng)鋼矩形管的感應(yīng)強(qiáng)化技術(shù)，總結(jié)線圈參數(shù)、工藝參數(shù)影響感應(yīng)強(qiáng)化的規(guī)律，改善矩形管的金相組織分布和力學(xué)性能，不僅填補(bǔ)高強(qiáng)鋼矩形管感應(yīng)強(qiáng)化技術(shù)在管材熱處理領(lǐng)域中的不足，而且對高強(qiáng)鋼矩形管在汽車制造及其他工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。
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第 2 章  矩形管感應(yīng)強(qiáng)化的理論研究 

2.1  引言 

矩形管感應(yīng)強(qiáng)化是電磁場、熱場多場耦合的復(fù)雜工藝，經(jīng)感應(yīng)強(qiáng)化的矩形管的金相組織和力學(xué)性能受多方面因素的影響，其中異形線圈的形狀、參數(shù)是控制矩形管組織和性能的關(guān)鍵因素。矩形管在矩形線圈中感應(yīng)強(qiáng)化時(shí)，受線圈幾何形狀的限制，在其表面上產(chǎn)生不均勻的磁感應(yīng)強(qiáng)度而加熱不均勻，從而導(dǎo)致矩形管在周向上組織和性能不均勻。設(shè)計(jì)異形線圈彌補(bǔ)對矩形管感應(yīng)強(qiáng)化時(shí)造成的溫度、組織、性能分布不均勻的缺陷，進(jìn)行異形線圈對矩形管感應(yīng)強(qiáng)化的理論研究，建立異形線圈在通入源電流時(shí)產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布的關(guān)系方程。矩形管有高度為 40mm，寬度取 30mm、40mm、50mm、60mm 四種規(guī)格。矩形管結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示。

2.2  矩形管感應(yīng)加熱控制方程

求解感應(yīng)加熱電磁場和溫度場分布問題需要求解多維偏微分方程，同時(shí)利用電磁場和溫度場的邊界條件。溫度場和電磁場都是非穩(wěn)態(tài)的時(shí)變場，不能進(jìn)行直接求解，常用有限差分法或有限元法進(jìn)行求解。課題運(yùn)用有限元法進(jìn)行感應(yīng)加熱的數(shù)值模擬，溫度場分布求解結(jié)果在之后的感應(yīng)加熱數(shù)值模擬中會(huì)做詳細(xì)的求解、分析。電磁場和溫度場的控制方程非常復(fù)雜，參數(shù)受溫度影響大，感應(yīng)強(qiáng)化時(shí)電磁場和溫度場不穩(wěn)定，難以得到溫度場與感應(yīng)線圈源電流I 的關(guān)系。由感應(yīng)加熱的電磁學(xué)微分控制方程（2-6），熱功率密度表達(dá)式（2-7）和非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的傳熱學(xué)微分控制方程（2-8）可以分析出規(guī)律，矩形管進(jìn)行感應(yīng)強(qiáng)化時(shí)，其表面溫度場的分布與磁感應(yīng)強(qiáng)度分布一致，即可以通過計(jì)算磁感應(yīng)強(qiáng)度分布情況推測溫度場的分布規(guī)律。

第 3 章  矩形管感應(yīng)強(qiáng)化的線圈設(shè)計(jì)與優(yōu)化 ........ 21 

3.1  引言 .......... 21 
3.2  異形線圈的設(shè)計(jì)與優(yōu)化 .......... 21 
3.3  感應(yīng)強(qiáng)化工藝參數(shù)的設(shè)定 ........... 31 
3.4  小結(jié) ...................... 31 
第 4 章  高強(qiáng)鋼矩形管感應(yīng)強(qiáng)化的數(shù)值模擬....... 33 
4.1  引言 .................... 33 
4.2 ANSYS 感應(yīng)加熱的數(shù)值模擬 ................. 33 
4.3 SIMUFACT 感應(yīng)加熱-淬火的數(shù)值模擬 .................. 42 
4.4  小結(jié) ........ 44 
第 5 章  高強(qiáng)鋼矩形管感應(yīng)強(qiáng)化的試驗(yàn)研究 ............ 45 
5.1  感應(yīng)強(qiáng)化試驗(yàn)研究方案 ................. 45 
5.2  感應(yīng)強(qiáng)化試驗(yàn)系統(tǒng)的搭建 ........... 45 
5.3  感應(yīng)強(qiáng)化試驗(yàn)結(jié)果分析 .................. 47 
5.4  小結(jié) ............... 52 

第 5 章  高強(qiáng)鋼矩形管感應(yīng)強(qiáng)化的試驗(yàn)研究 

5.1  感應(yīng)強(qiáng)化試驗(yàn)研究方案 

對 BR1500HS 高強(qiáng)鋼矩形管進(jìn)行感應(yīng)強(qiáng)化試驗(yàn)，試驗(yàn)主要包括試驗(yàn)前的試驗(yàn)系統(tǒng)的搭建和試驗(yàn)后的試驗(yàn)結(jié)果分析。試驗(yàn)前期準(zhǔn)備工作包括搭建和調(diào)試感應(yīng)強(qiáng)化試驗(yàn)系統(tǒng)，制作異形線圈，準(zhǔn)備不同規(guī)格矩形管；進(jìn)行不同寬度矩形管的感應(yīng)強(qiáng)化試驗(yàn)；感應(yīng)強(qiáng)化試驗(yàn)后對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，分析矩形管運(yùn)行速度影響抗拉強(qiáng)度的規(guī)律，測得不同寬度矩形管周向硬度分布，觀察不同寬度矩形管金相組織分布。矩形管感應(yīng)強(qiáng)化試驗(yàn)方案框圖如圖 5-1 所示。

5.2  感應(yīng)強(qiáng)化試驗(yàn)系統(tǒng)的搭建

矩形管輸送裝置由矩形管輸送機(jī)床、輸送裝置控制柜組成。矩形管輸送裝置用于輸送矩形管，能使矩形管以不同速度穿過異形線圈。感應(yīng)線圈裝置包括異形線圈、電流變換器、電源控制箱三部分，可將交變電場轉(zhuǎn)換成交變磁場，產(chǎn)生渦流，渦流生熱，最終實(shí)現(xiàn)對矩形管的感應(yīng)強(qiáng)化處理。矩形管輸送機(jī)床如圖 5-3 所示，它是由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠實(shí)現(xiàn)推桿直線運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)矩形管輸送裝置直線運(yùn)行。矩形管輸送裝置控制柜選用 WA-31DT 數(shù)控系統(tǒng)，通編寫指令實(shí)現(xiàn)矩形管輸送機(jī)床變速行走。同時(shí)，使用輸送裝置控制柜控制感應(yīng)線圈裝置的通水、停水、通電、斷電，控制輸送機(jī)床運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)矩形管感應(yīng)強(qiáng)化自動(dòng)執(zhí)行，安全、快速、便捷。感應(yīng)線圈裝置如圖 5-4 所示，a 圖為感應(yīng)線圈，b 圖為電流變換器。電源控制箱為感應(yīng)線圈裝置提供功率、電流、頻率不同的電能，由感應(yīng)線圈裝置轉(zhuǎn)變成磁場，產(chǎn)生渦流，用以加熱矩形管。

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結(jié)   論

為實(shí)現(xiàn)矩形管周向金相組織和力學(xué)性能的均勻化，進(jìn)行了矩形管感應(yīng)強(qiáng)化理論研究、線圈設(shè)計(jì)與優(yōu)化、數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究。分析了不同異形線圈參數(shù)、不同矩形管寬度影響矩形管磁感應(yīng)強(qiáng)度、溫度場分布的規(guī)律，進(jìn)行試驗(yàn)得到經(jīng)感應(yīng)強(qiáng)化后矩形管的力學(xué)性能、金相組織。主要成果和結(jié)論如下：（1）建立了矩形管在異形線圈中感應(yīng)強(qiáng)化時(shí)，矩形管表面磁感應(yīng)強(qiáng)度與線圈源電流的關(guān)系方程，為設(shè)計(jì)、優(yōu)化異形線圈奠定了理論基礎(chǔ)。（2）分析了異形線圈參數(shù)和矩形管寬度影響磁感應(yīng)強(qiáng)度分布的規(guī)律，得到了異形線圈的優(yōu)化參數(shù)，異形線圈有效改善了矩形管磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布，標(biāo)準(zhǔn)差分別降低了 58.9%，54.3%，52.1%，50.1%。（3）進(jìn)行了矩形管感應(yīng)加熱和感應(yīng)淬火的數(shù)值模擬，分析了異形線圈參數(shù)和矩形管寬度對感應(yīng)加熱溫度場分布的影響，得到了使溫度場分布均勻的異形線圈優(yōu)化參數(shù)，，獲得均勻分布的金相組織和力學(xué)性能。與矩形線圈進(jìn)行了對比，異形線圈改善了矩形管溫度場分布，標(biāo)準(zhǔn)差分別降低了 68.3%，42.9%，18.9%，6.3%，與理論分析的結(jié)論一致。

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參考文獻(xiàn)（略）

本文編號(hào)：37115