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（全套CAD）氣霧冷卻設備的設計（終稿）

對模具的工作性能和使用壽命至關重要。這些表面性能指耐磨損性能耐腐蝕性能摩擦系數疲勞性能等。這些性能的改善單純依賴基體材料的改進和提高是非常有限的。也是不經濟的。而通過表面處理技術，往往可以收到事半功倍的效果。這也正是表面處理技術得到迅速發展的原因。鋼以擴散方式從奧氏體轉變為鐵素體或珠光體型組織，以切變方式從奧氏體轉變為馬氏體或貝氏體組織。因此，根據其相變機理而言，加速冷卻工藝主要是以擴散相變機制和細化晶粒來達到改善鋼材的性能的目的，同時直接淬火工藝則主要是利用切變機理和提高淬透性來實現鋼材的性能的改善。淬火是將鋼加熱到定溫度以上，保溫定時間，以需求冷卻速度冷卻，獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。它是鋼的最經濟最有效的強化手段之。配合不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強度硬度耐磨性疲勞強度以及韌性等，從而滿足各種機械零件和工具的不同使用要求。經感應加熱表面淬火的工件，表面不易氧化脫碳變形小。后來開發的直接淬火技術，與再加熱淬火處理相比，淬硬性可以提高.到.倍能大大提高低碳鋼及低合金鋼的強度。按淬火冷卻介質來分，目前常規淬火工藝主要有水淬油淬熔融熱浴堿浴鹽浴和金屬浴淬火和專用淬火液淬火水溶性淬火介質淬火等，這些淬火工藝是先將工件加熱到奧氏體化后再在水油熔融熱浴以及專用淬火液水溶性淬火介質等冷卻介質中快速冷卻并使工件發生相變的加工處理過程。此外，比較常規的淬火工藝還有空氣靜止空氣壓縮空氣淬火和固體流動粒子和金屬板淬火等。常用的淬火方法有單介質淬火雙介質淬火馬氏體分級淬火貝氏體等溫淬火局部淬火?？刂评鋮s的作用可概括如下提高產品質量機械性能提高強度并且改善韌性。工藝性能提高可焊性裂紋抗力和成形性。組織與結構提高了組織的分散度獲得了復相組織并且細化了晶粒。表面質量減少表面劃傷裂紋和氧化鐵皮產生避免表面脫碳現象的產生。降低生產成本節省了合金成分。減輕了構件及其設備重量。節約了能源。簡化工藝流程。提高成材率。減少環境污染節省自然資源?？刂评鋮s的方式幾種常用的冷卻方式和特點如下水氣噴霧冷卻通過加壓的空氣使水成霧化狀態，成霧狀的水和高壓高速氣流直接噴到鋼材表面上進行冷卻。優點是可對板材較冷邊部進行補償，這大大節省了成本，缺點是這種冷卻方式冷卻不均，容易產生翹曲。層流冷卻其優點是水流可以保持成層流狀態，并且可以得到很強的冷卻能力上下表面縱向表面可以得到均勻冷卻。其缺點是冷卻區距離長并且集管之間有了定的距離，這導致了橫向冷卻的不均勻。冷卻,設備,裝備,設計,畢業設計,全套,圖紙摘要本課題針對我校為大連特鋼設計的模具鋼控冷設備，參考了中厚板在生產過程中成熟的在線淬火控冷技術，其中采用了空氣冷卻噴氣冷卻氣霧冷卻水霧冷卻以及噴水冷卻種由弱到強的冷卻方式。本文主要是對氣霧冷卻系統進行相關設計和計算，并且確定最佳氣霧冷卻方案和氣霧冷卻系統的結構參數。在氣霧冷卻方案的設計過程中，以軟件為操作平臺，使氣霧冷卻過程滿足實際需求。本文研究的主要內容和結論是本課題中的控冷設備針對厚度為寬度為長度為的模具鋼進行冷卻，其中，氣霧冷卻設備主要冷卻薄的模具鋼板。為了使模具鋼板得到均勻冷卻，本文對氣霧冷卻方式進行了方案的設計和氣霧冷卻設備結構的設計。同時，本文對所有的設計方案進行了比較詳細的說明和比較，并使用了軟件對每個設計方案進行模擬實驗，從中選擇出最佳方案。在確定氣霧冷卻設備最佳方案后，設計氣霧冷卻設備的相關尺寸參數，完成氣霧冷卻設備初步設計。在進行氣霧冷卻設備噴嘴的間距設計中，對不同的設計方案建立其模型，同時在模型能定性解決問題的前提下進行模型簡化，以便減少計算過程，節約時間。將網格劃分完畢后的模型導入軟件進行模擬實驗，檢驗結果，改進噴嘴布置后多次實驗，從而確定最佳噴嘴布置方案，使得模具鋼在寬度方向上得到均勻冷卻。本文對于氣霧冷卻系統的設計方法和研究思路對模具鋼在線淬火冷卻的研究和利用具有定的參考價值。關鍵詞模具鋼，控制冷卻，氣霧冷卻摘要課題綜述.課題背景及研究意義課題背景研究意義.模具鋼概述模具鋼發展塑料模具鋼預硬型塑料模具鋼.控冷簡介控制冷卻的機理和作用控制冷卻的方式氣霧冷卻設備控制冷卻在板帶材中的應用控制冷卻存在的問題提高控制冷卻均勻性的措施流體概述.流體運動研究方法.流體相關性質.軟件求解氣霧冷卻設備的設計.氣霧冷卻設備方案模型的建立和參數設置氣霧冷卻設備方案設計噴嘴方案的制定.氣霧冷卻系統結構對模具鋼冷卻均勻性的影響因素.氣霧冷卻系統模型的建立模型的建立氣霧冷卻系統結構氣霧冷卻系統的噴嘴方案設計計算等效流速結論參考文獻附錄附錄附錄文獻翻譯在學取得成果致謝引言本課題來源于以下背景我國當前的控冷技術還不夠完善。我校也曾為大連特鋼設計了套控冷設備，在實際生產中，仍存在些缺陷。本文研究的內容主要有以下部分對國內外模具鋼控冷技術的研究現狀對比，以及對氣霧冷卻設備進行方案設計，同時，使用軟件確定該方案的噴嘴布置，從而使得氣霧冷卻設備能夠滿足對模具鋼控冷性能的要求，可以實現在線控冷，以及實現控冷工藝的在線自動化。從而可以提高產品生產率和產品質量。該課題的研究過程和方法首先通過對氣霧冷卻設備的相關知識進行充分了解的基礎上，對氣霧冷卻設備的方案進行設計和實驗，完成對氣霧冷卻設備外形尺寸的設計。通過文獻學習，找到理論計算方法。并且采用理論研究與數值模擬相結合的方法，通過進行數值模擬分析，確定合理的噴嘴分布參數。課題綜述.課題背景及研究意義課題背景目前，我國的控冷技術仍然不夠完善。并且，我校為大連特鐵設計的套控冷設備在實際的生產應用中，也存在些問題。研究意義本課題對氣霧冷卻設備進行設計和理論計算，使得設備能夠滿足對模具鋼控冷性能的要求，可以實現在線控冷，以及實現控冷工藝的在線自動化。從而提高了產品生產率和產品質量。.模具鋼概述模具鋼發展隨著對模具的要求如模具向精密多型腔高壽命等越來越高，我國引進了不少效果比較好的模具鋼。例如冷作模具鋼塑料模具鋼熱作模具鋼等。建模，將噴嘴位置網格相對其他位置網格細化，如圖所示。圖噴嘴設計方案的模型將模型導入軟件中，檢查網格質量，如下所示.,,.網格檢查無誤后，根據軟件對方案的噴嘴分布的模型計算，得到方案的氣霧冷卻系統流體在管道中流動的速度云圖和從個噴嘴噴出的流體流速的分布圖，如圖和圖所示。圖方案的氣霧冷卻系統流體在管道中流動的速度云圖圖方案中從噴嘴口噴出流體流速分布圖使用軟件，計算出每個噴嘴對應的噴出流體的平均流速，整理數據做出表格，如表所示。表方案中從號噴嘴噴出流體對應的流速表噴嘴編號出口流速噴嘴編號出口流速.根據表中的數據做出氣霧冷卻系統中從個噴嘴噴出流體平均流速的曲線圖，并且使用次多項式對所做出的曲線擬合，從而得到它的趨勢線，如圖所示。圖噴嘴分布方案的從噴嘴口噴出流體的平均速度曲線結論通過分析圖中管道速度云圖，得出進水管道通過四根管道按從左到右的順序規定為號管道進入供水管道時，號和號管道中流體的流速略大于號和四號管道中流體流速，這種現象有助于號和號之間噴嘴噴出流體的流速略大于其他噴嘴噴出流體的流速，有利于個噴嘴噴出的流體曲線呈中凸類拋物線形式。但是觀察圖中噴嘴噴出流體的速度曲線，該流體流速曲線接近中凸拋物線，但是號噴嘴和號噴嘴噴出流體流速比號噴嘴和號噴嘴流體流速略大。根據噴嘴分布方案，曲線比較接近中凸曲線，為了使其更加接近中凸曲線的特性。在對噴嘴方案多次模擬實踐中，為了方便調節，總結了下述規律噴嘴間距小，對應噴嘴噴出流體流量大，同時噴嘴間距大，對應噴嘴噴出流體流量小的特點，為了減小號噴嘴和號噴嘴噴出流體的流速，同時增大號噴嘴噴出流體的流速，我們從新設計了噴嘴分布方案，增大號噴嘴與號噴嘴之間以及號噴嘴與號噴嘴之間的間距，同時減小了號噴嘴和號噴嘴之間以及號噴嘴和號噴嘴之間的間距，如表所示。表第二組氣霧冷卻系統噴嘴方案設計從至間距從至間距對第二組氣霧冷卻系統的噴嘴方案設計進行建模，由于噴嘴相對重要，所以將噴嘴位置網格相對其他位置網格更加細化，如圖所示。圖氣霧冷卻系統的噴嘴設計方案二模型將氣霧冷卻系統的噴嘴設計方案二的模型導入軟件中，進行網格檢驗，檢驗結果如下所示.,,.以實驗為研究手段第二種是理論分析方法，利用簡單流動模型假設，給出些問題的解析解三是數值模擬。實驗法需要耗費大量時間和資源，對于理論分析方法，對于較復雜的流體運動現象仍然無能為力。流體運動規律以質量守恒定律動量守恒定律和能量守恒定律，與固體力學不同之處是流體在運動過程中時刻變化，導致求解復雜?？刂屏黧w運動的方程屬于非線性偏微分方程，所以，在解決流體問題時，除了簡單運動外，般不易求解。隨著計算機的發展，出現了比較著名的軟件如等。在解決本文中的流體問題中，主要采用軟件進行求解。.流體相關性質密度流體密度是指單位體積內所含物質多少。如果流體密度均勻，則有在公式中，為該流體的密度。為對應流體的質量，為對應流體的體積。對于不均勻的流體，流體的密度每處均不相同，所以流體的密度公式采用微分形式，表示點處流體的密度。流體密度的重要性質是它的值會隨著壓強和溫度的變化而改變。流體的壓縮性流體的壓縮性是指隨著外界條件如外界壓強以及流體的溫度的改變，流體的密度和體積發生變化的現象。描述流體壓縮性常用的兩個量是流體的等溫壓縮率流體的體積膨脹系數。流體的等溫壓縮率的定義如下由式所示，該式表示溫度的恒定時，每增加單位壓強所產生的流體體積相對變化率。流體的體積膨脹系數定義為由式得到，壓強恒定時，增加單位溫度所產生的流體體積相對變化率。在對流體問題進行分析時，考慮流體的可壓縮性時，我們把該流體成為可壓縮流體，如果不考慮流體的可壓縮性，我們把該流體稱為不可壓縮流體。在本文中，考慮到氣霧冷卻系統中流體處于穩定狀態，溫度和壓強不發生變化，所以，對待該流體問題，我們可以忽略其可壓縮性。.軟件求解程序軟件由以下軟件組成軟件，主要用于幾何模型的建立和對幾何模型進行網格生成。軟件，主要用于對于流體問題的模擬求解。軟件，主要用于燃燒過程的模擬。軟件，主要用于從現有的邊界網格生成生成體網格。軟件，將其他程序的網格進行轉換，用于計算。本課題中的流體問題主要使用了程序軟件中的和進行計算模擬。對于求解方法，有非耦合求解耦合隱式求解耦合顯式求解對于高速可壓縮流動，需要考慮體積力的流動，求解該流體問題需要網格比較密集，般采用耦合隱式求解本課題流體問題相對簡單，可以采用默認的非耦合求解方式求解。在設置邊界條件時，本文中出現的流體問題，進口壓力和出口壓力已知，所以采用了以及，設置進口邊界條件為壓力入口代表進口流量或流動速度未知而流體入口處壓力已知的情形而出口邊界為表示了該流體問題中流體出口上的靜壓是定值，本課題中的流體出口為外界大氣壓。氣霧冷卻設備的設計.氣霧冷卻設備方案模型的建立和參數設置在模具鋼進入氣霧冷卻區域時，氣霧冷卻設備中的流體水和氣的參數都達到了穩態，這樣才可以使得模具鋼在冷卻過程中水霧時刻是等強度的。因此，我們只需要研究水幕冷卻其優點是保持層流狀態的水流，可以大大提升冷卻速度，并且其對水質的要求不高，容易維護。缺點是