钢件淬火过程温度场的数值模拟
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３ 结语
本文利用ＡＮＳＹＳ软件对淬火过程温度场的进 行了数值模拟，节点等值线图可以清晰直观地反映 淬火过程任意时刻，任意节点的温度场分布。数值 模拟的结果符合生产实际并且运算速度较快。该方 法明显优于传统的人工测量和经验判断方法。
［参考文献］
［１］张国智．胡仁喜．陈继刚．等．ＡＮＳＹＳＩＯ．０热力学有限元 分析实例指导教程［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００７． ［２］张建峰，王翠玲，吴玉萍，等．ＡＮＳＹＳ有限元分析软件在 热分析中的应用［Ｊ］．冶金能源．２００４，２３（５）：９－１０． ［３］张朝辉．ＡＮＳＹＳ热分析教程与实例解析［Ｍ］．北京：中 国铁道出版社。２００７． ［４］马仙．淬火过程数值模拟研究进展［Ｊ］．兵器材料科学与 工程，１９９９（３）：５９—６３． ［５］赖宏，刘天模．４５钢零件淬火过程温度场的ａｎｓｙｓ模拟 ［Ｊ］．重庆大学学报，２００３，２６（３）：８２—８３． ［６］殷雯，雷宏．对称钢件淬火过程温度场分布的数值模拟 ［Ｊ］．集美大学学报，１ ９９８，３（４）：５５—５９． ［７］谭真，郭广文．工程合金热物性［Ｍ］．北京：冶金工业出 版社，１９９４． ［８］张朝晖．ＡＮＳＹＳ ８．０结构分析及实例解析［Ｍ］．机械工 业出版社．２００５． ［９］叶先磊，史亚杰．ＡＮＳＹＳ工程分析软件应用实例［Ｍ］． 北京：清华大学出版社，２００３．
热分析是ＡＮＳＹＳ软件分析功能中的一个模 块。国际热分析协会（简称ＩＣＴＡ）的命名委员会于 １９７７年给的定义是：热分析是在程序控制温度下测 量物质的物理性质与温度关系的一类技术，定义中 的程序控制温度是指按某种规律加热或冷却，通常 是线性升温和线性降温。ＡＮＳＹＳ进行热分析的基 本原理是先将所处理的对象划分成有限个单元（包 含若干节点），然后根据能量守恒原理求解一定边界 条件和初始条件下每一节点处的热平衡方程，由此 计算出各节点温度，继而进一步求解出其他相 关量‘引。
参考文献(9条) 1.谭真;郭广文 工程合金热物性 1994 2.叶先磊;史亚杰 ANSYS工程分析软件应用实例 2003 3.张朝晖 ANSYS 8.0结构分析及实例解析 2005 4.殷雯;雷宏 对称钢件淬火过程温度场分布的数值模拟 1998(04)
5.赖宏;刘天模 45钢零件淬火过程温度场的ansys模拟[期刊论文]-重庆大学学报 2003(03) 6.马仙 淬火过程数值模拟研究进展[期刊论文]-兵器材料科学与工程 1999(03)
钢件淬火过程温度场的数值模拟
朱圆圆，祁文军，易 挺，李志成
（新疆大学机械Ｔ程学院，新疆乌鲁木齐８３０００８）
摘 要：利用ＡＮＳＹＳ软件的热分析模块对某钢件淬火过程进行建模、分网、加载及求解，得到了钢件
淬火不同时刻的温度场、在某一时刻沿铜件内壁温度分布，以及钢件上所选特殊点的温度分布；同时还建
立了淬火过程的数学模型。模拟过程对于淬火液的选取及淬火工艺的优化提供了参考依据，对淬火过程
万方数据
《新技术新工艺》·热加工工艺技术与材料研究 ２００８年 第１．１期
·９７·
口６ ０４
篓
纫ｌ呖 Ｄ．Ｃ
鋈峪 Ｈ
铴；川
图１零件截面图
特性可以是常数或温度相关的，各向同性或正交异 性的，对各向同性材料只需指定其一个方向的特性。 非线性材料特性通常是表格数据，如塑性数据、磁场 数据、蠕变数据等【８］。瞬态热分析需要定义材料的 比热容、热导率、密度，其数值查手册［７］。４５号钢密 度取７ ８３３ ｋｇ／ｍ３，在８００℃时，Ｃｐ＝８０６ Ｊ／（ｋｇ ·℃），Ａ一２６．４９ Ｗ／（ｍ·℃） ２．３建立模型
／，： ／
ｊ乒
｝ ｜
、 ＼．
、 Ｉ
ｌ
一｛ ———— 一 。卜
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圈３在６０ ｓ时沿圆柱筒内壁温度分布
由此可见，１）对于其他型号的钢件，只要知道 其初始温度和终止温度，热物性参数值，同样，可以 用ＡＮＳＹＳ件定量的模拟其淬火全过程的温度场。 ２）对于不同的淬火液，只要选取相应的表面传热系 数，利用ＡＮＳＹＳ软件模拟其淬火温度场，求解淬火 冷却时间，对比结果后选择合理的淬火介质。３）该 方法为合理控制淬火的时间提供依据，为计算淬火 过程中的热应力、残余应力提供了温度边界条件。
中的热应力、残余应力计算提供了温度边界条件。
关键词：温度场；淬火；数值模拟；ＡＮＳＹＳ
中图分类号ＩＴＧ １５６．３４
文献标志码：Ａ
ＡＮＳＹＳ软件是融结构、热、流体、电磁、声学多 物理场于一体的大型通用有限元分析软件，由世界 上著名的有限元分析软件公司一美国ＡＮＳＹＳ公司 开发。主要包括３个部分：前处理模块，求解模块和 后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建 模及网格划分工具；求解模块包括几乎所有领域的 分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度 分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以 各种所需要的方式显示出来Ⅲ。
网格划分将几何模型转化为由节点和单元构成 的有限元模型。ＡＮＳＹＳ提供了多种有限元网格划 分工具，包括自由网格划分、映射网格划分等［９］。在 划分时可通过控制单元的大小、划分的精度等调节 网格的密度。该模型网格划分采用映射网格划分方 法，单元的大小设置为０．００２ ５。 ２．５定义边界条件
载荷是指有限元模型上的位移、力、温度、热、电 磁等。载荷可以分为自由度约束、集中载荷、面载 荷、体载荷、惯性载荷。本实例施加的是对流换热载 荷。设置热分析类型为瞬态热分析，淬火时间设置 为５ ｒａｉｎ，Ｍｉｎｍｕｍ ｔｉｍｅ ｓｔｅｐ ｓｉｚｅ设置为１ Ｓ。温度 偏移量设为２７３。淬火终止温度为０℃，对流传热 系数为ｈ＝５００ Ｗ／ｍ２．℃。 ２．６求解及结果分析
设置好边界条件后，点击Ｍａｉｎ Ｍｅｎｕ／Ｓｏｌｕ－ ｔｉｏｎ／Ｓｏｌｖｅ／Ｃｕｒｒｅｎｔ ＬＳ，即可求解成功。然后选取
圈２不同时刻温度场分布
·９８·
万方数据
《【新技术新工艺》·热加工工艺技术与材料研究 ２００８年 第１１期
Ｇｅｎｅｒａｌ ｐｏｓｔｐｒｏｃ／ｒｅａｄ ｒｅｓｕｌｔ／ｂｙ ｐｉｃｋ，读取所要步 的分析结果，用等值线图显示淬火３００ Ｓ内任意一 秒钢件各节点的温度场分布。本文只选取１ Ｓ、６０ Ｓ、１２０ ｓ时，钢件局部与整体温度场分布如图２。由 图２可见，在淬火１ ｓ时表面温度迅速下降，心部仍 保持高温。随着淬火时间的延长，钢件温度迅速下 降。仅用２ ｍｉｎ，钢件表面就从８００℃高温降低到 了４５℃左右，心部降低到１１２℃左右。在任一时 刻，零件心部温度在整个钢件中都是最高的，这完全 符合生产实际。得到的钢件表面淬透性最大，钢件 的机械性能表面硬度较高，耐磨损，心部硬度较低， 冲击韧性较好。但是，冷却速度不均匀会产生热应 力。图３显示了６０ ｓ时，钢件圆柱内壁沿高度方向 在同一条直线上的节点温度分布。横坐标表示距底 面的高度，纵坐标表示节点的温度值。在淬火过程 中，因圆柱壁厚不均匀，壁厚部分较壁薄处降温较 慢，心部较边缘部分降温较慢。图４是在钢件上选 取一些点（如图１所示），查看温度分布。各点温度 均随着淬火时间的延长而降低，只是降温的速度不 同。Ｃ、Ｄ点降温最快，Ｂ点次之，Ａ点最慢。如果 想得到其他节点的温度场，只要选取节点的坐标值， 即可显示各节点的温度场分布等值线图。
系数与材料淬火过程的温度有关。 零件进行淬火时，认为边界条件为对流换热边
界条件［６｜：
３下Ｉ
—Ａ芸Ｉ＝＾（Ｔ，一Ｔｑ）
Ｏｎ
ｆ
其中ｈ和ｆ分别表示表面换热系数和换热边
界，ｔ为零件表面温度，Ｌ为淬火界质温度，嚣表示
沿向的温度梯度。
２ 基于ＡＮＳＹＳ的淬火温度场的数值模拟实 例分析
某零件材质为４５号钢，将其加热到８００℃，保 温一段时间，在０℃水中淬火，用ＡＮＳＹＳ软件模拟 其淬火５ ｍｉｎ的温度场分布。淬火过程属于瞬态热 分析问题。图１为钢件的截面图。 ２．１定义单元类型
作者：
作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)：
朱圆圆， 祁文军， 易挺， 李志成， ZHU Yuanyuan， QI WeNun， YI Ting， LI Zhicheng 新疆大学,机械工程学院,新疆,乌鲁木齐,830008
新技术新工艺 NEW TECHNOLOGY & NEW PROCESS 2008(11)
7.张朝辉 ANSYS热分析教程与实例解析 2007
8.张建峰;王翠玲;吴玉萍 ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用[期刊论文]-冶金能源 2004(05)
9.张国智;胡仁喜;陈继刚 ANSYS10.0热力学有限元分析实例指导教程 2007
百度文库
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_xjsxgy200811035.aspx
几何模型的创建有２种方法：输入法和创建法。 输入法是直接输入由其他ＣＡＤ软件（如ＰＲＯ／Ｅｎ－ ｇｉｎｅｅｒ、ＵＧ、Ｓｏｌｉｄ Ｗｏｒｋｓ等）创建好的实体模型，利 用ＡＮＳＹＳ与ＣＡＤ软件的接口将建好的模型导入 ＡＮＳＹＳ中。创建法是直接利用ＡＮＳＹＳ的建模功 能创建实体模型。该钢件属于轴对称图形，利用自 上而下的建模方法建立钢件的十分之一的三维模 型。利用模型扩展功能，可以得到钢件整体三维 模型。 ２．４ 网格划分
单元类型决定单元的自由度设置、单元形状、维 数、位移形函数。在ＡＮＳＹＳ数据库中有超过１５０ 种的不同单元类型可供选择。本例属于瞬态热分析 问题，选择单元类型为Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｏｌｉｄ，Ｂｒｉｃｋ ８ｎｏｄｅ ７０（８节点三维六面体单元）。 ２．２单元的材料特性
绝大多数单元类型都需要材料特性。根据应用 的不同，材料特性可以是线性或非线性。线性材料
ＡＮＳＹＳ软件的热分析功能主要包括稳态热分 析、瞬态热分析、热辐射、相变、热应力等，以及与热 有关的耦合场分析ｎ］。淬火冷却过程属于热分析中 的瞬态热分析。在淬火过程中，零件各部分在冷却 过程中温度分布和组织转变是不均匀的，最终在零 件内部形成热应力和相变应力，直接影响零件的机 械性能和使用寿命。甚至在使用过程中产生变形或 开裂。生产实践表明，淬火冷却过程是热处理工艺 中返修率最高和废品率最高的工序，是热处理质量 控制中最难掌握的环节。淬火过程温度分布的传统 方法是依靠试验测定和经验判断，不能准确分析和 预测淬火过程的温度场［４Ｊ。计算机模拟可将热处理 过程动态的、逼真的模拟，ＡＮＳＹＳ软件具有友好的 用户接口，强大的分析功能，特别适合复杂零件淬火
过程温度场的动态模拟。可快速准确地获得钢件淬 火过程温降历程、温度场分布。
１ 淬火冷却过程数学模型
零件在淬火时，热传递的方式有热传导和对流。
对于三维形状的零件，淬火过程热传导方程¨］：
ａＯ；（Ａ誓） ｌＤｃ一＿Ｏ瓦Ｔ一五Ｏ＼，Ａ ＯｍＴ）ａｏｎｙ ＯｄＴｙ
其中，队ｆ和Ａ分别表示材料的密度、比热容和 热传导系数。对于淬火过程来说，比热容和热传导
作者简介：朱圆圆（１ ９８３一），女，硕士研究生，主要研究方向 为模具ＣＡＤ／ＣＡＩ／ＣＡＭ软件开发及应用。
收稿日期：２００８年７月１０日
责任编辑 吕德龙
图４零件某些节点温度随时间变化曲线图
万方数据
《新技术新工艺》·热加工工艺技术与材料研究 ２００８年 第１１期
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钢件淬火过程温度场的数值模拟
本文利用ＡＮＳＹＳ软件对淬火过程温度场的进 行了数值模拟，节点等值线图可以清晰直观地反映 淬火过程任意时刻，任意节点的温度场分布。数值 模拟的结果符合生产实际并且运算速度较快。该方 法明显优于传统的人工测量和经验判断方法。
［参考文献］
［１］张国智．胡仁喜．陈继刚．等．ＡＮＳＹＳＩＯ．０热力学有限元 分析实例指导教程［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００７． ［２］张建峰，王翠玲，吴玉萍，等．ＡＮＳＹＳ有限元分析软件在 热分析中的应用［Ｊ］．冶金能源．２００４，２３（５）：９－１０． ［３］张朝辉．ＡＮＳＹＳ热分析教程与实例解析［Ｍ］．北京：中 国铁道出版社。２００７． ［４］马仙．淬火过程数值模拟研究进展［Ｊ］．兵器材料科学与 工程，１９９９（３）：５９—６３． ［５］赖宏，刘天模．４５钢零件淬火过程温度场的ａｎｓｙｓ模拟 ［Ｊ］．重庆大学学报，２００３，２６（３）：８２—８３． ［６］殷雯，雷宏．对称钢件淬火过程温度场分布的数值模拟 ［Ｊ］．集美大学学报，１ ９９８，３（４）：５５—５９． ［７］谭真，郭广文．工程合金热物性［Ｍ］．北京：冶金工业出 版社，１９９４． ［８］张朝晖．ＡＮＳＹＳ ８．０结构分析及实例解析［Ｍ］．机械工 业出版社．２００５． ［９］叶先磊，史亚杰．ＡＮＳＹＳ工程分析软件应用实例［Ｍ］． 北京：清华大学出版社，２００３．
热分析是ＡＮＳＹＳ软件分析功能中的一个模 块。国际热分析协会（简称ＩＣＴＡ）的命名委员会于 １９７７年给的定义是：热分析是在程序控制温度下测 量物质的物理性质与温度关系的一类技术，定义中 的程序控制温度是指按某种规律加热或冷却，通常 是线性升温和线性降温。ＡＮＳＹＳ进行热分析的基 本原理是先将所处理的对象划分成有限个单元（包 含若干节点），然后根据能量守恒原理求解一定边界 条件和初始条件下每一节点处的热平衡方程，由此 计算出各节点温度，继而进一步求解出其他相 关量‘引。
参考文献(9条) 1.谭真;郭广文 工程合金热物性 1994 2.叶先磊;史亚杰 ANSYS工程分析软件应用实例 2003 3.张朝晖 ANSYS 8.0结构分析及实例解析 2005 4.殷雯;雷宏 对称钢件淬火过程温度场分布的数值模拟 1998(04)
5.赖宏;刘天模 45钢零件淬火过程温度场的ansys模拟[期刊论文]-重庆大学学报 2003(03) 6.马仙 淬火过程数值模拟研究进展[期刊论文]-兵器材料科学与工程 1999(03)
钢件淬火过程温度场的数值模拟
朱圆圆，祁文军，易 挺，李志成
（新疆大学机械Ｔ程学院，新疆乌鲁木齐８３０００８）
摘 要：利用ＡＮＳＹＳ软件的热分析模块对某钢件淬火过程进行建模、分网、加载及求解，得到了钢件
淬火不同时刻的温度场、在某一时刻沿铜件内壁温度分布，以及钢件上所选特殊点的温度分布；同时还建
立了淬火过程的数学模型。模拟过程对于淬火液的选取及淬火工艺的优化提供了参考依据，对淬火过程
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纫ｌ呖 Ｄ．Ｃ
鋈峪 Ｈ
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图１零件截面图
特性可以是常数或温度相关的，各向同性或正交异 性的，对各向同性材料只需指定其一个方向的特性。 非线性材料特性通常是表格数据，如塑性数据、磁场 数据、蠕变数据等【８］。瞬态热分析需要定义材料的 比热容、热导率、密度，其数值查手册［７］。４５号钢密 度取７ ８３３ ｋｇ／ｍ３，在８００℃时，Ｃｐ＝８０６ Ｊ／（ｋｇ ·℃），Ａ一２６．４９ Ｗ／（ｍ·℃） ２．３建立模型
／，： ／
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圈３在６０ ｓ时沿圆柱筒内壁温度分布
由此可见，１）对于其他型号的钢件，只要知道 其初始温度和终止温度，热物性参数值，同样，可以 用ＡＮＳＹＳ件定量的模拟其淬火全过程的温度场。 ２）对于不同的淬火液，只要选取相应的表面传热系 数，利用ＡＮＳＹＳ软件模拟其淬火温度场，求解淬火 冷却时间，对比结果后选择合理的淬火介质。３）该 方法为合理控制淬火的时间提供依据，为计算淬火 过程中的热应力、残余应力提供了温度边界条件。
中的热应力、残余应力计算提供了温度边界条件。
关键词：温度场；淬火；数值模拟；ＡＮＳＹＳ
中图分类号ＩＴＧ １５６．３４
文献标志码：Ａ
ＡＮＳＹＳ软件是融结构、热、流体、电磁、声学多 物理场于一体的大型通用有限元分析软件，由世界 上著名的有限元分析软件公司一美国ＡＮＳＹＳ公司 开发。主要包括３个部分：前处理模块，求解模块和 后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建 模及网格划分工具；求解模块包括几乎所有领域的 分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度 分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以 各种所需要的方式显示出来Ⅲ。
网格划分将几何模型转化为由节点和单元构成 的有限元模型。ＡＮＳＹＳ提供了多种有限元网格划 分工具，包括自由网格划分、映射网格划分等［９］。在 划分时可通过控制单元的大小、划分的精度等调节 网格的密度。该模型网格划分采用映射网格划分方 法，单元的大小设置为０．００２ ５。 ２．５定义边界条件
载荷是指有限元模型上的位移、力、温度、热、电 磁等。载荷可以分为自由度约束、集中载荷、面载 荷、体载荷、惯性载荷。本实例施加的是对流换热载 荷。设置热分析类型为瞬态热分析，淬火时间设置 为５ ｒａｉｎ，Ｍｉｎｍｕｍ ｔｉｍｅ ｓｔｅｐ ｓｉｚｅ设置为１ Ｓ。温度 偏移量设为２７３。淬火终止温度为０℃，对流传热 系数为ｈ＝５００ Ｗ／ｍ２．℃。 ２．６求解及结果分析
设置好边界条件后，点击Ｍａｉｎ Ｍｅｎｕ／Ｓｏｌｕ－ ｔｉｏｎ／Ｓｏｌｖｅ／Ｃｕｒｒｅｎｔ ＬＳ，即可求解成功。然后选取
圈２不同时刻温度场分布
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Ｇｅｎｅｒａｌ ｐｏｓｔｐｒｏｃ／ｒｅａｄ ｒｅｓｕｌｔ／ｂｙ ｐｉｃｋ，读取所要步 的分析结果，用等值线图显示淬火３００ Ｓ内任意一 秒钢件各节点的温度场分布。本文只选取１ Ｓ、６０ Ｓ、１２０ ｓ时，钢件局部与整体温度场分布如图２。由 图２可见，在淬火１ ｓ时表面温度迅速下降，心部仍 保持高温。随着淬火时间的延长，钢件温度迅速下 降。仅用２ ｍｉｎ，钢件表面就从８００℃高温降低到 了４５℃左右，心部降低到１１２℃左右。在任一时 刻，零件心部温度在整个钢件中都是最高的，这完全 符合生产实际。得到的钢件表面淬透性最大，钢件 的机械性能表面硬度较高，耐磨损，心部硬度较低， 冲击韧性较好。但是，冷却速度不均匀会产生热应 力。图３显示了６０ ｓ时，钢件圆柱内壁沿高度方向 在同一条直线上的节点温度分布。横坐标表示距底 面的高度，纵坐标表示节点的温度值。在淬火过程 中，因圆柱壁厚不均匀，壁厚部分较壁薄处降温较 慢，心部较边缘部分降温较慢。图４是在钢件上选 取一些点（如图１所示），查看温度分布。各点温度 均随着淬火时间的延长而降低，只是降温的速度不 同。Ｃ、Ｄ点降温最快，Ｂ点次之，Ａ点最慢。如果 想得到其他节点的温度场，只要选取节点的坐标值， 即可显示各节点的温度场分布等值线图。
系数与材料淬火过程的温度有关。 零件进行淬火时，认为边界条件为对流换热边
界条件［６｜：
３下Ｉ
—Ａ芸Ｉ＝＾（Ｔ，一Ｔｑ）
Ｏｎ
ｆ
其中ｈ和ｆ分别表示表面换热系数和换热边
界，ｔ为零件表面温度，Ｌ为淬火界质温度，嚣表示
沿向的温度梯度。
２ 基于ＡＮＳＹＳ的淬火温度场的数值模拟实 例分析
某零件材质为４５号钢，将其加热到８００℃，保 温一段时间，在０℃水中淬火，用ＡＮＳＹＳ软件模拟 其淬火５ ｍｉｎ的温度场分布。淬火过程属于瞬态热 分析问题。图１为钢件的截面图。 ２．１定义单元类型
作者：
作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)：
朱圆圆， 祁文军， 易挺， 李志成， ZHU Yuanyuan， QI WeNun， YI Ting， LI Zhicheng 新疆大学,机械工程学院,新疆,乌鲁木齐,830008
新技术新工艺 NEW TECHNOLOGY & NEW PROCESS 2008(11)
7.张朝辉 ANSYS热分析教程与实例解析 2007
8.张建峰;王翠玲;吴玉萍 ANSYS有限元分析软件在热分析中的应用[期刊论文]-冶金能源 2004(05)
9.张国智;胡仁喜;陈继刚 ANSYS10.0热力学有限元分析实例指导教程 2007
百度文库
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_xjsxgy200811035.aspx
几何模型的创建有２种方法：输入法和创建法。 输入法是直接输入由其他ＣＡＤ软件（如ＰＲＯ／Ｅｎ－ ｇｉｎｅｅｒ、ＵＧ、Ｓｏｌｉｄ Ｗｏｒｋｓ等）创建好的实体模型，利 用ＡＮＳＹＳ与ＣＡＤ软件的接口将建好的模型导入 ＡＮＳＹＳ中。创建法是直接利用ＡＮＳＹＳ的建模功 能创建实体模型。该钢件属于轴对称图形，利用自 上而下的建模方法建立钢件的十分之一的三维模 型。利用模型扩展功能，可以得到钢件整体三维 模型。 ２．４ 网格划分
单元类型决定单元的自由度设置、单元形状、维 数、位移形函数。在ＡＮＳＹＳ数据库中有超过１５０ 种的不同单元类型可供选择。本例属于瞬态热分析 问题，选择单元类型为Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｏｌｉｄ，Ｂｒｉｃｋ ８ｎｏｄｅ ７０（８节点三维六面体单元）。 ２．２单元的材料特性
绝大多数单元类型都需要材料特性。根据应用 的不同，材料特性可以是线性或非线性。线性材料
ＡＮＳＹＳ软件的热分析功能主要包括稳态热分 析、瞬态热分析、热辐射、相变、热应力等，以及与热 有关的耦合场分析ｎ］。淬火冷却过程属于热分析中 的瞬态热分析。在淬火过程中，零件各部分在冷却 过程中温度分布和组织转变是不均匀的，最终在零 件内部形成热应力和相变应力，直接影响零件的机 械性能和使用寿命。甚至在使用过程中产生变形或 开裂。生产实践表明，淬火冷却过程是热处理工艺 中返修率最高和废品率最高的工序，是热处理质量 控制中最难掌握的环节。淬火过程温度分布的传统 方法是依靠试验测定和经验判断，不能准确分析和 预测淬火过程的温度场［４Ｊ。计算机模拟可将热处理 过程动态的、逼真的模拟，ＡＮＳＹＳ软件具有友好的 用户接口，强大的分析功能，特别适合复杂零件淬火
过程温度场的动态模拟。可快速准确地获得钢件淬 火过程温降历程、温度场分布。
１ 淬火冷却过程数学模型
零件在淬火时，热传递的方式有热传导和对流。
对于三维形状的零件，淬火过程热传导方程¨］：
ａＯ；（Ａ誓） ｌＤｃ一＿Ｏ瓦Ｔ一五Ｏ＼，Ａ ＯｍＴ）ａｏｎｙ ＯｄＴｙ
其中，队ｆ和Ａ分别表示材料的密度、比热容和 热传导系数。对于淬火过程来说，比热容和热传导
作者简介：朱圆圆（１ ９８３一），女，硕士研究生，主要研究方向 为模具ＣＡＤ／ＣＡＩ／ＣＡＭ软件开发及应用。
收稿日期：２００８年７月１０日
责任编辑 吕德龙
图４零件某些节点温度随时间变化曲线图
万方数据
《新技术新工艺》·热加工工艺技术与材料研究 ２００８年 第１１期
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钢件淬火过程温度场的数值模拟