[发明专利]一种棒材感应热加工的工艺方法

权利要求书

1.一种棒材感应热加工的工艺方法，其特征在于：包括以下步骤：

、根据棒材感应热加工参数设定初始加热速度V₀；设定速度增量ΔV，加热速度公式如下：

V= V₀ +n×ΔV （1）

其中n依次取值为1，2，3，4····n；

、设定目标残余应力σ₀，棒材感应加热过程达到动态稳定状态后，棒材外表面最高温度和棒材中心轴温度的差值越大，加工后的残余应力会越大，进而会影响棒材热加工质量，所以根据需要的加工质量来设定目标残余应力σ₀；

、感应热加工棒材的温度场的计算；

根据步骤中的棒材的感应热加工参数和设定的初始速度V₀求解感应热加工棒材的温度场，其中温度场计算公式如下：

（2）

公式（2）为麦克斯韦方程组，其中，H为磁场强度，J为电流密度，D为电位移，E为电场强度，B为磁通密度；

A、计算电流密度J：

根据结构方程：

（3）

其中，ε为介电常数，μ为磁导率，σ为电导率；

由上述方程（2）和(3)即可求解出感应电流密度J；

B、用感应电流产生的焦耳热作为热源，计算温度场热源：

（4）

其中，为内热源密度，为电阻率；

C、建立初始温度边界条件：

（5）

其中，T为温度，为时间；

D、设定热流输入以及换热边界条件：

（6）

其中，n为边界面的法线方向，为矢量方向上的热流密度，T_w为固体表面温度，T_f为空气温度，F₁₂为辐射角系数，T₁、T₂为物体1、2的表面温度；

E、导热微分方程如下：

（7）

其中，k为各项同性材料的导热系数，c为比热；

结合公式（4）、（5）、（6）和（7），求出感应热加工稳定状态后棒材的温度场；

、根据棒材冷却方式计算冷却后棒材的残余应力σ，计算公式如下：

（8）

（9）

其中为热应变，为热膨胀系数，是杨氏模量，是泊松比， 表示弹性矩阵，表示弹性应变，表示塑形矩阵，是塑形应变，由公式（8）和公式（9）可求解出残余应力σ；

、判断残余应力σ和目标残余应力σ₀的大小：

若σ≥σ₀，则说明此时棒材的加工质量已经低于需要的目标质量，速度已经超过最优值，结束调整过程；

若σσ₀，在其他条件和参数不改变的情况下，公式（1）中V= V₀ +n×ΔV，n依次取值1，2，3，4····n，重复步骤及后续步骤直至σ≥σ₀，取调整过程中倒数第二次的速度值为热加工速度最优解Vm，完成速度的调整过程，结束调整过程。