JP2009098030A - Simulation method and program for heat treatment - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To speedily and precisely compute a temperature distribution of a work piece in a cooling operation after a heating treatment, without the need for a complex boiling analysis of a cooling liquid. <P>SOLUTION: In a heat transfer simulation section 2, a heat transfer at an interface of the work piece (solid) and a fluid (cooling oil) is obtained by an interface heat transfer computing section 5 from a simplified computation, using "equivalent heat transfer coefficient", and a heat transfer in the work piece and a heat transfer in the fluid, taking place along with the heat transfer at the interface are computed, respectively, by a solid heat transfer computing section 4 and a fluid heat transfer computing section 6, whereby temperature distributions of all gears are obtained as a function of time. Next, in a structure analysis simulation section 3, each gear is set as an object, and its stress and deformations are computed by using a temperature expressed as a function of time which is obtained by the heat transfer simulation section 2. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、加熱処理後の冷却時におけるワークの温度分布をシミュレーションする熱処理シミュレーション方法及びシミュレーションプログラムに関する。   The present invention relates to a heat treatment simulation method and a simulation program for simulating the temperature distribution of a workpiece during cooling after heat treatment.

鋼の焼き入れ等の熱処理は、材料の重量増を招くことなく強度を高めることができることから、各種製品の部品に対して広く実施されている。例えば、自動車等の車両においては、環境向上や省エネルギーを目的として構成部品の軽量化が推進されており、変速機に用いられる歯車等のような強度を要求される部品では、熱処理により焼入れを施すことにより、強度を保ちつつ薄肉軽量化を図ることができる。   A heat treatment such as quenching of steel is widely applied to parts of various products because the strength can be increased without increasing the weight of the material. For example, in vehicles such as automobiles, weight reduction of component parts is promoted for the purpose of environmental improvement and energy saving, and parts requiring strength such as gears used in transmissions are quenched by heat treatment. Thus, it is possible to reduce the thickness and weight while maintaining the strength.

しかしながら、焼き入れには、強度を向上させる反面、歪み(変形や変寸)の発生が避けることのできない現象として存在する。前述の自動車等の車両においては、乗車時の快適性向上の一環として車の静粛性が求められており、部品寸法の高精度化が要求されていることから、焼入れの歪みが懸念事項となり、熱処理工程の最適化が求められている。   However, quenching improves strength, but exists as a phenomenon in which distortion (deformation or deformation) cannot be avoided. In vehicles such as the automobiles mentioned above, the quietness of the car is required as part of improving comfort when riding, and high precision of the parts dimensions is required, so quenching distortion is a concern, There is a need for optimization of the heat treatment process.

従来、熱処理の最適化には、過去の経験に基づく試行錯誤的な手法が用いられてきたが、近年では、熱処理をシミュレーションして最適化を図る技術が試みられており、この熱処理のシミュレーションに関して、各種提案がなされている。   Conventionally, trial and error methods based on past experience have been used for heat treatment optimization, but in recent years, techniques for simulating and optimizing heat treatment have been attempted. Various proposals have been made.

例えば、特許文献1には、有限要素法によるシミュレーションで焼き入れ範囲を容易且つ高精度に推定することのできる技術が開示されており、また、特許文献2には、有限要素モデルを用いて熱処理により歪みを精度良く解析することのできる技術が開示されている。
特開2001−49333号公報 特開2003−194754号公報
For example, Patent Document 1 discloses a technique capable of easily and accurately estimating a quenching range by simulation using a finite element method, and Patent Document 2 discloses a heat treatment using a finite element model. Thus, a technique capable of analyzing distortion with high accuracy is disclosed.
JP 2001-49333 A JP 2003-194754 A

しかしながら、特許文献1,2に開示の技術では、ワークを冷却する際の熱移動に関して、ワーク(固体)と冷却液(流体)との間の界面に生じる沸騰を考慮しておらず、ワーク表面の温度分布を正確に把握することは困難である。   However, the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2 do not consider boiling generated at the interface between the workpiece (solid) and the coolant (fluid) with respect to the heat transfer when the workpiece is cooled. It is difficult to accurately grasp the temperature distribution.

このような固体と流体との間の沸騰を伴う熱移動は、非定常熱伝導方程式を数値的に解くことによってシミュレーション可能ではあるが、極めて複雑な解析を要する。このため、大規模且つ高速のコンピュータ装置が必要となり、シミュレーションに要するコストが増大するばかりでなく、現実の生産工程で多数のワークを一度に加熱・冷却する場合に適用することは困難である。   Such heat transfer accompanied by boiling between a solid and a fluid can be simulated by numerically solving an unsteady heat conduction equation, but requires extremely complicated analysis. For this reason, a large-scale and high-speed computer device is required, which not only increases the cost required for the simulation, but is difficult to apply when heating and cooling a large number of workpieces at a time in an actual production process.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、加熱処理後の冷却時におけるワークの温度分布を、冷却液の複雑な沸騰解析を要することなく高速且つ高精度に算出することのできる熱処理シミュレーション方法及びシミュレーションプログラムを提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and a heat treatment simulation method capable of calculating the temperature distribution of a workpiece during cooling after heat treatment at high speed and with high accuracy without requiring complicated boiling analysis of the coolant. And it aims at providing a simulation program.

上記目的を達成するため、本発明による熱処理シミュレーション方法は、加熱処理したワークの冷却液中における温度変化をシミュレーションする熱処理シミュレーション方法であって、上記ワークと上記冷却液との間の沸騰を伴う界面に、上記冷却液の冷却特性に基づいて予め算出した温度毎の相当熱伝達率を設定し、該相当熱伝達率に基づいて上記ワークから上記冷却液への熱移動を解析要素毎に計算するステップと、上記解析要素毎の熱移動を所定の微小時間刻みで計算し、上記ワーク表面の時間単位の温度分布を算出するステップとを備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a heat treatment simulation method according to the present invention is a heat treatment simulation method for simulating a temperature change in a coolant of a heat-treated workpiece, and an interface involving boiling between the workpiece and the coolant. The equivalent heat transfer coefficient for each temperature calculated in advance based on the cooling characteristics of the coolant is set, and the heat transfer from the workpiece to the coolant is calculated for each analysis element based on the equivalent heat transfer coefficient. And a step of calculating a heat distribution for each analysis element in a predetermined minute time step and calculating a temperature distribution of the work surface on a time unit basis.

本発明による熱処理シミュレーションプログラムは、加熱処理したワークの冷却液中における温度変化をシミュレーションするコンピュータが実行可能な熱処理シミュレーションプログラムであって、上記ワークと上記冷却液との間の沸騰を伴う界面に、上記冷却液の冷却特性に基づいて予め算出した温度毎の相当熱伝達率を設定し、該相当熱伝達率に基づいて上記ワークから上記冷却液への熱移動を解析要素毎に計算するステップと、
上記解析要素毎の熱移動を所定の微小時間刻みで計算し、上記ワーク表面の時間単位の温度分布を算出するステップとを備えることを特徴とする。
The heat treatment simulation program according to the present invention is a heat treatment simulation program that can be executed by a computer for simulating a temperature change in a coolant of a heat-treated workpiece, and at the interface with boiling between the workpiece and the coolant, Setting an equivalent heat transfer coefficient for each temperature calculated in advance based on the cooling characteristics of the coolant, and calculating heat transfer from the workpiece to the coolant for each analysis element based on the equivalent heat transfer coefficient; ,
Calculating the heat transfer for each analysis element in predetermined minute time increments and calculating the temperature distribution of the work surface on a time unit basis.

本発明によれば、加熱処理後の冷却時におけるワークの温度分布を、冷却液の複雑な沸騰解析を要することなく高速且つ高精度に算出することができ、現実の生産工程で多数のワークを一度に加熱・冷却する場合に適用可能となってワークに生じる歪みを高精度に予測することが可能となる。   According to the present invention, the temperature distribution of the workpiece during cooling after the heat treatment can be calculated at high speed and with high accuracy without requiring complicated boiling analysis of the coolant, and a large number of workpieces can be obtained in an actual production process. Applicable when heating and cooling at a time, it is possible to predict the distortion generated in the workpiece with high accuracy.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図1〜図10は本発明の実施の一形態に係り、図1は冷却槽モデルを示す説明図、図2は流体の熱沸騰によるワークの温度変化を示す説明図、図3は熱移動モデルの説明図、図4はシミュレーション装置の機能ブロック図、図5は熱伝達率測定の概念を示す説明図、図6は冷却油中の金属棒の温度変化を示す説明図、図7は界面における温度と移動熱量との関係を示す説明図、図8は温度分布シミュレーションプログラムのフローチャート、図9は界面熱伝達計算プログラムのフローチャート、図10は歯車の歪み解析結果を示す説明図である。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 10 relate to an embodiment of the present invention, FIG. 1 is an explanatory view showing a cooling tank model, FIG. 2 is an explanatory view showing a temperature change of a workpiece due to thermal boiling of a fluid, and FIG. 3 is a heat transfer model. FIG. 4 is a functional block diagram of the simulation apparatus, FIG. 5 is an explanatory diagram showing the concept of heat transfer coefficient measurement, FIG. 6 is an explanatory diagram showing the temperature change of the metal rod in the cooling oil, and FIG. FIG. 8 is a flowchart of a temperature distribution simulation program, FIG. 9 is a flowchart of an interfacial heat transfer calculation program, and FIG. 10 is an explanatory diagram showing a gear distortion analysis result.

本発明は、歯車やベアリングレース等のワークへの焼入れに伴う歪みに関して、加熱工程後の冷却工程におけるワーク表面の温度分布を冷却油の沸騰を考慮してシミュレーションし、ワークに生じる歪みを高精度に予測可能とするものである。   The present invention simulates the temperature distribution of the workpiece surface in the cooling process after the heating process, taking into account the boiling of the cooling oil, with high accuracy for the distortion caused by quenching the workpiece such as gears and bearing races. Is predictable.

焼入れは、鋼をオーステナイト領域にまで加熱後、浸炭処理を行ってから油等の冷却媒体中で急冷し、マルテンサイト組織として硬化させる熱処理である。この焼入れの際に発生する歪みは、変態歪みと熱歪みとの合計となる。変態歪みは、マルテンサイト変態に伴って体積膨張が起こることに起因する変寸であり、また、熱歪みは、冷却過程で温度差によって生ずる熱膨張や収縮が物体内部の物質相互間の牽制により拘束されて熱応力を生ずることに起因し、この熱応力による物体の形状変化や体積変化等の変形である。   Quenching is a heat treatment in which the steel is heated to the austenite region and then carburized and then quenched in a cooling medium such as oil to harden it as a martensite structure. The strain generated during quenching is the sum of transformation strain and thermal strain. Transformation strain is a change caused by volume expansion accompanying martensitic transformation, and thermal strain is caused by restraint between materials inside the object due to thermal expansion and contraction caused by temperature difference in the cooling process. Due to the restraint and the generation of thermal stress, deformation due to this thermal stress such as shape change or volume change of the object.

一般的に、焼入れで生成したマルテンサイト層の厚さは、極薄い(例えば、約0.3mm)ため、膨張による変寸は微小であり、焼入れ歪みの主原因は、冷却の不均一、即ち冷却むらによる変形であると考えられる。冷却時の変形は、肉厚部と肉薄部の冷却速度差、表面と内部の冷却速度差及び位置による冷却速度差等が生じることにあると考えられ、製品品質に対する影響が大きいことから、冷却時のワーク表面の温度分布を正確に把握する必要がある。   In general, the thickness of the martensite layer produced by quenching is extremely thin (for example, about 0.3 mm), so that the size change due to expansion is small, and the main cause of quenching distortion is uneven cooling, that is, This is thought to be due to uneven cooling. The deformation at the time of cooling is thought to be caused by the difference in cooling rate between the thick part and thin part, the difference between the cooling rate between the surface and the inside, and the cooling rate difference depending on the position. It is necessary to accurately grasp the temperature distribution of the workpiece surface at the time.

歯車の焼入れを例に取って説明すると、実際の焼入れ工程では、数十個の歯車を同時に熱処理し、加熱処理後の歯車を冷却油中に浸漬して急冷することで、材料の表面組織を硬化させる。図1は、冷却槽をモデル化した例を示しており、冷却槽50内の冷却油51の中に、略Uの字のダクト状の冷却装置52が設けられている。   Taking the quenching of gears as an example, in the actual quenching process, dozens of gears are heat-treated at the same time, and the heat-treated gears are immersed in cooling oil and rapidly cooled, so that the surface texture of the material is changed. Harden. FIG. 1 shows an example in which a cooling tank is modeled. In a cooling oil 51 in the cooling tank 50, a substantially U-shaped duct-shaped cooling device 52 is provided.

加熱処理された複数個の歯車100は、籠101に入れられた状態で冷却油51中に浸漬され、冷却装置52の本体ダクト52aの開口端に配置される。本体ダクト52aの他方の開口端側には、冷却油51を攪拌するためのアジテータ53が取付けられており、このアジテータ53により、本体ダクト52a内から歯車100に向かって冷却油51が強制的に送られる。また、本体ダクト52a内には、冷却油51の出口の流速を調整して冷却部位を均一化するための整流板54が配設されている。   The plurality of heat-treated gears 100 are immersed in the cooling oil 51 in a state where they are put in the flange 101, and are arranged at the opening end of the main body duct 52a of the cooling device 52. An agitator 53 for agitating the cooling oil 51 is attached to the other opening end side of the main body duct 52a. The agitator 53 forces the cooling oil 51 from the inside of the main body duct 52a toward the gear 100. Sent. Further, a rectifying plate 54 for adjusting the flow velocity at the outlet of the cooling oil 51 to make the cooling portion uniform is disposed in the main body duct 52a.

図2は、歯車100と冷却油51とを解析要素(3次元メッシュ)でモデル化し、冷却油51中での歯車100の温度変化をシミュレーションする例を示している。このシミュレーションでは、当初、図2(a)に示すように、所定の温度で加熱処理し、部材表面及び内部が均一な温度状態にあるワーク(歯車)100を、図2(b)に示すように、冷却油51中に浸漬し、浸漬直後を時間t=0とする。そして、時間t1,t2,t3(t1<t2<t3)が経過したときの歯車100及び周囲の冷却油51の温度は、歯車100と冷却油51との間の熱伝達率を用いて計算すると、図2(c)〜(e)に示すような温度分布となる。図2においては、歯車100の濃度表現で温度を示し、温度が低くなる程、濃度が小さくなる。   FIG. 2 shows an example in which the gear 100 and the cooling oil 51 are modeled by analysis elements (three-dimensional mesh), and the temperature change of the gear 100 in the cooling oil 51 is simulated. In this simulation, as shown in FIG. 2A, a workpiece (gear) 100 that is initially heat-treated at a predetermined temperature and has a uniform temperature state on the surface and inside of the member as shown in FIG. Then, it is immersed in the cooling oil 51, and immediately after the immersion is set to time t = 0. The temperatures of the gear 100 and the surrounding cooling oil 51 when the times t1, t2, t3 (t1 <t2 <t3) have elapsed are calculated using the heat transfer coefficient between the gear 100 and the cooling oil 51. The temperature distribution is as shown in FIGS. In FIG. 2, the temperature is indicated by the concentration expression of the gear 100, and the concentration decreases as the temperature decreases.

このとき、歯車100の温度は、冷却油51への熱移動によって急激に低下するが、歯車100と冷却油51との界面には沸騰が発生するため、複雑な解析を必要とする。従って、ワーク(金属)と冷却油(液体)との界面の熱伝達率を沸騰を考慮せずに計算すると、実際の温度分布とは異なってしまい、計算したワーク温度は実際のワーク温度よりも高くなる。   At this time, the temperature of the gear 100 rapidly decreases due to heat transfer to the cooling oil 51, but boiling occurs at the interface between the gear 100 and the cooling oil 51, so that complicated analysis is required. Therefore, if the heat transfer coefficient at the interface between the workpiece (metal) and the cooling oil (liquid) is calculated without considering boiling, the actual temperature distribution will be different, and the calculated workpiece temperature will be higher than the actual workpiece temperature. Get higher.

これは、冷却油が途中で沸騰して固体と液体との間に境界層が発生し、潜熱により冷却している温度領域があることが原因である。冷却工程における熱移動現象は、図3に示すように、固体層(歯車)Rs、境界層Rc、流体層(冷却油)Rfの3つのゾーンに分けられ、各ゾーンの熱移動、すなわち焼入れの際の冷却は、焼入れ直後、沸騰段階、対流段階の三つの段階に分けられる。焼入れ直後は、蒸気膜段階で冷却速度が最も遅く、沸騰段階では冷却速度が最も速くなる。ワークの表面温度が所定温度(例えば、約400°C)に達すると、対流段階に入って冷却速度は再び緩やかになる。   This is because the cooling oil boils in the middle and a boundary layer is generated between the solid and the liquid, and there is a temperature region that is cooled by latent heat. As shown in FIG. 3, the heat transfer phenomenon in the cooling process is divided into three zones: a solid layer (gear) Rs, a boundary layer Rc, and a fluid layer (cooling oil) Rf. The cooling at the time is divided into three stages: immediately after quenching, boiling stage and convection stage. Immediately after quenching, the cooling rate is the slowest in the vapor film stage, and the cooling rate is the fastest in the boiling stage. When the surface temperature of the workpiece reaches a predetermined temperature (for example, about 400 ° C.), the convection stage is entered and the cooling rate becomes slow again.

固体層(歯車)と流体層との境界ゾーンにおける沸騰段階は、発生した気泡が熱伝達面を離れても消滅せずに攪拌を生じる核沸騰段階と、気泡が熱伝達面を覆って膜状になる膜沸騰段階とを含み、核沸騰段階では、蒸発により熱移動が速くなるため、熱伝導度は大きく、膜沸騰段階では、空気膜の断熱作用で熱の移動が遅くなるため、熱伝導度は小さくなる。沸騰が関係する熱移動では、核沸騰と膜沸騰との間の遷移が問題となる。   The boiling stage in the boundary zone between the solid layer (gear) and the fluid layer is a nucleate boiling stage where the generated bubbles do not disappear even if they leave the heat transfer surface, and the bubbles cover the heat transfer surface and form a film In the nucleate boiling stage, the heat transfer is faster due to evaporation, so the thermal conductivity is large, and in the film boiling stage, the heat transfer is slowed by the adiabatic action of the air film. The degree becomes smaller. In heat transfer involving boiling, the transition between nucleate boiling and film boiling becomes a problem.

このような問題は、数値流体力学(CFD:Computational Fluid Dynamics)による熱流体解析でシミュレーションすることが可能である。一般に、熱流体の挙動は、質量、運動量、エネルギーの各保存則によって支配され、ナビエ・ストークスの式、質量保存式、エネルギー保存式が基礎方程式となる。CFDでは、ナビエ・ストークスの式を、有限体積法(FVM:Finite Volume Method)等を用いて時間進行させながら発展的に解いてゆき、圧力積分により求められる力やモーメントを運動方程式に加えて任意の運動を行わせ、これを解析要素の取り扱いに反映させる。これにより、対象物の流速と温度が分かるようになり、焼入れ工程での冷却油と対象物の挙動(温度と流速)を再現することが可能となる。   Such a problem can be simulated by thermal fluid analysis by computational fluid dynamics (CFD). In general, the behavior of a thermal fluid is governed by the conservation laws of mass, momentum, and energy, and the Navier-Stokes formula, mass conservation formula, and energy conservation formula are basic equations. In CFD, the Navier-Stokes equation is solved progressively using the Finite Volume Method (FVM), etc., and the force and moment obtained by pressure integration are added to the equation of motion. This is reflected in the handling of the analysis element. Thereby, the flow velocity and temperature of the object can be understood, and the behavior (temperature and flow velocity) of the cooling oil and the object in the quenching process can be reproduced.

しかしながら、流体の沸騰現象を扱うためには、沸騰で生成する泡等を考慮した計算が必要になる。このため、CFDを用いて非定常熱伝導方程式の解を一義的に求めるのみでは、膨大な演算量及び計算時間が必要となるばかりでなく、シミュレーションに要するコストが増大し、実用上、現実的でないと言わざるを得ない。   However, in order to handle the boiling phenomenon of fluid, a calculation in consideration of bubbles generated by boiling is necessary. For this reason, simply determining the solution of the unsteady heat conduction equation using CFD not only requires a large amount of calculation and calculation time, but also increases the cost required for the simulation. I have to say otherwise.

このため、本形態のシミュレーション装置1は、図4に示すように、境界層の沸騰を簡易的に近似してワークと冷却油との間の熱移動を計算する熱移動シミュレーション部2と、熱移動シミュレーション部2における熱流体解析の結果を境界条件として構造解析を行う構造解析シミュレーション部3とを備え、熱移動シミュレーション部2と構造解析シミュレーション部3とをシーケンシャル連成させて歯車100の変形を予測するようにしている。   For this reason, as shown in FIG. 4, the simulation apparatus 1 of this embodiment includes a heat transfer simulation unit 2 that simply approximates the boiling of the boundary layer and calculates heat transfer between the workpiece and the cooling oil, A structural analysis simulation unit 3 that performs a structural analysis using the result of the thermal fluid analysis in the movement simulation unit 2 as a boundary condition, and the heat transfer simulation unit 2 and the structural analysis simulation unit 3 are sequentially coupled to deform the gear 100. I try to predict.

具体的には、シミュレーション装置1は、マイクロコンピュータやパーソナルコンピュータ等の単一のコンピュータ、或いはネットワークを介して相互に接続される複数のコンピュータを用いて構成される。以下では、便宜上、シミュレーション装置1を単一のコンピュータで構成する例について説明する。   Specifically, the simulation apparatus 1 is configured using a single computer such as a microcomputer or a personal computer, or a plurality of computers connected to each other via a network. Below, the example which comprises the simulation apparatus 1 with a single computer for convenience is demonstrated.

シミュレーション装置1は、熱移動シミュレーション部2及び構造解析シミュレーション部3を形成する演算装置10、キーボードやマウス等の入力装置11、CRTや液晶ディスプレイ等の表示装置12、磁気ディスクや光ディスク等の外部記憶装置13等を備えている。   The simulation apparatus 1 includes an arithmetic device 10 that forms a heat transfer simulation unit 2 and a structural analysis simulation unit 3, an input device 11 such as a keyboard and a mouse, a display device 12 such as a CRT and a liquid crystal display, and an external storage such as a magnetic disk and an optical disk. The apparatus 13 etc. are provided.

演算装置10は、CPU、ROM及びRAM等の内部メモリ、入出力インターフェース等を備えており、内部のROM、外部記憶装置13、外部の記憶媒体に記憶させたシミュレーションプログラム、或いは、図示しないネットワークや通信装置を介して外部からロードしたシミュレーションプログラムをCPUで実行し、入力装置11を介して指示された解析対象のワーク(対象物)を冷却槽50内に浸漬させたときのワーク表面の温度分布を計算し、この温度分布に基づいて、ワーク各部の応力と変形量を計算する。   The arithmetic device 10 includes an internal memory such as a CPU, a ROM and a RAM, an input / output interface, and the like, and includes a simulation program stored in an internal ROM, an external storage device 13 and an external storage medium, or a network (not shown) The temperature distribution of the workpiece surface when the simulation program loaded from the outside via the communication device is executed by the CPU and the workpiece (object) to be analyzed instructed via the input device 11 is immersed in the cooling bath 50 And the stress and deformation of each part of the workpiece are calculated based on this temperature distribution.

すなわち、演算装置10は、先ず、熱移動シミュレーション部2で、冷却油51の流れ速度と、それに伴う歯車100と冷却油51との間の熱移動を計算し、時間を関数として全ての歯車100の温度分布を求める。次に、構造解析シミュレーション部3で、個々の歯車100を対象とし、熱移動シミュレーション部2で求めた時間を関数とした温度を用いて、応力と変形量を計算する。   That is, the arithmetic unit 10 first calculates the flow rate of the cooling oil 51 and the accompanying heat transfer between the gear 100 and the cooling oil 51 in the heat transfer simulation unit 2, and sets all the gears 100 as a function of time. Obtain the temperature distribution of. Next, the structural analysis simulation unit 3 calculates the stress and the deformation amount for each gear 100 using the temperature as a function of the time obtained by the heat transfer simulation unit 2.

詳細には、熱移動シミュレーション部2は、固体熱移動計算部4、界面熱移動計算部5、流体熱移動計算部6を備えており、ワーク(固体)と流体(冷却油)との界面の熱移動を界面熱移動計算部5で簡易計算し、この界面の熱移動に伴うワーク内の熱移動、流体内の熱移動を、それぞれ、固体熱移動計算部4、流体熱移動計算部6で計算する。   Specifically, the heat transfer simulation unit 2 includes a solid heat transfer calculation unit 4, an interface heat transfer calculation unit 5, and a fluid heat transfer calculation unit 6, and provides an interface between a workpiece (solid) and a fluid (cooling oil). The heat transfer is simply calculated by the interfacial heat transfer calculation unit 5, and the heat transfer in the work and the heat transfer in the fluid accompanying the heat transfer at the interface are respectively calculated by the solid heat transfer calculation unit 4 and the fluid heat transfer calculation unit 6. calculate.

固体熱移動計算部4、及び流体熱移動計算部6における計算は、一般的な熱伝導方程式に基づく計算であり、一方、界面熱移動計算部5における計算は、固体層と流体層との間の境界層における沸騰解析に「相当熱伝達率」という概念を導入し、演算量の低減と高速化とを図っている。   The calculation in the solid heat transfer calculation unit 4 and the fluid heat transfer calculation unit 6 is a calculation based on a general heat conduction equation, while the calculation in the interface heat transfer calculation unit 5 is performed between the solid layer and the fluid layer. Introducing the concept of "equivalent heat transfer coefficient" to the boiling analysis in the boundary layer of, reducing the amount of calculation and speeding up.

相当熱伝達率は、境界層の沸騰現象によって変化する熱移動を簡易的に解析するための係数であり、実際に使用する冷却油を用いて実験的に求める。すなわち、沸騰熱伝達は、相変化を伴う熱移動であるが、温度差の小さい条件下ではニュートンの冷却法則を適用することができる。このときの移動熱量(熱流束)Qは、固体(境界層の壁面;ワーク)の表面積をAs、固体の温度をTs、冷却媒質(冷却油)の温度をTfとして、以下の(1)式で記述することができる。
Q=−α・As・(Ts−Tf) …(1)
但し、α:固体表面の熱伝導率
The equivalent heat transfer coefficient is a coefficient for simply analyzing the heat transfer that changes due to the boiling phenomenon of the boundary layer, and is experimentally obtained using the cooling oil that is actually used. That is, boiling heat transfer is a heat transfer accompanied by a phase change, but Newton's cooling law can be applied under conditions where the temperature difference is small. The amount of heat (heat flux) Q at this time is expressed by the following equation (1), where As is the surface area of the solid (wall surface of the boundary layer; workpiece), Ts is the solid temperature, and Tf is the temperature of the cooling medium (cooling oil). It can be described by.
Q = −α · As · (Ts−Tf) (1)
Where α is the thermal conductivity of the solid surface

一方、固体から移動する熱量Qは、固体の熱容量と冷却速度で表現することができ、、冷却媒質中の固体の比熱をCs、密度をρs、体積Vとすると、熱量Qは、以下の(2)式で表現することができる。
Q=−Cs・Ts・ρs・Vs・dTs/dt …(2)
On the other hand, the amount of heat Q transferred from the solid can be expressed by the heat capacity and cooling rate of the solid. If the specific heat of the solid in the cooling medium is Cs, the density is ρs, and the volume is V, the amount of heat Q is ( 2) It can be expressed by an equation.
Q = −Cs · Ts · ρs · Vs · dTs / dt (2)

(1)式における熱伝導率αは、壁面形状、流体の種類、流れの状態等により変化する状態量であるが、本実施の形態においては、(1)式における熱伝導率αを、通常の流体層での温度毎の熱伝達率(相当熱伝達率)hmとして、(2)式を適用する。その結果、熱伝達率hmは、以下の(3)式によって表現することができる。
hm=−Q/(As・(Ts−Tf))
=(Cs・Ts・ρs・Vs/(As・(Ts−Tf)))・dTs/dt …(3)
The thermal conductivity α in equation (1) is a state quantity that varies depending on the shape of the wall surface, the type of fluid, the state of flow, etc. In this embodiment, the thermal conductivity α in equation (1) is usually Equation (2) is applied as the heat transfer coefficient (equivalent heat transfer coefficient) hm for each temperature in the fluid layer. As a result, the heat transfer coefficient hm can be expressed by the following equation (3).
hm = −Q / (As · (Ts−Tf))
= (Cs · Ts · ρs · Vs / (As · (Ts−Tf))) · dTs / dt (3)

ここで、解析対象となる固体の比熱Cs、密度ρs、体積V、表面面積Asは、既知であるため、これらを纏めて定数Kで置き換えると、(3)式は、以下の(4)式で表現することができる。
hm=(K・Ts/(Ts−Tf))・dTs/dt …(4)
Here, since the specific heat Cs, the density ρs, the volume V, and the surface area As of the solid to be analyzed are known, when these are collectively replaced with a constant K, the expression (3) is expressed by the following expression (4): Can be expressed as
hm = (K · Ts / (Ts−Tf)) · dTs / dt (4)

従って、(4)式で表現される熱伝達率hmを、予め測定したデータにより温度毎に算出しておき、沸騰を伴う境界層を介した固体(ワーク)と冷却媒質(冷却油)との熱移動を計算する際に、温度毎に熱伝達率を可変にして固体との界面を解析することにより、正確に温度分布を求めることができる。   Accordingly, the heat transfer coefficient hm expressed by the equation (4) is calculated for each temperature based on the data measured in advance, and the solid (work) and the cooling medium (cooling oil) through the boundary layer with boiling are used. When calculating the heat transfer, the temperature distribution can be obtained accurately by analyzing the interface with the solid by varying the heat transfer coefficient for each temperature.

熱伝達率hmは、図5に模式的に示すデータ測定の概念に基づいて算出される。すなわち、解析対象となるワークに相当する部材として金属棒200を用い、この金属棒200を実際の焼き入れ処理における加熱温度まで加熱した後、実際に使用する冷却油201の中に挿入して温度測定装置202で金属棒200の時間毎の温度を測定する。そして、この測定により冷却油201の冷却性能を調べ、熱伝達率hmを求める。   The heat transfer coefficient hm is calculated based on the concept of data measurement schematically shown in FIG. That is, the metal bar 200 is used as a member corresponding to the workpiece to be analyzed, and the metal bar 200 is heated to the heating temperature in the actual quenching process, and then inserted into the cooling oil 201 that is actually used. The measuring device 202 measures the temperature of the metal bar 200 for each hour. And the cooling performance of the cooling oil 201 is investigated by this measurement, and the heat transfer coefficient hm is obtained.

金属棒200としては、できるだけ細径で短い棒を用いることが望ましく、材質は、解析対象と同じ材質、例えば、解析対象となる歯車の材質がクロームモリブデン鋼(SCM)である場合、金属棒200の材質をSCMとしても良いが、熱伝導率の高い銀(Ag)の棒とすることで、冷却油の熱伝達を効率的に測定することができる。また、金属棒200の表面粗さは、できるだけ解析対象と同じにすることで、計算精度を向上することができる。   As the metal rod 200, it is desirable to use a rod having a diameter as small as possible, and the material is the same as that of the object to be analyzed, for example, when the material of the gear to be analyzed is chrome molybdenum steel (SCM). However, the heat transfer of the cooling oil can be efficiently measured by using a silver (Ag) rod having a high thermal conductivity. In addition, the calculation accuracy can be improved by making the surface roughness of the metal bar 200 the same as that of the analysis target as much as possible.

例えば、解析対象の歯車の焼入れ温度が850°Cの場合、850°Cに加熱した金属棒200を、実際の冷却工程での冷却油温度150°Cに保持した冷却油201の中に浸漬し、浸漬直後の時間を0として所定の微小時間刻み(時間刻みは、できるだけ短くすることが望ましい)で金属棒200の温度を測定する。   For example, when the quenching temperature of the gear to be analyzed is 850 ° C., the metal rod 200 heated to 850 ° C. is immersed in the cooling oil 201 held at the cooling oil temperature 150 ° C. in the actual cooling process. The temperature of the metal rod 200 is measured in predetermined minute time increments (the time increment is preferably as short as possible), with the time immediately after immersion as 0.

この測定により、図6に示すように、金属棒200の温度と時間との関係を得ることができる。この関係は、(4)式における温度Tsについての解曲線を離散的な測定によって求めたものであり、微小時間刻み毎の温度差から熱伝達率hmを求め、この熱伝達率hmの最小値との差分を取ることで、図7に示すように、界面の沸騰による移動熱量(沸騰熱)Qfを温度毎に求めることができる。   By this measurement, as shown in FIG. 6, the relationship between the temperature of the metal bar 200 and time can be obtained. This relationship is obtained by discrete measurement of the solution curve for the temperature Ts in the equation (4). The heat transfer coefficient hm is obtained from the temperature difference for each minute time step, and the minimum value of the heat transfer coefficient hm is obtained. As shown in FIG. 7, the amount of heat (boiling heat) Qf due to boiling of the interface can be obtained for each temperature.

これにより、通常の固体と流体との間の熱移動で計算した界面の熱移動量Qkに、沸騰熱Qfを加算することで、複雑な沸騰解析を要することなく、沸騰時の界面の全熱移動量Qtを高速且つ正確に求めることができる。   Thus, by adding the boiling heat Qf to the heat transfer amount Qk of the interface calculated by the heat transfer between the normal solid and the fluid, the total heat of the interface at the time of boiling can be obtained without requiring a complicated boiling analysis. The movement amount Qt can be obtained quickly and accurately.

次に、冷却油中に浸漬されたワークの温度分布を求めるシミュレーション処理について、図8のフローチャートを用いて説明する。   Next, simulation processing for obtaining the temperature distribution of the work immersed in the cooling oil will be described with reference to the flowchart of FIG.

この処理では、先ず、最初のステップS1において、固体部の温度を定義する。固体部の温度は、解析対象となるワーク(歯車)をモデル化した解析要素で構成される固体層の温度として定義される。解析要素は、例えば有限体積法による3次元のメッシュで構成され、固体層の全てのメッシュの温度を、焼入れの加熱温度(例えば、850°C)に初期設定する。   In this process, first, in the first step S1, the temperature of the solid part is defined. The temperature of the solid part is defined as the temperature of the solid layer composed of analysis elements that model the workpiece (gear) to be analyzed. The analysis element is composed of, for example, a three-dimensional mesh by a finite volume method, and the temperature of all the meshes of the solid layer is initially set to the heating temperature of quenching (for example, 850 ° C.).

次に、ステップS2で、冷却液部の温度を定義する。冷却液部の温度は、ワークが浸漬される冷却油をモデル化した解析要素(3次元メッシュ)によって構成される流体層の温度として定義され、流体層の全てのメッシュの温度を、ワーク浸漬前の温度(例えば、150°C)に初期設定する。   Next, in step S2, the temperature of the coolant portion is defined. The temperature of the coolant section is defined as the temperature of the fluid layer composed of the analysis element (three-dimensional mesh) that models the cooling oil into which the workpiece is immersed. Is initially set to a temperature (for example, 150 ° C.).

続くステップS3では、液体に接触する固体表面を形成するメッシュをグループ化し、グループGとする。そして、ステップS4でシミュレーション時間TMを0にリセットし、ステップS5でシミュレーション時間TMを微小時間刻みΔtだけインクリメントすると、固体(ワーク)内部の熱伝導を計算するステップS6_SOLの処理、固体と液体との界面(ワークと冷却油との界面)の熱伝達を計算するステップS6_CLの処理、液体(冷却油)内の熱伝導を計算するステップS6_LIQの処理を切換え実行する。   In the subsequent step S3, meshes that form a solid surface that comes into contact with the liquid are grouped into a group G. Then, in step S4, the simulation time TM is reset to 0, and in step S5, the simulation time TM is incremented by a minute time step Δt. In step S6_SOL, the heat conduction inside the solid (work) is calculated. The process of step S6_CL for calculating the heat transfer at the interface (interface between the workpiece and the cooling oil) and the process of step S6_LIQ for calculating the heat conduction in the liquid (cooling oil) are switched and executed.

ステップS6_CLにおける界面の熱移動計算は、前述した熱伝達率hmから算出される沸騰熱Qfを用いてメッシュ毎に計算する。詳細には、図9のフローチャートに示す界面熱伝達計算プログラムによって計算される。この界面熱伝達計算プログラムによる処理については後述する。   The interface heat transfer calculation in step S6_CL is calculated for each mesh using the boiling heat Qf calculated from the heat transfer coefficient hm described above. Specifically, it is calculated by an interfacial heat transfer calculation program shown in the flowchart of FIG. The processing by this interface heat transfer calculation program will be described later.

一方、ステップS6_SOLにおける固体内部の熱移動計算は、ステップS6_CLで計算した界面の移動熱量に基づいて、固体内部から表面に向かうメッシュ毎の熱量を、隣接メッシュ間の熱移動による境界条件を非定常熱伝導方程式に適用して計算する。同様に、ステップS6_LIQにおける液体内部の熱移動計算は、界面の移動熱量に基づいて、周囲に拡散するメッシュ毎の熱量を、冷却槽モデル(図1参照)を用いてシミュレーションした流れの影響を加味して非定常計算する。   On the other hand, the heat transfer calculation inside the solid in step S6_SOL is based on the heat transfer amount of the interface calculated in step S6_CL, the heat amount for each mesh from the solid to the surface, and the boundary condition due to the heat transfer between adjacent meshes is unsteady. Apply to the heat equation and calculate. Similarly, the heat transfer calculation inside the liquid in step S6_LIQ takes into account the influence of the flow simulated for each mesh that diffuses to the surroundings using the cooling tank model (see FIG. 1) based on the heat transfer amount at the interface. To calculate unsteady.

以上の固体内部、界面、液体内部の熱移動計算を行った後は、ステップS7へ進み、固体部の温度及び液体部の温度を、メッシュ毎の移動熱量から計算し、熱移動計算前の温度をメッシュ毎に更新する。そして、ステップS8で、シミュレーション時間TMが予め設定した終了時間に達したか否かを判定し、終了時間に達していない場合、ステップS5へ戻ってシミュレーション時間TMを微小時間刻みΔtだけインクリメントし、時間TMが終了時間に達するまで以上の処理を繰り返す。   After performing the heat transfer calculation inside the solid, interface, and liquid as described above, the process proceeds to step S7, where the temperature of the solid part and the temperature of the liquid part are calculated from the amount of heat transferred for each mesh, and the temperature before the heat transfer calculation. Is updated for each mesh. In step S8, it is determined whether or not the simulation time TM has reached a preset end time. If the simulation time TM has not reached the end time, the process returns to step S5 and the simulation time TM is incremented by a minute time step Δt. The above processing is repeated until the time TM reaches the end time.

次に、ステップS6_CLにおける界面の熱移動計算について、図9のフローチャートを用いて説明する。   Next, the interface heat transfer calculation in step S6_CL will be described with reference to the flowchart of FIG.

図9の界面熱伝達計算プログラムでは、先ず、ステップS11でグループGに属するメッシュG_Noiのメッシュ番号iを0にリセットする。そして、ステップS12でメッシュ番号iをインクリメントし、ステップS13でメッシュG_NoiとメッシュG_Noiに隣接する液体側のメッシュとの温度差に基づいて、固体(ワーク)から液体(冷却油)に熱伝達される移動熱量Qkを計算する。   In the interfacial heat transfer calculation program of FIG. 9, first, the mesh number i of the mesh G_Noi belonging to the group G is reset to 0 in step S11. In step S12, the mesh number i is incremented, and in step S13, heat is transferred from the solid (work) to the liquid (cooling oil) based on the temperature difference between the mesh G_Noi and the mesh on the liquid side adjacent to the mesh G_Noi. The amount of heat transferred Qk is calculated.

次に、ステップS14へ進み、熱量Qkを移動した後のメッシュG_Noiの温度Tiを計算する。尚、このステップS14での温度Tiは、以下に説明する更新後の熱量Qtに基づくものであり、初回は、ステップS13での温度と同じである。   Next, it progresses to step S14 and calculates temperature Ti of the mesh G_Noi after moving calorie | heat amount Qk. The temperature Ti in step S14 is based on the updated heat quantity Qt described below, and the first time is the same as the temperature in step S13.

そして、ステップS15でメッシュG_Noiの温度Tiに基づいて沸騰熱Qfを求め、ステップS16で、先に計算したメッシュG_Noiの移動熱量Qkに、前述の相当熱伝達率hmに基づく沸騰熱Qfを加算し、メッシュG_Noiの沸騰を加味した移動熱量として確定・更新する(Qt=Qk+Qf)。   Then, in step S15, the boiling heat Qf is obtained based on the temperature Ti of the mesh G_Noi, and in step S16, the boiling heat Qf based on the equivalent heat transfer coefficient hm is added to the previously calculated moving heat amount Qk of the mesh G_Noi. Then, it is determined and updated as the amount of moving heat taking into account the boiling of the mesh G_Noi (Qt = Qk + Qf).

メッシュG_Noiの移動熱量Qtを確定した後は、ステップS17へ進み、グループGの全てのメッシュについての計算が終了したか否かを調べる。そして、グループGの全てのメッシュについての計算が終了していない場合、ステップS17からステップS12へ戻ってメッシュ番号iをインクリメントし、以上の処理を繰り返し、グループGの全てのメッシュについての計算が終了したとき、本プログラムを抜ける。   After determining the amount of heat Qt of movement of the mesh G_Noi, the process proceeds to step S17 to check whether or not the calculation for all the meshes in the group G has been completed. If calculation for all meshes in group G has not been completed, the process returns from step S17 to step S12 to increment mesh number i, and the above processing is repeated to complete calculation for all meshes in group G. When you do, exit this program.

以上の熱移動計算によってワーク表面の温度分布が時間毎に求められると、次に、構造解析シミュレーション部3では、この温度分布からワークに生じる歪みを予測する。例えば、冷却油51中に歯車100を浸漬したときの時間毎の温度分布を用いて、熱応力変形による荷重設定を行い、歯すじのタオレ・テーパー量等を計算する。この場合、対象歯車材料の時間毎の温度分布を連続冷却変態曲線(CCT線図)と比較してマルテンサイト分布を推定し、このマルテンサイト部分の体積変化分による変態応力を考慮することで、計算精度を向上させることができる。   When the temperature distribution on the workpiece surface is obtained for each time by the above heat transfer calculation, the structural analysis simulation unit 3 predicts the strain generated in the workpiece from this temperature distribution. For example, using a temperature distribution for each hour when the gear 100 is immersed in the cooling oil 51, a load is set by thermal stress deformation, and a tooth taper / taper amount of the tooth trace is calculated. In this case, by comparing the time-dependent temperature distribution of the target gear material with the continuous cooling transformation curve (CCT diagram), the martensite distribution is estimated, and the transformation stress due to the volume change of this martensite portion is taken into account, Calculation accuracy can be improved.

この歪みの予測結果はポスト処理で可視化され、表示装置12に表示される。例えば、図10に示すように、表示画面250に、歯車100を立体的に表示すると共に、各部の歪みの程度を色相等によって識別表示する。色相と歪みの程度との関係は、歯車100の下部のバー状のグラフ251によって示されている。   The prediction result of this distortion is visualized by post processing and displayed on the display device 12. For example, as shown in FIG. 10, the gear 100 is three-dimensionally displayed on the display screen 250, and the degree of distortion of each part is identified and displayed by hue or the like. The relationship between the hue and the degree of distortion is indicated by a bar-shaped graph 251 at the bottom of the gear 100.

以上のように、本実施の形態においては、加熱処理したワークの沸騰を伴う冷却液中での温度変化を、複雑な沸騰解析を要することなく高速且つ正確に把握することができる。これにより、大規模且つ高速のコンピュータ装置を不要としてシミュレーションに要するコストを低減することができるばかりでなく、現実の生産工程で多数のワークを一度に加熱・冷却する場合に適用してワークの歪みを高精度に予測することが可能となる。   As described above, in the present embodiment, the temperature change in the coolant accompanying the boiling of the heat-treated workpiece can be grasped quickly and accurately without requiring a complicated boiling analysis. This not only reduces the cost required for simulation by eliminating the need for a large-scale and high-speed computer device, but also applies distortion when heating and cooling a large number of workpieces at the same time in an actual production process. Can be predicted with high accuracy.

冷却槽モデルを示す説明図Explanatory drawing showing the cooling tank model 流体の熱沸騰によるワークの温度変化を示す説明図Explanatory drawing showing temperature change of workpiece due to thermal boiling of fluid 熱移動モデルの説明図Illustration of heat transfer model シミュレーション装置の機能ブロック図Functional block diagram of the simulation device 熱伝達率測定の概念を示す説明図Explanatory diagram showing the concept of heat transfer coefficient measurement 冷却油中の金属棒の温度変化を示す説明図Explanatory drawing showing temperature change of metal rod in cooling oil 界面における温度と移動熱量との関係を示す説明図Explanatory diagram showing the relationship between the temperature at the interface and the amount of heat transferred 温度分布シミュレーションプログラムのフローチャートFlow chart of temperature distribution simulation program 界面熱伝達計算プログラムのフローチャートFlow chart of interface heat transfer calculation program 歯車の歪み解析結果を示す説明図Explanatory drawing showing the result of gear distortion analysis

符号の説明Explanation of symbols

1 シミュレーション装置
2 熱移動シミュレーション部
3 構造解析シミュレーション部
4 固体熱移動計算部
5 界面熱移動計算部
6 流体熱移動計算部
Q 熱量
Qf 沸騰熱
hm 相当熱伝達率
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Simulation apparatus 2 Heat transfer simulation part 3 Structural analysis simulation part 4 Solid heat transfer calculation part 5 Interface heat transfer calculation part 6 Fluid heat transfer calculation part Q Calorie | heat amount Qf Boiling heat hm Equivalent heat transfer coefficient

Claims (4)

加熱処理したワークの冷却液中における温度変化をシミュレーションする熱処理シミュレーション方法であって、
上記ワークと上記冷却液との間の沸騰を伴う界面に、上記冷却液の冷却特性に基づいて予め算出した温度毎の相当熱伝達率を設定し、該相当熱伝達率に基づいて上記ワークから上記冷却液への熱移動を解析要素毎に計算するステップと、
上記解析要素毎の熱移動を所定の微小時間刻みで計算し、上記ワーク表面の時間単位の温度分布を算出するステップと
を備えることを特徴とする熱処理シミュレーション方法。
A heat treatment simulation method for simulating a temperature change in a coolant of a heat-treated workpiece,
An equivalent heat transfer coefficient for each temperature calculated in advance based on the cooling characteristics of the coolant is set at the interface with boiling between the work and the coolant, and from the work based on the equivalent heat transfer coefficient Calculating heat transfer to the coolant for each analytical element;
Calculating the heat transfer for each analysis element in predetermined minute time increments and calculating the temperature distribution of the workpiece surface in time units.
上記相当熱伝達率を、上記ワーク表面の温度毎にニュートンの冷却法則を適用して予め算出することを特徴とする請求項1記載の熱処理シミュレーション方法。   The heat treatment simulation method according to claim 1, wherein the equivalent heat transfer coefficient is calculated in advance by applying Newton's cooling law for each temperature of the workpiece surface. 上記ワークに相当する部材の上記冷却液中における所定の時間毎の温度変化を測定し、該温度変化の測定値から上記相当熱伝達率を算出することを特徴とする請求項2記載の熱処理シミュレーション方法。   3. The heat treatment simulation according to claim 2, wherein a temperature change of the member corresponding to the workpiece in the coolant is measured every predetermined time, and the equivalent heat transfer coefficient is calculated from a measured value of the temperature change. Method. 加熱処理したワークの冷却液中における温度変化をシミュレーションするコンピュータが実行可能な熱処理シミュレーションプログラムであって、
上記ワークと上記冷却液との間の沸騰を伴う界面に、上記冷却液の冷却特性に基づいて予め算出した温度毎の相当熱伝達率を設定し、該相当熱伝達率に基づいて上記ワークから上記冷却液への熱移動を解析要素毎に計算するステップと、
上記解析要素毎の熱移動を所定の微小時間刻みで計算し、上記ワーク表面の時間単位の温度分布を算出するステップと
を備えることを特徴とする熱処理シミュレーションプログラム。
A computer-executable heat treatment simulation program for simulating a temperature change in a coolant of a heat-treated workpiece,
An equivalent heat transfer coefficient for each temperature calculated in advance based on the cooling characteristics of the coolant is set at the interface with boiling between the work and the coolant, and from the work based on the equivalent heat transfer coefficient Calculating heat transfer to the coolant for each analytical element;
Calculating a heat transfer for each analysis element at predetermined minute time intervals, and calculating a temperature distribution of the work surface on a time unit basis.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011067644A1 (en) * 2009-12-04 2011-06-09 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Numerical analysis method of a vehicle drive
JP2011244623A (en) * 2010-05-19 2011-12-01 Sumitomo Heavy Ind Ltd Coupled analysis system, analysis system and coupled analysis method
JP2011257351A (en) * 2010-06-11 2011-12-22 Toyota Motor Corp Heat treatment simulation method
JP2013134110A (en) * 2011-12-26 2013-07-08 Nippon Steel & Sumitomo Metal Method for predicting temperature of cooled body, and method for manufacturing metal plate
CN105911087A (en) * 2016-06-01 2016-08-31 西安交通大学 Large nuclear reactor molten pool natural-convection heat transfer test system and method
CN110889209A (en) * 2019-11-18 2020-03-17 中国北方车辆研究所 Lubricating oil heating simulation method
WO2021220545A1 (en) * 2020-04-30 2021-11-04 中外炉工業株式会社 Method for simulating processing state of belt-shaped body
JP7345686B2 (en) 2020-02-25 2023-09-15 三菱電機株式会社 Systems and methods for controlling the operation of HVAC (heating, ventilation, air conditioning) systems
JP7446381B2 (en) 2021-10-27 2024-03-08 高周波熱錬株式会社 Cooling simulation method, cooling simulation program, cooling simulation device, and workpiece cooling method

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005043129A (en) * 2003-07-24 2005-02-17 Fuji Heavy Ind Ltd Heat flow analyzing method and heat flow analyzing system

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005043129A (en) * 2003-07-24 2005-02-17 Fuji Heavy Ind Ltd Heat flow analyzing method and heat flow analyzing system

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6007006223; 市谷克実: '焼入変形に及ぼす冷却過程の影響' 熱処理 第四十二巻,第五号, 20021025, 第341頁〜345頁 *
JPN6012059538; 沈建栄、日下高至、稲見顕子、大西康晴、横山剛士、宮本伸行: '熱処理変形予測技術の開発' 日本熱処理技術協会講演大会講演概要集 Vol.64th, 20070705, p.27-28 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011067644A1 (en) * 2009-12-04 2011-06-09 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Numerical analysis method of a vehicle drive
JP2011117560A (en) * 2009-12-04 2011-06-16 Toyota Motor Corp Numerical analysis method of driving unit for vehicle
CN102648469A (en) * 2009-12-04 2012-08-22 丰田自动车株式会社 Numerical analysis method of a vehicle drive
US8688315B2 (en) 2009-12-04 2014-04-01 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Numerical analysis method of a vehicle drive
JP2011244623A (en) * 2010-05-19 2011-12-01 Sumitomo Heavy Ind Ltd Coupled analysis system, analysis system and coupled analysis method
JP2011257351A (en) * 2010-06-11 2011-12-22 Toyota Motor Corp Heat treatment simulation method
JP2013134110A (en) * 2011-12-26 2013-07-08 Nippon Steel & Sumitomo Metal Method for predicting temperature of cooled body, and method for manufacturing metal plate
CN105911087A (en) * 2016-06-01 2016-08-31 西安交通大学 Large nuclear reactor molten pool natural-convection heat transfer test system and method
CN110889209A (en) * 2019-11-18 2020-03-17 中国北方车辆研究所 Lubricating oil heating simulation method
JP7345686B2 (en) 2020-02-25 2023-09-15 三菱電機株式会社 Systems and methods for controlling the operation of HVAC (heating, ventilation, air conditioning) systems
WO2021220545A1 (en) * 2020-04-30 2021-11-04 中外炉工業株式会社 Method for simulating processing state of belt-shaped body
JP7446381B2 (en) 2021-10-27 2024-03-08 高周波熱錬株式会社 Cooling simulation method, cooling simulation program, cooling simulation device, and workpiece cooling method

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