金属表面等离子弧淬火作为常用的热处理手段,其淬火设备常常与车床结合,或者直接采用手持焊枪的工作方式对工件进行淬火,前者不能对大型工件淬火,后者又不能做到对复杂表面工件的精确加工。四关节等离子弧表面强化机器人能处理复杂表面的大型零件,基于MATLAB Simulink库中的SimMechanics工具箱,创建等离子弧表面强化机器人正运动学模型,生成其末端关节点位置坐标、速度和加速度数据,绘制出其工作空间和速度加速度图像。最后应用该机器人对典型钢板零件淬火。在实际等离子弧表面淬火时,焊枪扫描非常快,同时工件温度的升速和冷速非常迅速,因此想要通过诸如热像仪等设备来直接测量工件的实时温度变化显得较为困难。以表面淬火热处理传热理论为基础,ANSYS Workbench软件为平台对淬火过程进行模拟,并辅以些许试验验证模拟过程的准确性与可靠性,最后模拟与实验数据对比,验证仿真过程的精确性。重点研究了不同强化工艺参数对淬硬层深和宽的影响。以淬硬层的形成机理、预测方法以及淬火温度场的模拟结果为基础,改变淬火工艺参数,预测出淬硬层尺寸,将仿真结果值绘制成不同淬火工艺参数对淬硬层的影响图形,并将其拟合成关系式,为实践中优化工艺参数提供了数学参考。最后模拟结果与试验结果相对比有很高的精度,且淬硬层深度和宽度随着电弧功率的增大而增大,随着等离子弧热源移动速度的增大而减小,选择过大的电弧功率和扫描速度可提高加工效率,但过快的扫描速度使淬火不完全、不均匀,选择过小的电弧功率和扫描速度使工件表面熔化。重点分析了有限元模拟的精确性,材料的热物性参数、相变潜热的选取与否对淬火模拟效果有很大的影响,热物性参数为常数时,模拟结果误差偏大,考虑相变潜热时,淬硬层深变小,而同时考虑二者的作用时,模拟结果与实际基本一致。