Численное моделирование температурного поля заготовок при индукционном нагреве для изготовления подшипниковых колец

Abstract

В работе приведено решение нестационарной термоэлектромагнитной краевой задачи для определения распределения объемного поля температур при индукционном нагреве цилиндрической заготовки для подшипникового кольца с учетом зависимости электромагнитных характеристик материала от температуры. Численное моделирование процесса индукционного нагрева цилиндрической заготовки выполнялось методом конечных элементов с использованием специализированного программного комплекса. Проводился подбор электрических параметров, которые обеспечивают рациональный режим работы индукционного нагревателя. Рациональные параметры подбирались с целью обеспечения максимально однородного распределения температуры по всему объему заготовки подшипникового кольца. С учетом процесса остывания получено распределение поля температур в заготовке перед началом процесса горячей штамповки, которое отвечает требованиям не превышения заданного максимального перепада температуры в заготовке. Полученные численные результаты распределения температуры в цилиндрической заготовке подшипникового кольца сравнивались с экспериментальными данными пирометрических измерений температуры на боковой поверхности и в центре торцевой части заготовки.

Non-steady thermo-electromagnetic boundary problem is solved to define volume temperature filed distribution within the bearing ring during inductive heating of the cylinder work piece; its material magnetic characteristics assumed to depend on temperature. Numerical modeling was executed with software package based on finite elements. To make available the rational working regime of the inductive heater a few scheme parameters varied. Their choice defined to provide the most even volumetric temperature distribution within a work piece. Given the process of cooling, the temperature field distribution in the work piece obtained before hot stamping process start, which are limited with the predefined highest changes in temperature in the work piece. The latter meets the requirements to do not exceed a predetermined maximum temperature difference in the work piece. The obtained results of the temperature distribution in the cylindrical blank were compared with the experimental data of pyrometric temperature measurements on the face surface and in the center of the perform tore end-part.