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基于Deform-3D的感应加热分析

2017/3/20    来源:e-works    特约撰稿人:李斌      
关键字:Deform-3D  感应加热  有限元  
本文采用deform-3d软件对某曲轴工频感应加热进行有限元模拟,来研究工件内部温度场的分布及变化情况,现将模拟过程中遇到的问题和对应的解决方法,以及模拟结果写入其中。
1 感应加热工艺参数
 
    采用deform对曲轴的预镦粗阶段进行感应加热模拟,法兰端采用感应线圈施以330V电压加热5分钟,然后对中间台阶轴施以330V电压加热75分钟。
 
    工频加热炉线圈直径φ380mm,频率50HZ。电流约1640A,线圈长度1450mm。
 
2 三维软件建模
 
    采用NX8.0对曲轴及线圈进行三维建模,如图1所示(为了减少感应加热的模拟时间,采用对称模拟,所以曲轴只画了一半)

图1 曲轴(左)和线圈(右)

图1 曲轴(左)和线圈(右)
 
3 有限元前处理
 
    三维模型建立好之后接下来就是进行有限元模拟了,在模拟之前需要对曲轴及线圈进行网格划分,参照之前做过的感应加热例子以及deform给出的感应加热的案例(induction_heating),选择对线圈以及曲轴都采用六面体网格划分。
 
    由于deform不支持六面体网格的划分,所以需要采用hypermesh有限元软件对曲轴和线圈完成六面体的划分。

图2 四面体网格(左)和六面体网格(右)

图2 四面体网格(左)和六面体网格(右)
 
    网格划好之后便是对零件定义材料属性,边界条件,传热系数等参数的设置。这也是本文讨论的重点,也是deform感应加热模拟准确与否的关键所在。
 
    需要强调的是,关于上述参数的设置,最开始采用的是deform给的案例上的参数进行设置的,但是deform给出的例子是极其简单的,例子中的参数应该说是不全的,比如例子中给的电阻率是一个定值,给出的辐射率也是一个定值,之所以deform给出参数是定值是因为其加热温度很低,远没有达到磁性转变点。所谓磁性转变点也成为居里点,以Fe来说,当α-Fe在770℃时将发生磁性转变,即由低温的铁磁性状态转变为高温的顺磁性(顺磁性即材料对磁场响应很弱的磁性),通常把这种磁性转变称为A2转变,把磁性转变温度称为铁的居里点。而感应加热很大一部分是和磁导率有关的,所以如果要想把工件加热超过居里点时,那么上述的磁性转变所引起的磁导率的变化是必需要考虑的。
 
    同时deform给的例子中电阻率是定值也是不合理的,在变化温度很小的范围内,可以认为电阻率是不变的,但像曲轴加热时,电阻率就是随温度变化而增大的,必需设定随温度变化而变化的电阻率值。
 
    经过查阅文献,找到了45号钢的参数随温度的变化表及变化曲线。
 
表1 45号钢的物理参数

表1 45号钢的物理参数

责任编辑:吴星星
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