37基于ANSYS的锻件感应加热温度场的数值模拟研究.pdf

带热能工程工业加热第38卷2009年第2期基于ANSYS的锻件感应加热温度场的数值模拟研究张月红(淮阴工学院,江苏淮安 223003) 摘要:针对感应加热过程中工件温度难以测量的问题,应用电磁学和传热学基本理论,建立了锻铸坯料电磁场和温度场分布的数学模型,运用ANSYS软件对感应加热过程温度分布进行变参数研究,为揭示铸坯感应加热过程的规律、优化工艺参数提供理论依据。关键词:感应加热;有限元法;数值模拟;磁一热耦合场;温度场中图分类号: 文献标志码:A 文章编号:1002—1639(2009)02—0023—04 ingP~formBasedonANSYS ZHANGYue—hong (HuaiyinInstituteofTechnology,Huaian223003,China) Abstract:Aimingatthedifficultyinmeasuringforinductionheating,icstheoryandthermaltheory,itcon— icfield,temperaturefieldandnumericalsimu— heatingprocess,optimizeprocessparameters. Keywords:inductionheating;finiteelementme~od;numericalsimulation;icfield,temperaturefield 锻件产品是冶金、能源、交通和化工等装备上的关键性零部件,要求各项力学性能指标较高,而这些指标都是靠热处理获得的。因此热处理工序是保证产品内部质量、满足各项性能要求的关键环节。目前,在工业发达国家普通采用感应加热方式进行锻件热处理,在我国这一方式正方兴未艾。由热锻加热规范可知,锻造金属在加热炉内不仅有最高温度的限制,而且对加热终了时的温度均匀性也有较高要求,如果温差超过一定的范围,不仅会产生较大的温度应力,而且锻压时会造成变形流动不均匀,形成附加应力或组织不均匀,甚至导致锻造裂纹,从而影响成形工艺和锻件质量。另外,温差过大,对模具寿命也有很大的影响。而感应加热过程中感应电流(涡流)在工件上的分布具有明显的集肤效应,即涡流发热主要集中在工件表面很小的范围内,工件内部则靠传热来实现其升温?,工件内的集肤效应使工件表层与中心存在一定的温度差。所以如何在容许的最高温度前提下以最短的加热时间,得到尽可能高的表面温度与最小的表面与中心温度差是我们在设计加热参数时所关心的问题。目前的做法是通过温度检测的方法反复调整实验参数直至满足工艺要求,这种做法不仅耗费大量人力、物力和时间, 而且所得到的仅是某一零件、某一具体工艺条件下的最后情况,很难获得能直接推广应用的规律性成果l2J。本文结合感应加热理论与传热学理论,采用有限元收稿日期:2008—09—02;修回日期:2008—09—05 作者简介:张月红(1969一),女,江苏淮安人,讲师,硕士,主要研究感应加热及其数值模拟. 法建立感应加热过程电磁场、温度场的计算模型,应用 ANSY