Numerické simulace indukčního ohřevu

Numerické simulace indukčního ohřevu

Při návrhu indukčního ohřevu pro kovací linky vycházíme z parametrů, které jsou důležité pro naše zákazníky. Mezi tyto parametry patří zejména:

  1. rychlost ohřevu - umožňuje minimalizovat takt a zvýšit produktivitu
  2. účinnost ohřevu - přímo se promítá do nákladů na ohřev materiálu
  3. rovnoměrnost teploty ohřátého polotovaru - je podstatná pro kvalitu výrobků a snížení zmetkovitosti
  4. rozsah ohřívaného materiálu - univerzálnost zařízení umožňuje vyrábět široký sortiment výrobků

Kromě těchto požadavků je nezbytné respektovat různá omezení, např. rozměrová, fyzikální, technologická a bezpečnostní. Je zřejmé, že mnohé požadavky jsou protichůdné a každý může mít jinou váhu. Proto se zařízení obvykle navrhuje na míru. Návrh indukčního ohřevu je mnohdy otázkou hledání kompromisů, vyžaduje odborné znalosti a bohaté zkušenosti. V poslední době nám k návrhu ohřívacího zařízení pomáhají také numerické simulace. Umožňují nám lépe porozumět fyzikálním dějům indukčního ohřevu a vypočítat hodnoty (např. rozložení teploty uvnitř přířezu) které jsou experimentálně buď vůbec, nebo jen velmi těžko změřitelné. Numerická simulace experiment nenahrazuje, neboť přesně nespočítá reálné hodnoty. Přesnost výsledku odpovídá použitému matematickému modelu a přesnosti zadávaných počátečních a okrajových podmínek. Dokáže však odhalit závislosti a tím určuje směr, kterým by se měla ubírat optimalizace indukčního ohřevu.

K simulaci indukčního ohřevu využíváme výpočetní software, který metodou konečných prvků komplexně řeší elektromagnetické a teplotní pole dvourozměrných fyzikálních úloh. Výsledkem simulace je časově závislé řešení těchto polí. Simulace počítá s tepelnými ztrátami sáláním a prouděním. To je důležité, protože především ztráty sáláním jsou při ohřevu oceli na kovací teplotu kolem 1200°C velmi vysoké.

Typickou úlohou ohřevů dodávaných do kováren je stanovení času potřebného pro rovnoměrné prohřátí polotovaru. Vlivem skin efektu se teplo vyvíjí více u povrchu součásti a do středu se dostává vedením. Je třeba volit dostatečné dlouhý čas, aby se jádro dobře prohřálo. Naopak příliš dlouhý čas vede k nižší účinnosti (větší tepelné ztráty) a nižší produktivitě nebo nárůstu délky ohřívací linky. Zkrácení času ohřevu lze docílit rozdělením ohřevu do dvou nebo více stupňů, kdy se těleso v prvním stupni zahřívá zvýšeným výkonem (tzv. rychloohřev). Simulace nám poskytují cenné informace o časovém vývoji teplotního profilu povrch-jádro. Na začátku ohřevu se rychle zahřívá povrch a teplotní rozdíl povrch-jádro se zvětšuje. Po nějakém čase se teplo rozvede do jádra, začne stoupat teplota v jádře a teplotní rozdíl povrch-jádro se příliš nemění. Ke konci ohřevu se výrazně projevují ztráty sáláním. Povrch se zahřívá pomaleji a teplotní rozdíl povrch-jádro se zmenšuje, maximum teploty se posouvá pod povrch součásti. Po dokončení ohřevu se vlivem chladnutí postupně přesouvá teplotní maximum do středu součásti.

Simulace indukčního ohřevu

Vývoj teploty přířezu při rychloohřevu

Další oblastí častého použití numerických simulací jsou indukční ohřevy pro povrchové kalení, kdy se naopak vyžaduje lokální ohřátí povrchu pouze do určité hloubky. Výhodné je použití simulace právě u tvarově složitějších součástí, kde se např. vnější hrany mohou přehřívat v důsledku elektromagnetických efektů. Pomocí simulace lze optimalizovat tvar cívky, aby se součást správně zahřívala tam, kde je třeba. V této oblasti spolupracujeme s externími výpočtáři.

Aktuality

Roboterm spol. s r.o. slaví již 25 let

22.12.2017 Vedení obchodní společnosti ROBOTERM spol.s r.o. Chotěboř organizuje každoročně ke konci roku setkání jak s bývalými, tak i současnými zaměstnanci firmy. Letos bylo toto setkání spojené s oslavou 25 let více...

PF 2018

11.12.2017 Děkujeme Vám za spolupráci v roce 2017 a do roku 2018 Vám přejeme mnoho osobních i pracovních úspěchů. Veselé Vánoce a šťastný nový rok 2018 přeje ROBOTERM Chotěboř. více...

Kompaktní středofrekvenční ohřívač KSO 800/1,2-C50

8.12.2017 Ohřívač je určen k indukčnímu ohřevu ocelových přířezů kruhového průřezu na kovací teplotu. Tyristorový měnič kmitočtu je zabudován ve skříni ohřívače, čímž dochází k úspoře zastavěného prostoru a odpadají více...

Tranzistorový měnič kmitočtu TRMK-R 50/15

30.11.2017 Tranzistorový měnič kmitočtu byl dodán do společnosti THK RHYTHM AUTOMOTIVE GmbH. Ve spojení se středofrekvenčním transformátorem a příslušným induktorem je určen k indukčnímu ohřevu více...

Tyristorový měnič kmitočtu TMK 800/1,5/08-04/V/H

21.11.2017 Dnes jsme dodali do společnosti Beltechnologia Minsk v Bělorusku měnič kmitočtu o výkonu 800 kW. Ve spojení s třífázovým oddělovacím transformátorem a zátěží ve formě ve formě paralelního oscilačního více...

Kompaktní středofrekvenční ohřívač KSO-T 400/4-C30

13.10.2017 Ohřívač je určen k indukčnímu ohřevu ocelových přířezů kruhového nebo čtvercového průřezu na kovací teplotu. Tranzistorový měnič kmitočtu je zabudován ve skříni ohřívače, čímž dochází k úspoře zastavěného více...

doporučujeme: MARTENZIT, ŠMERAL BRNO, KOMAP, Šroubárna Kyjov, ŠKODA AUTO, OSTROJ, VÍTKOVICE CYLINDERS, MSV Metal Studénka, Kovárna VIVA, ŽĎAS
realizace webu Pavlíček.cz