Download simulacion de calentamiento por induccion en componentes

Mechanical APDL 14.5
SIMULACION DE CALENTAMIENTO POR INDUCCION
EN COMPONENTES AUTOMOTRICES
+85,000 unidades ensamblados
con nuestros ejes (Dato 2012)
Fundado en 1975
1,810
Empleados
Seis unidades
de manufactura
Co inversión
entre
QUIMMCO y
Meritor
Clientes
Mayor
cantidad de
ejes
ensamblados
para NAFTA
Procesos
+145,000 Ejes
+458,000 Frenos
(Basado en 2012)
+2.1millones de
componentes
manufacturados.
Ensamble
Tratamientos
térmicos
Maquinados de
alta precisión
SOP 2015
Soldadura
Celda robotizada
(CLOOS & Motoman)
Tratamiento térmico
Recocido Ciclico
Normalizado
Revenido
Temple por inducción
Prensas de temple
Carburizado
Maquinados
Fresado
Torneado
Rectificado
Taladrado
Corte
Brochado
Ensamble
Introducción
•
El calentamiento por inducción es el
proceso de calentar un material
conductor por inducción
electromagnética, donde las
corrientes parásitas se generan
dentro del metal y la resistencia
produce el calor dentro del mismo.
Un sistema de calentamiento por
inducción consta de un inductor, a
través del cual se hace pasar una
corriente de alta frecuencia alterna
(CA). La frecuencia de CA que se
utiliza depende del tamaño del
objeto, tipo de material,
acoplamiento (entre la bobina de
trabajo y el objeto a ser calentado) y
la profundidad de penetración.
Objetivo
Simular el proceso de calentamiento por inducción en un
componente automotriz.
Objetivos específicos
• Generar modelo electromagnético en ANSYS.
• Acoplamiento de los resultados obtenidos del modelo
electromagnético a un modelo térmico.
• Validación del modelo mediante evaluación experimental.
Aplicación
• El husillo es un componente que es
ensamblado en los extremos de la funda de
los ejes traseros, sirve como soporte para los
rodamientos que realizan la rotación de las
ruedas del camión.
• El husillo es templado por inducción en las
zonas que soportan los baleros para evitar
desgaste prematuro del componente.
Imagen .Componente husillo ,diametros de balero (verde).
Imagen .Componente funda de eje trasero.
Modelación
El sistema global de ecuaciones electromagnéticas utilizadas
para derivar la distribución del campo magnético se basa en las
ecuaciones de Maxwell que son combinadas con las relaciones
constitutivas que introducen las propiedades electromagnéticas
del material:
La resolución del problema electromagnético se utiliza para
calcular la energía térmica generada durante el calentamiento
por inducción (Q ind).
El análisis térmico se acopla con el problema electromagnético.
El modo de transferencia de calor por conducción es el
mecanismo mas importante durante el calentamiento por
inducción.
Propiedades consideradas
• Acero 1043
Resistividad
Permeabilidad Relativa
σ
Inductor
Aire
µ
2.5e-6
1
1.3e+16
1
Conductividad Termica
Metodología
• Modelo Electromagnético
Consideraciones:
Modelo 2D axisimétrico
Husillo
Husillo: 19,000 elementos
J
Inductor: 7,000 elementos
Aire:230,000 Elementos
Aire
Condiciones frontera:
• Flujo de corriente J (A/m2)
• Frecuencia (Hz)
Resultados de simulación:
• Campo magnético
• Flujo de calor (Efecto Joule)
Inductor
Metodología
• Modelo Térmico
Consideraciones:
Modelo 2D axisimétrico
Husillo: 19,000 elementos
Condiciones Iniciales:
Qind
T=30°C
Condiciones frontera:
Husillo
Convección en aire
Resultados de simulación:
• Temperaturas (°C)
Parámetros de proceso
Dureza
•
•
•
inductor (geometría).
Transformación de
Pieza (geometría).
fase (Martensita).
Distancia inductor-pieza.
Tiempo de calentamiento=50 seg.
Resultados
CAMPO MAGNETICO
TEMPERATURA
Comparativo de temperaturas cámara termográfica vs simulación
14 seg.
32 seg.
Trabajo futuro
1
2
3
4
5
6
DISEÑO DE INDUCTOR
7
Intensidad de campo magnético
Conclusiones
•
Es posible simular el proceso de calentamiento por inducción, acoplando
los resultados obtenidos.
•
La simulación mediante ANSYS proporciona información muy valiosa para
el diseño de inductores basado en el ajuste de la corriente y patrones de
calentamiento deseados.
• La simulación representa una herramienta poderosa para entender como
se distribuye la corriente en el componente y como afecta a la energía
generada en el proceso de calentamiento.
• La simulación permite reducir tiempos de desarrollo , así como las
pruebas físicas mediante «prueba y error».