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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».