感應淬火仿真的案例
用DEFORM模擬感應淬火工藝過程
用DEFORM模擬感應淬火工藝過程
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背景
電磁感應淬火是廣泛采用的表面強化技術之一。電磁感應淬火工藝過程涉及多種物理場的復雜耦合，包括電磁場、溫度場、組織場和應力應變場等。電磁感應淬火工藝方案設計需要綜合運用多學科理論與知識，難度非常大，而且對于新產品的感應淬火問題，往往需要進行反反復復的試驗，周期長、成本高，大大影響了電磁感應淬火工藝應用的綜合效果。
DEFORM是一款專業金屬成形及熱處理工藝仿真軟件，三十多年來的工業實踐證明了軟件的準確性和穩定性。DEFORM軟件領先行業同類軟件，率先具備感應淬火和電阻加熱等高級分析功能，真正實現了同一平臺下多種物理場的耦合計算，幫助設計人員進一步認識和了解感應淬火工藝過程，優化工藝方案。
DEFORM軟件可以采用有限元（FEM）和邊界元（BEM）等兩種方法模擬感應淬火工藝過程，如下圖所示：
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應用案例
案例一：曲軸坯料感應加熱
該案例為曲軸坯料的預熱過程模擬，借助DEFORM軟件邊界元法模擬整個感應加熱過程，準確獲得工件溫度場及相組織體積分數，為設計人員工藝優化設計提供理論依據。坯料溫度場分布如下圖所示：
案例二：軸感應淬火
該案例模擬軸零件感應淬火工藝過程，軸首先奧氏體化，然后通過噴水冷卻方式實現表面硬化。軸感應淬火溫度場及馬氏體體積分數分布如下圖所示：
案例三：直齒圓柱齒輪感應淬火
該案例為直齒圓柱齒輪感應淬火仿真分析，感應線圈繞軸線旋轉，使輪齒均勻加熱。感應加熱過程中齒輪先奧氏體化，冷卻過程中轉變為馬氏體。
展開 DEFORM感應淬火模擬仿真技術及新功能
電磁感應淬火是廣泛采用的表面強化技術之一。電磁感應淬火工藝過程涉及多種物理場的復雜耦合，包括電磁場、溫度場、組織場和應力應變場等。電磁感應淬火工藝方案設計需要綜合運用多學科理論與知識，難度非常大，而且對于新產品的感應淬火問題，往往需要進行反反復復的試驗，周期長、成本高，大大影響了電磁感應淬火工藝應用的綜合效果。
DEFORM是一款專業金屬成形及熱處理工藝仿真軟件，三十多年來的工業實踐證明了軟件的準確性和穩定性。DEFORM軟件領先行業同類軟件，率先具備感應淬火和電阻加熱等高級分析功能，真正實現了同一平臺下多種物理場的耦合計算，幫助設計人員進一步認識和了解感應淬火工藝過程，優化工藝方案。
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展開 simufact感應淬火模擬
之前總是有人問到感應加熱怎么模擬，恰好這段時間對感應淬火做了幾個模擬的案例，發上來大家參考一下。 感應加熱主要是通過電磁場來對工件進行快速加熱的一種方法，對于其模擬來說，有幾種方法，一種是做電磁場與溫度場的耦合，常見的有通過其多物理場耦合軟件來做的，但是這種方法有些不妥，因為實際中感應加熱往往都是在感應淬火，同時有加熱和冷卻兩個過程同時進行，而且一般我們需要知道感應淬火之后工件的變形趨勢以及應力分布，最好還能有其中的組織場分布，如果把模型做成電磁場、溫度場、應力場及組織模擬的話，模型的復雜程度會很大，計算所需時間也比較久。 所以，如果我們需要知道輸入的電流、電壓、頻率對感應加熱的影響，我們可以做一個電磁場與溫度場的耦合計算。而從實際考慮，一般我們知道感應淬火層的深度，而simufact軟件中恰好提供了一個near contact的設置，我們可不可以將感應加熱簡化為接觸換熱呢？這樣不需要考慮電磁場，模型就能簡化了，這樣我們就能在simufact軟件中實現溫度場、應力場及相變的仿真了。 選擇的是simufact軟件自帶的22MnCr5材料，是一個復合相的材料，從jmatpro中導入過來的，所以材料中不同相的屬性是單獨的曲線數據，且有cct和ttt數據，進行相變仿真再好不過了。
有了這么強大的材料模型，下面來看我們算出來的結果。下面的那個是感應裝置，上面的圓為冷卻裝置。底部為推動工件前進的操作機。采用simufact接觸表里面的near contact來設置感應加熱深度。這里的距離是以加熱裝置內表面為基準。
我們假設材料初始相成份組成為90%鐵素體及10%珠光體
在軟件中加大接觸換熱系數，達到快速加熱工件，冷卻構件的接觸換熱系數也增大，同樣的道理。
下面放上結果動畫，下圖為溫度。為了快速得到計算結果，網格劃分的比較粗。
展開 DEFORM利用邊界元法模擬感應加熱+淬火[3D ] ￥9.99
運動選擇跟著上模（感應線圈）運動，環境溫度設置為20度，換熱系數這里設的比較大，主要是因為淬火的換熱時間比較短，所以夸大一點效果，實際過程淬火窗口可單獨設置速度不需跟著感應線圈。為了保證足夠的加熱溫度，淬火窗口跟感應線圈的距離不要離得太近。
不等截面零件的感應透熱淬火工藝技術
而中段則要求具有良好韌性和強度，在受到沖擊力的作用下不發生脆性脆斷裂，因此除了刮板加熱功率、加熱時間外，還要研究中段淬火冷卻時間。進行壓彎試驗，測試其撓度能否滿足設計圖紙要求。
根據感應加熱的特點和零件的性能要求，斧頭噴淋冷卻時統一，加熱頻率為2000Hz，主要研究的工藝參數為：輸出功率、加熱時間、噴淋時間（中間段），采用L9(33)正交試驗法進行感應透熱熱處理試驗。用手持式里氏硬度計檢測刮板斧頭硬度，使用萬能試驗機進行抗彎試驗，加載力560kN，要求撓度≤20mm。
2.試驗結果
（1） 感應透熱淬火正交試驗和壓彎結果
刮板感應透熱淬火正交試驗因素水平、正交試驗安排及結果如表2所列。
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本次介紹一個感應加熱同時進行淬火的一個例子。加熱線圈以指定的功率啟動加熱過程，并開始以指定的速度沿工件移動。工件的表層會在短時間內升溫并發生相轉變。緊接著通過設置一個在淬火窗口（熱交換窗口）對已升溫部分進行淬火。加熱過程使得表面層轉變成奧氏體相，而淬火過程立即將這些表面層冷卻成馬氏體相。
先看結果
溫度變化
奧氏體含量
馬氏體含量
從以上結果可以看到，感應線圈所在區域的溫度最高可達1000度以上，珠光體轉變成奧氏體，隨著感應線圈的移動，坯料不同部位發生珠光體向奧氏體的相轉變。由于淬火窗口緊隨著感應線圈移動，淬火窗口經過之處，坯料表層原本的奧氏體區發生馬氏體相變。由于淬火窗口冷卻速度快了點，故馬氏體轉變不夠徹底。
此示例需要一個額外的 DAT 文件 (DEF_INDH.DAT)，文件中中第一行“0”表示需要使用邊界元素技術（BEM），第二行“5”表示需要計算電壓的步長。親測沒有這個文件計算結果差別有點大。
要點：
感應加熱
淬火
溫度窗口的使用
1 模擬控制設置
跟往常一樣，新建一個項目，進入前處理，點擊2D模式，然后進入模擬控制窗口，勾選相轉變和感應加熱模式。總步數設置200步，5步一存，步長0.1s/step也就是說整個模擬過程持續20s。
2 建立對象
添加3個對象，分別為坯料和上下模。
2.1 坯料設置
坯料由于考慮熱應力，故設置成彈塑性體，材料選擇AISI-1045-trans。需要注意的是計算感應加熱時，坯料和線圈均需要設置電/磁參數。
展開 德國同步雙頻表面感應淬火技術，完美
德國的感應淬火技術大家所熟知的有eldec、艾洛特姆和艾瑪，今天我們給大家帶來的是eldec感應加熱技術。
看一下eldec對一些零部件感應加熱之后的切片試樣圖片
或許有人看完這些切片會嘖嘖稱贊，這是怎么做出來的？感應器怎么設計的？
其實這些就是同步雙頻感應淬火技術的結晶。了解同步雙頻淬火技術之前咱們先欣賞一個eldec的宣傳短片。
友情提示，建議在wifi下欣賞
繼續話題。什么是同步雙頻感應淬火技術？
名詞解釋
同
步雙頻淬火技術SDF
?
（Simultaneous Dual Frequency)在一個感應線圈上同時產生中頻和高頻電流，在工件表面感應漩渦電流，使工件表面在極短的時間內迅速加熱，然后急速冷卻，在工件表面獲取輪廓硬化層的感應淬火技術。
對于該技術，我們的簡單理解是用下面的幾幅圖來解釋會更好。
對于類似齒輪這樣具有凹凸表面結構的工件而言，常規的單頻感應加熱技術無法實現令人滿意的處理效果。由于齒輪存在凸面和凹面，采用高頻感應加熱進行齒輪表面淬火（如圖1），感應電流產生的熱量迅速傳導至輪齒的中心，齒冠得到完全硬化，但是齒根硬化不足。
圖1
此外，這種處理方法還容易在根齒面上增加殘留應力，導致斷裂的發生。同樣采用中頻感應加熱進行齒輪的表面淬火（如圖2），熱量在齒根進行傳導，由于齒根的凹面形狀，熱量傳導的過程中以指數形式遞減，齒根得到有效的硬化，而齒冠卻硬化不足。
展開 立式支承輥感應加熱差溫淬火機床的設計及應用
牛宏堂、張建、劉訓、張桐，陜西壓延設備廠
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
大型立式中頻感應加熱支承輥復合型淬火機床，是在全新概念下設計、取代燃氣、燃油、支承輥差溫爐的新型機床，其吊裝、加熱、運行以及噴淬方式等都有別于傳統的支承輥燃氣差溫爐。新型機床的設計理念是針對燃氣差溫爐在生產過程中存在的不足（加熱時間長，能耗高，吊裝不方便等）而進行設計的。因此，新機床在生產效率、加熱方式、噴淬方式、生產成本、工作安全性、勞動強度、工件適應性、工件的質量以及工藝的設置等都顯現出強大的優勢。
眾所周知提高支承輥的質量、精度、使用壽命以及縮短加工周期是當今軋鋼領域的重要研究課題。研究生產支承輥的新技術能夠有效地提高材料的利用率。支承輥的壽命又和輥身表面硬度及淬硬層深度，耐磨性密不可分。同時，改進原始制造方法和選擇更優支承輥材質是提高支承輥性能的首要措施。
立式支承輥感應加熱差溫淬火機床是由北京機電研究所自主設計，并為中冶陜壓重工設備有限公司專門制造，享有獨立知識產權。該機床處理工件范圍：支承輥總長度為6000mm，直徑為φ800~φ1680mm，輥身長度為780~2500 mm，質量≤60t，淬硬層深為30~118mm。
1.支承輥感應加熱設計理念
感應加熱技術在機械加工中已經得到普遍的應用，但是低頻大功率電源在熱處理方面應用很少，此次運用低頻大功率做支承輥感應加熱，是感應熱處理技術的重大突破，此項應用為感應熱處理提供了一個新的技術平臺。
利用Visual Basic軟件封裝ANSYS，結合變化參數對支承輥感應加熱的溫度場進行了仿真分析。對支承輥材料的感應加熱溫度場進行了數值模擬分析，從而推出支承輥加熱過程的相關數據，包括感應器的設計、加熱工藝的制定以及磁場強度和磁場的分布狀態。
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展開 Maxwell仿真結果問題，磁流變液仿真結果與B-H曲線關系？結果的材料磁感應強度大于bh曲線最大值
我做的Maxwell磁流變液的仿真，自己設置磁流變液的材料，只是添加了B-H曲線，其他都默認，其中B-H曲線顯示最大磁感應強度也不過0.05T。然后用線圈產生磁場看看 磁流變液的磁感應強度大小，通電1A*350匝的情況下磁流變液磁感應強度最大竟然能有0.25T？？？ 這個結果正確嗎，材料的B-H曲線最大才0.05T呀， 真的能得到0.25T?
設計仿真 | 齒輪感應加熱熱處理綜述
01
概述
OVERVIEW
對于齒輪的感應加熱熱處理過程，本文通過循環對稱齒輪模型的感應加熱案例簡單介紹Marc的相變熱處理仿真方法和流程。
循環對稱模型仿真須滿足模型結構和邊界條件都遵循循環對稱條件，從而在很大程度縮減模型規模、簡化模型，減少求解時間和內存需求，實現更精細的網格，更詳細地研究模型。
在整體齒輪簡化為循環對稱的模型后，進行感應加熱，淬火連續工藝過程仿真，發現齒輪淬火導致奧氏體向馬氏體的轉換，從而在相變區域獲得更好的材料性能；但也會在齒輪內部引入各種殘余應力，從而改變其機械性能。
02
模型建模細節
Model modeling details
齒輪有18個齒，采用循環對稱只建立一個齒牙，再進行厚度方向對稱定義，然后進行有限元網格劃分。感應加熱階段，電磁線圈內定義150kHz頻率的1200A感應電流進行齒輪加熱，加熱時間2s，然后關閉感應線圈，進行淬火冷卻，冷卻時間7s內。
展開 玩具熊制作過程中的電磁感應加熱仿真 ￥500
<p>本案例建立了一電磁感應加熱裝置，基于COMSOL軟件模擬了玩具熊制作過程中的電磁感應加熱過程，幾何模型如圖1所示。仿真結果如圖2所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/c56395adfdc648d499ba30783ae4df9c.png" alt="Untitled31.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖1 幾何模型</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/15e33f57252c4a27bde1c88a8cea9746.png" alt="Untitled32.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>電磁場分布</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/d67d0fbcaa8f41998b375f893ed5367a.png" alt="Untitled33.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>玩具熊的電磁感應加熱制作過程</strong></p><p>感興趣的朋友可以下載模型，歡迎交流合作</p>
展開 變壓器瞬態仿真感應電壓的波形
第三根導線同樣的電流，方向為negative
2.第一根和第四根為副變線圈，給的電流為0
最后仿真出來，winding2的感應電壓波形為0，望高手幫忙看下，問題出在什么地方。原文件見附件;
3.在transient下，材料是否可以設置成非線性？我附件中的鐵心用的是相對磁導率為常數的線性材料。
transient.rar
變壓器瞬態仿真感應電壓的波形
做了一個簡單的變壓器模型，具體模型見附件
我想在瞬態下面計算看看，副變線圈的感應電壓的波形
1.我給了原變左邊線圈的電流為：100*sin(314*Time) 就是圖上第二根導線，方向為postive. 第三根導線同樣的電流，方向為negative
2.第一根和第四根為副變線圈，給的電流為0
最后仿真出來，winding2的感應電壓波形為0，望高手幫忙看下，問題出在什么地方。原文件見附件
3.在transient下，材料是否可以設置成非線性？我附件中的鐵心用的是相對磁導率為常數的線性材料。
transient.rar
