Материал: Sb99052

Изтеории индукционного нагрева следует, что предельно достижимую равномерность можно достичь в индукторе периодического действия, используя принципы ускоренного нагрева. При этом надо стремиться к тому, чтобы после нагрева в среднем поперечном сечении температура поверхности была равна температуре центра. Такое распределение можно получить в случае режима ускоренного нагрева с перегревом поверхности относительно конечной температуры.

5.2. Исходные данные

Максимальная мощность источника питания – 400 кВт, частота тока – 1 кГц.

Воздушный зазор между заготовкой и футеровкой – минимум 10 мм, толщина футеровки – минимум 10 мм, материал футеровки – шамот («chamotte»).

Материал заготовки – титан («titanium»), температура нагрева – 750 ºС.

5.3. Моделирование в пакете UNIVERSAL 2D

21

5.3.1.Ввод базовых параметров модели

Спомощью пункта меню «Файл → Новый → Статический режим» вы-

бирается периодический (статический) режим работы нагревателя. Затемс помощью пункта меню «Команды → Препроцессор → Загрузка» необходимо задать параметры нагреваемой заготовки. Различные варианты заготовок представлены в табл. 5.1. В поле «Элементов в заготовке» надо задать количество элементов по длине детали, на которые она будет разбиваться при вычислениях(влияетнаточностьивремярасчета). Рекомендуетсявыбратьколичество элементов от 100 до 200.

Спомощью пункта меню «Команды → Препроцессор → Температура»

следует задать начальную температуру заготовки 20 ºС.

Спомощью пункта меню «Команды → Препроцессор → Индукторы»

задать индуктор, в котором будет нагреваться деталь. В начале расчета длину индуктора надо взять равную длине детали. Так как расчет будет производиться в режиме мощности, то количество витков можно задать равное 1.

Далее необходимо задать параметры футеровки с помощью пункта меню

«Команды → Препроцессор → Футеровка». Длину футеровки задать равную длине детали.

Затем с помощью пункта меню «Команды → Препроцессор → Стадии расчета» следует задать две стадии, имитирующие режим ускоренного нагрева с перегревом поверхности.

В первой стадии установить контроль нагрева «Остановка по → Точке» и задать в «Координата R» радиус заготовки, а в «Координата Z»

–половину длины заготовки. В поле «Температура» установить значение 800 ºС. В настройках цепи выбрать режим мощности и ввести максимальную мощность источника питания. «Шаг по времени» можно принять равный 1 с.

Во второй стадии установить контроль нагрева «Остановка по → Точке» и задать в «Координата R» значение 0, а в «Координата Z» – поло-

вину длины заготовки. В поле «Температура» установить значение требуемой температуры нагрева. «Шаг по времени» можно принять равный 0,5 с. В настройках цепи выбрать режим мощности, и проведя серию расчетов, подобрать мощность так, чтобы в среднем сечении заготовки в конце

22

нагрева температуры поверхности и центра были равны требуемой температуре нагрева.

С помощью пункта меню «Команды → Постпроцессор → Отчет → Температуры» открыть отчет о температурных характеристиках во время нагрева и записать теплоперепад по радиусу и по длине, а также вычислить максимальный теплоперепад на основе максимальной и минимальной температуры.

5.3.2. Влияние заглубления детали в индуктор на равномерность температурного поля

Для того чтобы построить зависимость максимального теплоперепада от величины заглубления, следует по методике, описанной ранее, провести ряд расчетов с разным значением заглублений детали в индуктор. Для этого в пункте меню «Команды → Препроцессор → Индукторы» изменить коорди-

наты начала и конца индуктора (в случае заглубления детали координата начала индуктора задается отрицательным числом).

Кроме этого, необходимо построить еще две зависимости предельной равномерности температурного поля от величины заглубления для других условий теплообмена с торцов: отсутствие потерь и заглушки из футеровки.

Для этого в пункте меню «Команды → Препроцессор → Потери» для «Ле-

вой стороны» и «Правой стороны» в первом случае надо убрать галочку «Излучение», а во втором выбрать футеровку и задать ее толщину (10 мм) и материал шамот («chamotte»). После чего повторить расчеты по описанной ранее методике.

5.4.Содержание отчета

1.Название, цель работы.

2.Основные конструктивные характеристики индукционной системы (геометрические размеры загрузки, индуктора и футеровки, число витков

ит. п.).

3.Привести зависимости предельной равномерности температурного поля от величины заглубления для трех условий теплообмена с торцов заготовки.

4.Выводы по работе.

23

Практическое занятие № 6 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕЦИЗИОННОГО НАГРЕВА ТИТАНОВОЙ ЗАГОТОВКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ В ИНДУКТОРАХ

С ВОЗВРАТНО-ПОСТУПАТЕЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ

Цель работы: исследование прецизионного нагрева длинномерной цилиндрической титановой заготовки до температуры 750 °С в установке с воз- вратно-поступательным движением загрузки, с предельной неравномерностью распределения температурного поля по сечению заготовки ±10 °С.

6.1. Основные сведения

Применение установок с возвратно-поступательным движением для нагрева длинномерных заготовок налагает дополнительные требования к индукционной системе. Эти требования обусловлены в первую очередь созданиемравномерныхтепловыхусловийдлявсехточекподлинезаготовкисучетом неодинаковой интенсивности электромагнитного поля. Поэтому исследуемая система условно разделяется на несколько повторяющихся участков с одинаковымраспределениемэлектромагнитногополя. Такимобразом, заодин цикл покачивания каждая точка заготовки должна проходить в одном направлениивнутринагревателярасстояние, равноесуммедлиныиндуктораидлины зоны между индукторами:

Lамп Lинд Lзазор,

где Lамп– амплитуда возвратно-поступательного движения заготовки, Lинд – длина индуктора, Lзазор – длина зазора между индукторами.

Длина индукторови расстояние между ними выбираются из условия нормальной организации перемещения заготовок через весь нагреватель с учетом возможного провисания конца горячей заготовки при нагреве. Кроме того, необходимо учесть, что между индукторами устанавливаются ролики.

Количество повторяющихся секций определяется длиной нагреваемых заготовок, при этом общая длина нагревателя не превышает сумму длины заготовки (максимальной из всей номенклатуры) и значения амплитуды воз- вратно-поступательного движения:

Lнагр Lзаг Lамп,

где Lнагр – общая длина нагревателя, Lзаг – длина максимальной заготовки.

24

6.2. Исходные данные

Номинальное напряжение источника питания – 800 В, максимальная мощность – 400 кВт, частота тока – 1 кГц, индукторы подключены последовательно.

Материал заготовки – титан («titanium»), температура нагрева – 750 ºС, допустимый теплоперепад – 20 ºС.

Воздушный зазор между заготовкой и футеровкой – минимум 10 мм, толщина футеровки – минимум10 мм, материал футеровки – шамот («chamotte»).

Скорость движения заготовки: для четных вариантов – 4 см/с, для нечетных вариантов – 6 см/с.

6.3. Моделирование в пакете UNIVERSAL 2D

6.3.1.Расчет первого этапа ускоренного нагрева

Спомощью пункта меню «Файл → Новый → Непрерывный режим» вы-

бирается режим работы нагревателя.

25