棒材鍛前感應(yīng)加熱數(shù)值模擬及電熱特性分析.pdf

1、感應(yīng)加熱是利用工件中渦流的焦耳效應(yīng)將工件加熱，這種加熱方式具有效率高、控制精確、污染少等特點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于鋼坯鍛造生產(chǎn)中。如果坯料心表溫差太大，會(huì)造成坯料內(nèi)產(chǎn)生附加應(yīng)力或組織不均勻，甚至產(chǎn)生裂紋，影響材料的成形工藝和質(zhì)量。如何精確控制輸入功率、加熱時(shí)間、合理優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)及操作參數(shù)，使之在滿足加熱工件各項(xiàng)性能要求的基礎(chǔ)上，有效地提高產(chǎn)品質(zhì)量、加熱效率、節(jié)約資源具有重要的意義。
　　本文根據(jù)感應(yīng)加熱原理，針對(duì)中頻感應(yīng)鍛造爐加熱特點(diǎn)，利

2、用ANSYS有限元軟件，確定了電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型，并確定了求解的邊界條件;根據(jù)模擬計(jì)算結(jié)果，分析了電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)隨加熱時(shí)間的分布規(guī)律，渦流功率密度隨加熱溫度及加熱時(shí)間的變化規(guī)律;其次根據(jù)金屬加熱理論，可以計(jì)算出金屬加熱進(jìn)入正規(guī)期后，加熱時(shí)間與表面溫度的函數(shù)關(guān)系，以此驗(yàn)證所建模型是正確的。
　　利用所建模型，選取不同規(guī)格的棒材進(jìn)行感應(yīng)加熱模擬，對(duì)其加熱特性進(jìn)行了研究。首先，研究了棒材直徑、頻率變化時(shí)，對(duì)電效率、熱效率及電熱效率

3、的影響關(guān)系，得到了在同一感應(yīng)器中加熱不同規(guī)格的棒材所應(yīng)選擇的最佳頻率;其次，研究了棒材直徑、輸入功率變化時(shí)，對(duì)電效率、熱效率及電熱效率的影響關(guān)系，得到了在滿足斷面溫差的條件下所應(yīng)輸入的最大功率;第三，研究了在滿足斷面溫差的情況下，電效率、熱效率、電熱效率隨時(shí)間的變化關(guān)系，得到了合理制定加熱制度的依據(jù)。
　　本文給出了帶有爐襯的棒材感應(yīng)加熱設(shè)備的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)數(shù)值模擬，分析了感應(yīng)加熱的電熱特性，為實(shí)際生產(chǎn)精確控制鍛件斷面溫度分布、提