尹延國(guó) 俞建衛(wèi) 王永國(guó) 解 挺 田 明 宋 平

合肥工業(yè)大學(xué),合肥,230009

溫壓模具感應(yīng)加熱溫度場(chǎng)的有限元模擬分析

尹延國(guó) 俞建衛(wèi) 王永國(guó) 解 挺 田 明 宋 平

合肥工業(yè)大學(xué),合肥,230009

基于感應(yīng)加熱理論建立了溫壓模具的感應(yīng)加熱模型,利用ANSYS軟件中的電磁-熱耦合模塊對(duì)模具的加熱過(guò)程進(jìn)行了溫度場(chǎng)的有限元模擬分析,結(jié)果表明模具內(nèi)壁溫度沿縱向分布基本均勻一致,內(nèi)外壁溫差較小。模擬結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果基本吻合,說(shuō)明采用感應(yīng)加熱方法使得模具的整體溫度均勻性好,并易于控制。通過(guò)實(shí)際感應(yīng)加熱溫壓成形試驗(yàn),進(jìn)一步證實(shí)了溫壓感應(yīng)加熱系統(tǒng)的優(yōu)越性。

溫壓;感應(yīng)加熱;集膚效應(yīng);電磁-熱耦合;溫度場(chǎng)模擬

0 引言

鐵基粉末冶金產(chǎn)品性能與其密度關(guān)系密切,當(dāng)密度達(dá)到7.2g/cm3后,其硬度、強(qiáng)度、韌性等都會(huì)隨密度的增加而呈幾何級(jí)數(shù)增大[1]。溫壓技術(shù)是一種有效提高材料密度及性能的新型粉末冶金成形技術(shù),其工藝過(guò)程是將專用粉末與模具分別加熱到一定溫度,并在一定壓力下將粉末壓制成形,再通過(guò)高溫?zé)Y(jié)制得所需的粉末冶金零件,鐵基粉末冶金溫壓零件的密度可高達(dá) 7.2～7.6 g/cm3[2-5]。溫壓加熱系統(tǒng)及裝備是實(shí)現(xiàn)溫壓成形工藝的基礎(chǔ),美國(guó)的Wavemat Incorporation、AbbottFurnace Corporation、M icrowave Material Tech-nologies和瑞典的Linde Metallteknik AB等公司均能生產(chǎn)與溫壓技術(shù)有關(guān)的加熱設(shè)備[1]。國(guó)內(nèi)在溫壓加熱系統(tǒng)及裝備的研究方面還相對(duì)滯后,有華南理工大學(xué)、中南大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)等單位開(kāi)展了這方面的研究,而真正將溫壓成形工藝用于生產(chǎn)的只有揚(yáng)州保來(lái)得粉末冶金有限公司和寧波東睦新材料股份有限公司,他們是從國(guó)外引進(jìn)的溫壓生產(chǎn)線[6]。因此,在國(guó)內(nèi)開(kāi)展適用的溫壓工藝和裝備的研制,有利于促進(jìn)我國(guó)溫壓技術(shù)的發(fā)展。

溫壓系統(tǒng)的加熱方法通常有微波加熱、熱油加熱和電阻加熱等,它們各有優(yōu)缺點(diǎn)。微波加熱溫度均勻,但設(shè)備復(fù)雜、投資高;熱油加熱采用熱油循環(huán)加熱壁面,對(duì)模具及粉末進(jìn)行熱傳導(dǎo)加熱,適用于粉末輸出量較大的情況,但其裝置體積大,油壓系統(tǒng)復(fù)雜,預(yù)熱時(shí)間長(zhǎng);電阻加熱采用電阻發(fā)熱元件加熱壁面,對(duì)模具及粉末進(jìn)行熱傳導(dǎo)加熱,其設(shè)備簡(jiǎn)單,但升溫速度慢[7]。而感應(yīng)加熱技術(shù)具有加熱速度快、熱效率高、無(wú)污染、節(jié)約能源、可局部加熱,以及溫度均勻性好和易于控制等優(yōu)點(diǎn)[8-9],自20世紀(jì)30年代感應(yīng)加熱技術(shù)大量應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)以來(lái),迄今在諸多工業(yè)領(lǐng)域中已顯示出越來(lái)越廣泛的應(yīng)用前景,不過(guò),將感應(yīng)加熱技術(shù)應(yīng)用于溫壓成形工藝的研究還未見(jiàn)報(bào)道。本文在分析溫壓模具常規(guī)加熱方法的基礎(chǔ)上,提出感應(yīng)加熱方法的設(shè)想,采用感應(yīng)加熱方法,通過(guò)模具和電路的合理設(shè)計(jì)與溫壓成形工藝的調(diào)整可以消除磁化現(xiàn)象對(duì)壓制效果的影響[10];通過(guò)感應(yīng)加熱理論的分析,建立了溫壓模具的感應(yīng)加熱模型,運(yùn)用ANSYS軟件對(duì)模具溫度場(chǎng)進(jìn)行了電磁—熱耦合場(chǎng)的有限元模擬,并與實(shí)際溫度檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較分析,在此基礎(chǔ)上運(yùn)用實(shí)際溫壓成形結(jié)果驗(yàn)證了溫壓感應(yīng)加熱系統(tǒng)的優(yōu)越性。

1 模具感應(yīng)加熱分析

1.1 模具感應(yīng)加熱

感應(yīng)加熱就是將工件放置在感應(yīng)加熱線圈之中,利用感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在工件表面形成封閉的渦流電流所產(chǎn)生的熱量快速加熱工件[11]。渦流密度在被加熱體內(nèi)的分布具有集膚效應(yīng)[12],由表及里感應(yīng)電流的大小是按指數(shù)規(guī)律下降和變化的,即可認(rèn)為感應(yīng)電流高度集中在圓柱體工件表面一定深度范圍內(nèi),感應(yīng)加熱所需的熱量主要由這部分電流所提供。渦流的理論透入深度[13]為

模具的感應(yīng)加熱是在模具集膚深度范圍內(nèi)產(chǎn)生渦流的情況下進(jìn)行的。根據(jù)工件材料的不同和輸入電流頻率的不同,集膚深度也各不相同,通常情況下可以將加熱方式分為兩種:一種是表面式(又稱傳導(dǎo)式)加熱;一種是深入式(又稱透入式)加熱。當(dāng)所需的加熱層大于渦流透入深度時(shí),只有透入深度內(nèi)的加熱是感應(yīng)加熱,此深度外的加熱是靠熱傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)的,這種加熱方式屬于表面式加熱。由于熱傳導(dǎo)的作用,加熱層的深度將隨時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷增大。當(dāng)渦流透入深度和所需的加熱層深度相差不大時(shí),就屬于透入式加熱。

以外徑100mm、內(nèi)徑20mm、高度90mm的圓柱形模具為例,根據(jù)模具的各個(gè)參數(shù)及其輸入電流的特性可知,渦流的理論透入深度δ=2.2mm,即模具的厚度遠(yuǎn)大于集膚深度,該模具的感應(yīng)加熱方式屬于傳導(dǎo)式加熱,而且模具內(nèi)部由于磁化現(xiàn)象對(duì)粉末壓制帶來(lái)的影響不大,可以忽略。

加熱過(guò)程中模具加熱到目標(biāo)溫度,所需的功率可用下式計(jì)算:

式中,m為模具質(zhì)量,m=5.293kg;c為模具材料的質(zhì)量熱容,c=0.49k J/(kg? ℃);Δθ/Δt為模具單位時(shí)間內(nèi)的溫升(Δθ/Δt=0.225℃/s,由試驗(yàn)和模擬結(jié)果綜合得出,即在10m in左右能將模具均勻加熱到135℃)。

1.2 模具加熱模型結(jié)構(gòu)分析

鑒于常規(guī)溫壓加熱方法在加熱過(guò)程中難于精確控溫的問(wèn)題,本文將具有精確的加熱深度和加熱區(qū)域,尤其是加熱溫度易于控制的感應(yīng)加熱方法應(yīng)用于溫壓工藝中。在加熱過(guò)程中,模具內(nèi)部各點(diǎn)的溫度分布的均勻性直接影響溫壓產(chǎn)品的性能和質(zhì)量,而模具內(nèi)部各點(diǎn)的溫度分布規(guī)律采用試驗(yàn)的方法很難得出準(zhǔn)確的結(jié)果,因此采用有限元模擬的方法對(duì)模具內(nèi)部的溫度分布進(jìn)行模擬分析。

如圖1所示,對(duì)于圓柱形模具的感應(yīng)加熱問(wèn)題,實(shí)際電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)各物理量在圓周方向都是呈對(duì)稱分布的,假設(shè)模具材料均勻、連續(xù)(各向同性),則實(shí)際的空間三維問(wèn)題可以簡(jiǎn)化為兩維問(wèn)題來(lái)處理?？紤]到模型的對(duì)稱性,只對(duì)模型剖面的1/2進(jìn)行建模。圖2為模具、保溫層、線圈與空氣的有限元模型示意圖。為了確保計(jì)算精度,必須保證在透入深度層內(nèi)至少劃分3至5層的單元,單元類型為PLANE13。同時(shí)為了減小計(jì)算量,模具區(qū)域(A1)越靠近表面網(wǎng)格劃分得越密,網(wǎng)格密度由表面向中心逐漸遞減[14],保溫層區(qū)域(A2)及線圈區(qū)域(A3)采用均勻劃分,而空氣區(qū)域(A4)則采用自由網(wǎng)格劃分。分析過(guò)程中線圈和空氣相對(duì)磁導(dǎo)率均取為1,利用分步計(jì)算方法,電磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)分別采用非線性諧性分析和瞬態(tài)熱分析。

圖1 模具感應(yīng)加熱的實(shí)體模型

圖2 模具感應(yīng)加熱的有限元模型

2 模具溫度場(chǎng)的有限元分析

2.1 感應(yīng)加熱過(guò)程中的溫度場(chǎng)與電磁場(chǎng)模型

感應(yīng)加熱過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理過(guò)程,它包括電磁過(guò)程、電流的熱效應(yīng)和導(dǎo)熱過(guò)程等,其數(shù)學(xué)模型也可根據(jù)問(wèn)題的性質(zhì)分成溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型和電磁場(chǎng)數(shù)學(xué)模型。對(duì)于本文研究的軸對(duì)稱模具的感應(yīng)加熱問(wèn)題,溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型具有軸對(duì)稱性,可簡(jiǎn)化成軸對(duì)稱問(wèn)題進(jìn)行求解。溫度場(chǎng)數(shù)學(xué)模型為[15]

式中,A為矢量磁位;J為已知的電流密度;σ、μ分別為電阻率和磁導(dǎo)率。

2.2 電磁場(chǎng)與溫度場(chǎng)的耦合

ANSYS軟件中,對(duì)于模具材料的物理參數(shù)隨溫度變化而對(duì)電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)分布造成的影響分析,是通過(guò)電磁場(chǎng)分析與熱場(chǎng)分析之間的雙向耦合計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本文使用ANSYS中的物理環(huán)境方法進(jìn)行電磁—熱之間的雙向耦合計(jì)算。對(duì)于感應(yīng)加熱時(shí)模具溫度升高引起的材料導(dǎo)電性、導(dǎo)磁特性的變化,可采用公式法或查表法計(jì)算,本文中的模擬計(jì)算是通過(guò)查表法定義計(jì)算溫度范圍內(nèi)某些溫度的物理參數(shù)值,其他任一點(diǎn)的物理參數(shù)值則由ANSYS自動(dòng)按線性插值計(jì)算。圖3是感應(yīng)加熱電磁—熱耦合計(jì)算流程圖,其中,KXX(θ)表示模具材料隨溫度θ變化的傳熱系數(shù)。在開(kāi)始計(jì)算時(shí)首先根據(jù)輸入的系統(tǒng)參數(shù)對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行分析,將其分析結(jié)果作為熱分析的載荷進(jìn)行模具的瞬態(tài)熱分析,由于溫度的升高會(huì)導(dǎo)致模具材料的電磁場(chǎng)物理性能參數(shù)發(fā)生改變,故在設(shè)定時(shí)間結(jié)束之前ANSYS將根據(jù)模具已加熱到的溫度選擇或插值計(jì)算出對(duì)應(yīng)的參數(shù),重新進(jìn)行諧波磁場(chǎng)分析并進(jìn)行熱分析,此過(guò)程將不斷循環(huán),直到設(shè)定時(shí)間結(jié)束,然后輸出計(jì)算結(jié)果。

圖3 電磁場(chǎng)與溫度場(chǎng)耦合計(jì)算流程圖

該流程采用的物理環(huán)境方法能使材料物理性能參數(shù)隨溫度變化而變化的過(guò)程得到表達(dá),從而使電磁—熱分析耦合的計(jì)算精度得到進(jìn)一步的提高。ANSYS進(jìn)行反復(fù)耦合計(jì)算以后,只可以停留于某一個(gè)物理場(chǎng)下,通常是溫度場(chǎng)。可將分析過(guò)程中所需時(shí)間段的物理量保存在一個(gè)預(yù)先定義的數(shù)組中,以方便查看在感應(yīng)加熱過(guò)程中某一時(shí)刻的電磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)各場(chǎng)量的變化情況以及相互的影響關(guān)系。

2.3 模擬結(jié)果分析

圖4所示為圓柱形模具感應(yīng)加熱10min后的溫度場(chǎng)有限元模擬計(jì)算結(jié)果。從圖4中可以看出,模具外壁部分溫度呈兩端低、中間高的分布狀態(tài),但溫差很小,只有1℃左右;而模腔內(nèi)壁溫度沿縱向分布基本均勻一致,即模具實(shí)際工作部位各點(diǎn)溫度分布均勻;模具中心部位表層至心部的橫向溫度分布呈梯度變化,但內(nèi)外壁溫差較小,表層溫度最高為138.291℃,心部對(duì)應(yīng)的溫度最低為135.411℃,而且靠近模具心部的溫度梯度小、變化平穩(wěn)。上述電感應(yīng)加熱原理表明,感應(yīng)線圈通電時(shí),感應(yīng)磁場(chǎng)的磁力線主要集中在集膚深度的外表層,致使外表層受到大量感應(yīng)磁力線切割作用而產(chǎn)生感應(yīng)電流,所以由感應(yīng)電流產(chǎn)生的熱量作為模具的熱源主要集中在模具外表層,模具內(nèi)部溫度主要是熱傳導(dǎo)作用的結(jié)果,由于模具本身是熱的良好導(dǎo)體,模具外表層的熱量會(huì)迅速向模具心部傳遞,因此內(nèi)外壁溫差較小(低于3℃),同時(shí),在使用智能自整定PID調(diào)節(jié)控制儀控制模具溫度時(shí),一旦模具心部溫度達(dá)到設(shè)定溫度,感應(yīng)線圈斷電,模具表層的加熱源立即消失,不會(huì)因模具內(nèi)外壁溫差大而發(fā)生嚴(yán)重的溫度過(guò)沖現(xiàn)象,從而使溫壓溫度能夠得到精確的控制。

圖4 模具內(nèi)部溫度場(chǎng)分布

模具感應(yīng)加熱試驗(yàn)的溫度由熱電偶直接測(cè)量并由智能自整定PID調(diào)節(jié)控制儀讀取數(shù)據(jù),測(cè)量模具中心部位的溫度時(shí),沿圓周方向均布10支熱電偶孔,熱電偶孔位置分布如圖5所示,可由熱電偶隨時(shí)測(cè)量各孔底部位置的溫度,內(nèi)外表面溫度由熱電偶直接測(cè)量,測(cè)量模具中心以外區(qū)域溫度的熱電偶孔與中心部位類似布置。

圖5 模具中心部位沿圓周方向均布的熱電偶孔位置

圖6所示是距模具頂端45mm處模具中心部位溫度沿徑向分布的模擬結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果,可以看出,模擬結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果基本一致,兩曲線沿半徑方向的變化平緩而連續(xù)。進(jìn)一步比較可知,在感應(yīng)加熱熱量由模具的外壁傳遞到接近模具壁厚中間位置的過(guò)程中,由于在有限元模擬過(guò)程中始終忽略模具對(duì)外輻射所產(chǎn)生的熱量,而且熱電偶是以表面接觸式與模具相連,同時(shí)實(shí)際所用的熱電偶的反應(yīng)靈敏程度有限,因此會(huì)存在試驗(yàn)數(shù)值比模擬數(shù)值偏小的結(jié)果;在由模具壁厚的中間位置向內(nèi)壁傳遞熱量的過(guò)程中,對(duì)外輻射作用相對(duì)已經(jīng)很小,則熱量損失減小,在加熱到目標(biāo)溫度后模具溫度會(huì)發(fā)生輕微的過(guò)沖現(xiàn)象,因此反映出試驗(yàn)數(shù)值相對(duì)較大的結(jié)果。綜合圖4和圖6的結(jié)果,溫壓模具采用感應(yīng)加熱時(shí),模具內(nèi)壁溫度沿縱向分布基本一致,模具表層至心部的橫向溫度分布變化平緩連續(xù),溫差較小,即模具整體受熱均勻,易于控制,充分體現(xiàn)出了溫壓感應(yīng)加熱的優(yōu)越性。在模具受熱均勻的狀態(tài)下進(jìn)行粉末壓制,可以使溫壓產(chǎn)品的各項(xiàng)性能得到嚴(yán)格保證;同時(shí),還可提高模具的使用壽命。

圖6 模具中心圓環(huán)沿徑向分布的溫度曲線

在相同控溫設(shè)置、相同保溫效果和加熱功率條件下,分別采用感應(yīng)加熱和電阻加熱使模具內(nèi)壁溫度達(dá)到所設(shè)定目標(biāo)溫度,溫度隨時(shí)間的變化曲線如圖7所示,可以看出,感應(yīng)加熱時(shí),模具升溫較快,9min左右模具內(nèi)壁溫度達(dá)到設(shè)定值135℃,內(nèi)壁溫度到達(dá)設(shè)定值后,沒(méi)有明顯過(guò)沖,很快穩(wěn)定下來(lái),目標(biāo)溫度易于控制,與模擬分析相符;電阻加熱時(shí),初始階段模具升溫緩慢,5min后模具升溫速率有所提高,但仍比感應(yīng)加熱慢,24min左右時(shí)模具內(nèi)壁溫度才達(dá)到135℃設(shè)定值,由于達(dá)到135℃設(shè)定值時(shí),電阻加熱器斷電后仍有一定熱量向模具傳遞,使得模具內(nèi)壁溫度到達(dá)設(shè)定值后會(huì)有一定的過(guò)沖,隨后才慢慢穩(wěn)定下來(lái),可見(jiàn)電阻加熱速度慢,而且需要一定的穩(wěn)定時(shí)間,為達(dá)到快速精確控溫,則需要增加電阻加熱功率、增加試驗(yàn)調(diào)試時(shí)間和提高控制電路設(shè)計(jì)等級(jí)等。

圖7 模腔內(nèi)壁溫升曲線

3 粉末壓制試驗(yàn)結(jié)果分析

表1是鐵基材料的粉末冶金成形試驗(yàn)的密度結(jié)果,溫壓成形時(shí),模具內(nèi)壁溫度為135℃,粉末溫度分別為85℃和90℃。試驗(yàn)是采用WE-600壓機(jī)并在750M Pa的壓力下完成的,試樣燒結(jié)溫度均為1060℃,燒結(jié)時(shí)間為3h,氨分解氣氛保護(hù)。用排水法測(cè)量生坯密度和燒結(jié)件的密度,并采用HR-150A洛氏硬度計(jì)測(cè)量試樣的表觀硬度。從表1可以看出,常溫壓制時(shí)所得試樣的生坯平均密度較低,為7.118g/cm3,而溫壓成形時(shí),無(wú)論是采用感應(yīng)加熱還是電阻加熱,都明顯提高了鐵基粉末材料的壓坯密度,與電阻加熱方法相比,采用感應(yīng)加熱方法所得鐵基材料的生坯密度更高。表2是相應(yīng)成形過(guò)程中的脫模力和燒結(jié)件的硬度指標(biāo),從中可以看出,感應(yīng)加熱時(shí)的脫模力比電阻加熱和常溫壓制時(shí)的脫模力有了明顯的減小,燒結(jié)件的硬度隨著密度的增加而提高。

表1 鐵基材料的溫壓試驗(yàn)密度結(jié)果

表2 脫模力及試樣的性能比較

由以上模具感應(yīng)加熱模擬分析和試驗(yàn)結(jié)果可知,采用感應(yīng)加熱方法時(shí),模具模腔的整體溫度均勻性提高,同時(shí)模具模沖在壓制過(guò)程中溫度分布均勻且易于控制,在粉末溫度均勻一致的前提下,將有利于粉末顆粒的重排和均勻的塑性變形,使得生坯密度得到進(jìn)一步提高,而且生坯各點(diǎn)的密度均勻性好,脫模過(guò)程中由于生坯密度均勻,由彈塑性變形導(dǎo)致的應(yīng)力較小,因而使得生坯的脫模力也得以減小,脫模力的減小又使試樣的外觀質(zhì)量和模具的壽命得到了提高,這些都體現(xiàn)了粉末冶金溫壓感應(yīng)加熱系統(tǒng)的優(yōu)越性。

4 結(jié)論

(1)采用感應(yīng)加熱技術(shù)加熱粉末冶金溫壓模具,加熱速率快、溫度均勻,本文條件下,模擬結(jié)果表明模具內(nèi)壁溫度沿縱向分布基本均勻一致,內(nèi)外壁溫差小于3℃,模擬結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果基本吻合,感應(yīng)加熱具有溫度分布均勻并易于控制的特點(diǎn)。

(2)鐵基材料的感應(yīng)加熱溫壓試驗(yàn)表明,壓制材料密度高,硬度也相應(yīng)提高,而壓坯脫模力有明顯減小,感應(yīng)加熱粉末冶金溫壓技術(shù)可行,與電阻加熱方法相比具有優(yōu)越性。

[1] 彭元東,易健宏,葉途明,等.溫壓工藝的研究進(jìn)展[J].粉末冶金材料科學(xué)與工程,2006,11(3):5-8.

[2] 肖志瑜,陳平,李元元.粉末冶金高致密化的新途徑[J].材料導(dǎo)報(bào),2003,17(11):5-8.

[3] 齋藤滋之,巖切誠(chéng),加賀谷剛.金型潤(rùn)滑成形法と溫間成形法を組み合わせた高密度化手法による焼結(jié)材の特性[J].日立粉末冶金テクニカルレポート,2003(2):28-33.

[4] 上田勝?gòu)?町田輝史,巖切誠(chéng),等.鉄系圧粉體の高密度化に及ぼす粉末潤(rùn)滑剤と成形溫度の影響[J].日立粉末冶金テクニカルレポート,2002(1):24-31.

[5] Lung C Y,Fan K C,Mou J,et al.Development of a Powder Warming Compacting Machine w ith an Electrical Heating System[J].Pow der Technology,2002,127:267-273.

[6] 劉華,邵明,陳維平,等.分級(jí)電阻式粉末冶金溫壓加熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù),2004,23(3):341-343.

[7] 李元元,徐錚,倪東惠.產(chǎn)業(yè)化溫壓設(shè)備中的加熱系統(tǒng)[J].粉末冶金工業(yè),2000,10(6):14-18.

[8] 肖新棉.感應(yīng)加熱線圈中的電磁場(chǎng)[J].武漢水利電力大學(xué)學(xué)報(bào),1996,29(6):83-86.

[9] 馬建平,段紅文,張麗芳.電源頻率和功率在透熱感應(yīng)加熱中的選擇[J].金屬熱處理,2004,29(11):71-74.

[10] Shokrollahi H,Janghorban K.Effect of Warm Compaction on the Magnetic and Electrical Properties of Fe-based Soft Magnetic Composites[J].J.Magn.Magn.Mater.,2007,313:182-188.

[11] 約翰戴維斯.感應(yīng)加熱手冊(cè)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1985.

[12] 金曉昌.感應(yīng)加熱技術(shù)中的趨膚效應(yīng)[J].武漢化工學(xué)院學(xué)報(bào),1995,17(4):65-68.

[13] 姜建華,鄭華毅.厚壁筒形工件連續(xù)感應(yīng)熱處理有限元模擬[J].材料熱處理學(xué)報(bào),2002,23(2):43-48.

[14] 儲(chǔ)樂(lè)平,馬駿,劉玉君,等.鋼板感應(yīng)加熱機(jī)理及電磁 —熱耦合場(chǎng)的數(shù)值模擬[J].中國(guó)造船,2005,46(1):98-105.

[15] 王璋奇,范孝良,張文建.管道感應(yīng)加熱的計(jì)算機(jī)模擬[J].華北電力大學(xué)學(xué)報(bào),1999,26(4):67-70.

Simulation Analysis of Temperature Field in Induction-heating Warm Compaction Mold by Finite Elem entMethod

Yin Yanguo Yu Jianwei W ang Yongguo Xie Ting Tian M ing Song Ping
Hefei University of Technology,H efei,230009

An induction heating modelw as built forwarm com pactionmold based on the induction heating theory.The tem perature field in the w arm com paction mold was analyzed by using electromagnetic-therm al coup ling field of ANSYS software.The results show that the longitudinal temperature distribution along the innerw all of the mold is uniform and the tem perature difference between the outer wall and inner w all of the mold is very sm all.The simu lation results are in good agreem ent with the experim ental results,w hich indicates that the temperature distribution in mold is very uniform by using the induction heating method and it iseasy to control.The practical testproves that the advantages of induction heatingmethod are very obvious.

warm com paction;induction heating;skin effect;electromagnetic-thermal coup ling;tem perature field simu lation

TF301

1004—132X(2011)05—0611—05

2010—04—30

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50975072,51075114)

(編輯 袁興玲)

尹延國(guó),男,1964年生。合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院研究員。主要研究方向?yàn)榉勰┮苯鸺夹g(shù)及新型減摩耐磨材料。獲省部級(jí)科技二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、三等獎(jiǎng)2項(xiàng)。發(fā)表論文60余篇。俞建衛(wèi),男,1956年生。合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院研究員。王永國(guó),男,1980年生。合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院碩士研究生。解 挺,男,1963年生。合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院研究員。田 明,男,1964年生。合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院工程師。宋 平,男,1980年生。合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院碩士研究生。