Skip to main content
SUPERVISOR
Abbas Ghaei,Alireza Fadaei Tehrani
عباس قائی (استاد راهنما) علیرضا فدائی تهرانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mehrdad Tavoosi yang abadi
مهرداد طاوسی ینگ آبادی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1389

TITLE

Experimental Study and Finite Element Simulation of Induction Heating Process for Cylindrical and Rectangular Prismatic Parts
Induction heating is a non-contact method of heating for electric conductive parts that can absorb energy from an alternating magnetic field. The magnetic field is usually created through a coil surrounding the workpiece. The alternating magnetic fieldinduces eddy currents in the part which are dissipated into heat. This heating method because of its speed, accuracy and control capability is very useful for manufacturing industries and also has high efficiency compared to other methods. Induction heating is used for melting, hardening, heat treatment and welding metal parts. In this thesis, the induction heating process was simulated using ANSYS commercial finite element package. To ensure the accuracy of the results of computer simulations, some experimental tests were conducted for a few parts. Thus, an induction hardening machine with a power of 55 kW and a frequency of 66 kHz was used.In order to heat up the parts, a number of copper induction coils were built and connected to the induction hardening machine. A thermography camera was used to measure the surface temperature and obtain the heat distribution of workpiece.Thermography camera used was able to continuously measure the temperature from zero to 1500 degrees Celsius. A comparison between the simulation and experimental results revealed that the two sets of results are in good agreement. The effects of various process parameters on the distribution of workpiece temperature were also studied. These parameters include the coil cross-section, the coil-workpiece gap, workpiece hole. The results showed that the cross section of induction coil had a considerable effect on the efficiency of the induction heating process. According to the results, assuming a uniform gap distance, rectangular and triangular shaped induction coils had the highest thermal efficiency and circular shaped induction coil, which is commonly used in the industry, had the lowest thermal efficiency. One of the main causes of non-uniform heating of cylindrical part is due to the presence of holes. According to the results, a large amount of heat is generated around the hole as the hole diameter increases. Also, by decreasing the distance between the hole and the workpiece edge, a more heat is generated in the part. Keywords : Induction heating , induction hardened , induction coil , magnetic flux concentrator , ANSYS software
گرمایش القایی یک روش غیر تماسی برای گرمایش قطعات رسانای برقی است که بتوانند از یک میدان مغناطیسی متناوب انرژی جذب کنند. این میدان مغناطیسی توسط کویل های القایی در پیرامون قطعات ایجاد می‌شود. این روش گرمایشی به خاطر سرعت، دقت و قابلیت کنترلی که دارد برای صنایع تولیدی بسیار سودمند است و راندمان بالایی را در بین روشهای دیگر به خود اختصاص داده است. از گرمایش القایی برای ذوب، سخت کاری، عملیات حرارتی و جوشکاری قطعات فلزی استفاده می‌شود. علت اصلی گرم شدن قطعات فلزی، بوجود آمدن جریانهای گردابی و پسماند مغناطیسی در آن ها می‌باشد. در این پایان نامه سعی شده است که فرایند گرمایش القایی را با دقت و صحت کافی به صورت کامپیوتری و با استفاده از نرم افزار المان محدود انسیس شبیه سازی کرد. نرم‌افزار انسیس از جمله نرم‌افزارهایی است که برای حل مسائل پیچیده از روش اجزاء محدود استفاده می‌کند. برای اطمینان از صحت نتایج بدست آمده از شبیه سازی های کامپیوتری، تعدادی آزمایشات عملی و تجربی بر روی قطعات طراحی شده انجام شد. بدین منظور از یک دستگاه سختکاری القایی با توان 55 کیلووات و فرکانس 66 کیلوهرتز استفاده شده است. برای گرمایش قطعات طراحی و ساخته شده، تعدادی کویل های القایی مسی طراحی و ساخته شده و بدستگاه سختکاری القایی متصل گردیدند. توسط این کویل ها میدان های مغناطیسی در اطراف قطعه کار بوجود آمده و در نهایت باعث القای جریا ن های گردابی در قطعه کار می شود. درآزمایشات عملی از یک دوربین ترموگرافی برای سنجش دمای قطعات و بدست آوردن توزیع حرارتی سطح آن ها استفاده شده است. دوربین ترموگرافی استفاده شده قابلیت اندازه گیری پیوسته دما در بازه صفر تا 1500 درجه سانتیگراد را دارا می باشد. مقایسه نتایج حاصل از آزمایشات عملی با نتایج شبیه سازی های کامپیوتری بیان کننده این نکته است که این نتایج مطابقت خوبی با یکدیگر دارند و نتایج شبیه سازی های کامپیوتری از دقت لازم برخوردار می‌باشد. در این پایان نامه تعدادی از عوامل مهمی که در فرایند گرمایش القایی دخیل هستند شبیه سازی شدند و تاثیر تغییرات این پارامترها بر روی توزیع حرارتی قطعه کار بررسی شدند. نتایج بدسست آمده در این پروژه بیان می‌کنند که سطح مقطع کویل القایی بر روی راندمان فرایند گرمایش القایی اثرگذار است، بر طبق نتایج با فرض فاصله گپ یکسان، کویل های مستطیلی و مثلثی شکل بیشترین بازده گرمایی و کویل دایره ای که اکثرا در صنعت از آن استفاده می‌شود کمترین بازده گرمایی را دارند. یکی از عومل ایجاد کننده گرمایش غیر یکنواخت قطعات استوانه ای شکل، وجود سوراخ هایی بر روی آن ها می‌باشد. طبق نتایج بدست آمده هرچه قطر سوراخ بیشتر شود، بیش گرمایش بیشتری در ناحیه محیط سوراخ بوجود می‌آید. هم چنین هرچه فاصله سوراخ تا لبه قطعه کار کمتر باشد، بیش گرمایش بیشتری در ناحیه بین سوراخ و لبه قطعه کار مشاهده می‌شود. کلمات کلیدی: 1- گرمایش القایی 2- سختکاری القایی 3- کویل القایی 4- متمرکز کننده شار مغناطیسی 5- نرم افزار انسیس

ارتقاء امنیت وب با وف بومی