SIMULACION DE CALENTAMIENTO POR INDUCCION EN COMPONENTES AUTOMOTRICES

Mechanical APDL 14.5

Co inversión entre

QUIMMCO y Meritor

Seis unidades

de manufactura

1,810

Empleados

Fundado en 1975

Mayor cantidad de ejes ensamblados para NAFTA

+2.1millones de

componentes

manufacturados.

+145,000 Ejes

+458,000 Frenos

(Basado en 2012)

+85,000 unidades ensamblados

con nuestros ejes (Dato 2012)

Procesos

Maquinados de

alta precisión

Ensamble

Tratamientos

térmicos

Clientes

SOP 2015

Ensamble

Tratamiento térmico Recocido Ciclico

Normalizado Revenido Temple por inducción Prensas de temple Carburizado

Maquinados Fresado Torneado Rectificado Taladrado Corte Brochado

Soldadura Celda robotizada (CLOOS & Motoman)

Introducción

• El calentamiento por inducción es el proceso de calentar un material conductor por inducción electromagnética, donde las corrientes parásitas se generan dentro del metal y la resistencia produce el calor dentro del mismo. Un sistema de calentamiento por inducción consta de un inductor, a través del cual se hace pasar una corriente de alta frecuencia alterna (CA). La frecuencia de CA que se utiliza depende del tamaño del objeto, tipo de material, acoplamiento (entre la bobina de trabajo y el objeto a ser calentado) y la profundidad de penetración.

Objetivo

Simular el proceso de calentamiento por inducción en un componente automotriz.

Objetivos específicos

• Generar modelo electromagnético en ANSYS.

• Acoplamiento de los resultados obtenidos del modelo electromagnético a un modelo térmico.

• Validación del modelo mediante evaluación experimental.

Aplicación

• El husillo es un componente que es ensamblado en los extremos de la funda de los ejes traseros, sirve como soporte para los rodamientos que realizan la rotación de las ruedas del camión.

• El husillo es templado por inducción en las zonas que soportan los baleros para evitar desgaste prematuro del componente.

Imagen .Componente husillo ,diametros de balero (verde).

Imagen .Componente funda de eje trasero.

Modelación

El sistema global de ecuaciones electromagnéticas utilizadas para derivar la distribución del campo magnético se basa en las ecuaciones de Maxwell que son combinadas con las relaciones constitutivas que introducen las propiedades electromagnéticas del material:

La resolución del problema electromagnético se utiliza para calcular la energía térmica generada durante el calentamiento por inducción (Q ind).

El análisis térmico se acopla con el problema electromagnético. El modo de transferencia de calor por conducción es el mecanismo mas importante durante el calentamiento por inducción.

Propiedades consideradas • Acero 1043

Resistividad Permeabilidad Relativa Conductividad Termica

Inductor

Aire

µ σ 2.5e-6

1.3e+16 1

1

Metodología • Modelo Electromagnético

Consideraciones:

Modelo 2D axisimétrico

Husillo: 19,000 elementos

Inductor: 7,000 elementos

Aire:230,000 Elementos

Condiciones frontera:

• Flujo de corriente J (A/m2)

• Frecuencia (Hz)

Inductor

Husillo

Aire

J

Resultados de simulación:

• Campo magnético

• Flujo de calor (Efecto Joule)

Metodología • Modelo Térmico

Consideraciones:

Modelo 2D axisimétrico

Husillo: 19,000 elementos

Condiciones Iniciales:

T=30°C

Condiciones frontera:

Convección en aire

Resultados de simulación:

• Temperaturas (°C)

Husillo

Qind

Parámetros de proceso

Dureza

Transformación de fase (Martensita).

• inductor (geometría).

• Pieza (geometría).

• Distancia inductor-pieza.

Tiempo de calentamiento=50 seg.

Resultados

CAMPO MAGNETICO TEMPERATURA

Comparativo de temperaturas cámara termográfica vs simulación

14 seg. 32 seg.

Trabajo futuro

1 2 3

6 5 4

7

DISEÑO DE INDUCTOR

Intensidad de campo magnético

Conclusiones

• Es posible simular el proceso de calentamiento por inducción, acoplando los resultados obtenidos.

• La simulación mediante ANSYS proporciona información muy valiosa para el diseño de inductores basado en el ajuste de la corriente y patrones de calentamiento deseados.

• La simulación representa una herramienta poderosa para entender como se distribuye la corriente en el componente y como afecta a la energía generada en el proceso de calentamiento.

• La simulación permite reducir tiempos de desarrollo , así como las pruebas físicas mediante «prueba y error».