مطالعه تجربی و شبیه سازی المان محدود فرایند گرمایش القائی برای قطعات استوانه ای و مکعب مستطیلی

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 می شود. 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 می شود. علت اصلی گرم شدن قطعات فلزی، بوجود آمدن جریانهای گردابی و پسماند مغناطیسی در آن ها می باشد. 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. نرم افزار انسیس از جمله نرم افزارهایی است که برای حل مسائل پیچیده از روش اجزاء محدود استفاده می کند. 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 می باشد. 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 می کنند 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 می شود کمترین بازده گرمایی را دارند. یکی از عومل ایجاد کننده گرمایش غیر یکنواخت قطعات استوانه ای شکل، وجود سوراخ هایی بر روی آن ها می باشد. طبق نتایج بدست آمده هرچه قطر سوراخ بیشتر شود، بیش گرمایش بیشتری در ناحیه محیط سوراخ بوجود می آید. هم چنین هرچه فاصله سوراخ تا لبه قطعه کار کمتر باشد، بیش گرمایش بیشتری در ناحیه بین سوراخ و لبه قطعه کار مشاهده می شود.