Simulation of induction tempering process of carbon steel using finite element method

Zabett, Ahad; Azghandi, S.H. Mohamadi

doi:10.1016/j.matdes.2011.10.052

Cited by 25 publications

(6 citation statements)

References 15 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Order By: Relevance

“…This hypothesis impacts on the accuracy of predicted temperatures, where the authors found an average error of 17.65 %, with higher values at the end of the heating stage. A coupled twodirectional electromagnetic-thermal analysis of a moving inductor was presented by Zabett et al [10] and Schlesselmann et al [11], finding a very good agreement between experimental and calculated temperatures in both cases.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 89%

A semi-analytical coupled simulation approach for induction heating

Areitioaurtena

Segurajauregi

Akujärvi

et al. 2021

Adv. Model. and Simul. in Eng. Sci.

View full text Add to dashboard Cite

The numerical simulation of the induction heating process can be computationally expensive, especially if ferromagnetic materials are studied. There are several analytical models that describe the electromagnetic phenomena. However, these are very limited by the geometry of the coil and the workpiece. Thus, the usual method for computing more complex systems is to use the finite element method to solve the set of equations in the multiphysical system, but this easily becomes very time consuming. This paper deals with the problem of solving a coupled electromagnetic - thermal problem with higher computational efficiency. For this purpose, a semi-analytical modeling strategy is proposed, that is based on an initial finite element computation, followed by the use of analytical electromagnetic equations to solve the coupled electromagnetic-thermal problem. The usage of the simplified model is restricted to simple geometrical features such as flat or curved surfaces with great curvature to skin depth ratio. Numerical and experimental validation of the model show an average error between 0.9% and 4.1% in the prediction of the temperature evolution, reaching a greater accuracy than other analyzed commercial softwares. A 3D case of a double-row large size ball bearing is also presented, fully validating the proposed approach in terms of computational time and accuracy for complex industrial cases.

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 89%

A semi-analytical coupled simulation approach for induction heating

Areitioaurtena

Segurajauregi

Akujärvi

et al. 2021

Adv. Model. and Simul. in Eng. Sci.

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…In [3], a systematic refinement of mathematical modeling of induction heating based on the finite element method is considered, including specific issues of using the ANSYS complex in modeling induction heating and induction hardening processes. The TECHNOLOGY AUDIT AND PRODUCTION RESERVES -№ 4/1(48), 2019 ISSN 2226-3780 study [4] refines the behavior of carbon steels in modeling induction hardening. In [5], the results of a test study of induction heating of a cylindrical workpiece of a bearing ring based on the finished element method in the relationship of Maxwell's equations and the heat conduction problem are presented.…”

Section: Research Of Existing Solutions Of the Problemmentioning

confidence: 99%

Development and optimization of technology and modernization of forging line for bearing rings

Girshfeld¹,

Simson

2019

TAPR

View full text Add to dashboard Cite

Об'єктом дослідження є ковальська лінія Л-408 (Україна) для виробництва заготовок кілець залізничних підшипників. Ця лінія встановлена на Харківському підшипниковому заводі (Акціонерне Товариство «ХАРП», Україна) та складається з ділянки індукційного розігріву КІН 750, гідравлічного три-позиційного преса П-2038А та кільце-розкочувальної установки КПС 250. За результатами технічного аудиту лінії виявлено, що КІН 750 було вироблено на застарілій апаратній базі й він має більш низький ККД. Крім того, відсутність можливостей управління потужністю та частотою в процесі розігріву не дає можливості оптимізувати процес за витратами електроенергії. Також преси всіх шістьох ліній працюють від однієї гідравлічної насосної станції, що викликає її свідомо неефективну роботу при використанні лише частини лінії. Окрім того, принцип роботи преса П-2038А за відсутністю системи управління гідравлічним тиском у виконавчих органах преса не дозволяє реалізувати оптимальне управління гідронасосами за критерієм мінімуму електроенергії, що споживається. В ході дослідження основним методом математичного моделювання індукційного нагріву заготовки та ковальських операцій обрано метод скінчених елементів. Розроблена й виготовлена нова система індукційного нагріву має безсумнівні переваги перед існуючою раніше лінією індукційного нагріву, оскільки виконана на сучасній елементній базі й має можливості програмного управління потужністю в процесі нагріву. Виконана модернізація преса з автономною насосною станцією потужністю 132 КВт (замість центральної станції потужністю 900 КВт). Використання кінетичної енергії повзуна й траверс надає радикального зниження енергоспоживання, особливо в умовах роботи декількох або тим більш однієї з шести ковальських ліній Л-408. Математичні моделі й численні методи, розроблені для моделювання керованого індукційного розігріву заготовок та об'ємно-пресових операцій, довели свою ефективність при розрахунку й оптимізації конструктивних та режимних параметрів гаряче-ковальської лінії. Отримані за допомогою математичного моделювання ефекти повністю були підтверджені при натурних випробуваннях, а власне значення температур та тиску незначним чином відрізнялись від результатів вимірів. Ключові слова: індукційний нагрів, гідравлічний прес, гаряча формовка, взаємопов'язана мульти-фізічна задача, термопластичне деформування, метод кінцевих елементів.

show abstract

“…Because the spline is composed of 12 teeth, and thanks to the circular symmetry, only one twelfth of the spline is studied by simulation. This will shorten the calculation time and the software efforts to give precise results [5] [6] [7] [8] [9]. The materials used in the simulation were air for the surroundings, cooper for the coil, and AISI 4340 steel for the spline.…”

Section: D Modelling Developmentmentioning

confidence: 99%

Scanning Based Induction Heating for AISI 4340 Steel Spline Shafts-3D Simulation and Experimental Validation

Hammi¹,

Ouafi²,

Barka³

et al. 2017

AMPC

View full text Add to dashboard Cite

This paper presents an investigation of non-stationary induction heating process applied to AISI 4340 steel spline shafts based on 3D simulation and experimental validation. The study is based on the knowledge, concerning the form of correlations between various induction heating parameters and the final hardness profile, developed in the case of stationary induction heating. The proposed approach focuses on analyzing the effects of variation of frequency, power and especially scanning speed through an extensive 3D finite element method simulation, comprehensive sensitivity study and structured experimental efforts. Based on coupled electromagnetic and thermal fields analysis, the developed 3D model is used to estimate the temperature distribution and the hardness profile. Experimentations conducted on a commercial dual-frequency induction machine for AISI 4340 steel splines confirm the feasibility and the validity of the proposed modelling procedure. The 3D model validation reveals a great concordance between simulated and measured results, confirms that the model can effectively be used as framework for understanding the process and for assessing the effects of various parameters on the hardening process quality and performance and consequently leads to the most relevant variables to use in an eventual hardness profile prediction model.

show abstract

Simulation of induction tempering process of carbon steel using finite element method

Cited by 25 publications

References 15 publications

A semi-analytical coupled simulation approach for induction heating

A semi-analytical coupled simulation approach for induction heating

Development and optimization of technology and modernization of forging line for bearing rings

Scanning Based Induction Heating for AISI 4340 Steel Spline Shafts-3D Simulation and Experimental Validation

Contact Info

Product

Resources

About