Neue Anwendungsbereiche numerischer Simulation beim induktiven Randschichthärten mit Feldkonzentratoren*
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D. Schlesselmann
Kurzfassung
In diesem Artikel werden zwei Neuerungen bei der numerischen Simulation von induktiven Randschichthärteprozessen vorgestellt, welche bei schwierigen Fragestellungen als unterstützendes Werkzeug zur Prozessauslegung verwendet werden können. Zum einen wird ein 3-D-Modell für die Simulation beim Vorschubhärten komplexer Bauteile gezeigt. In diesem Fall steht das Konzept der Modellierung im Fokus. Für einen Härteinduktor mit einer sehr aufwendigen Bestückung an Feldkonzentratoren, welcher beim Härten von Großlager-innenringen zum Einsatz kommt, wird die Anwendung beispielhaft demonstriert. Es wird gezeigt, dass das Modell durch den Vergleich von Simulationsergebnissen und Experimenten verifiziert werden konnte. Zum anderen wird ein inverses, numerisches Berechnungsverfahren vorgestellt, welches sich auf die Verwendung von Optimierungsalgorithmen stützt. Ausgehend von einem Härteprofil wird dabei auf die Abmessungen und die Position des Induktors relativ zum Werkstück sowie die elektrischen Parameter zurückgeschlossen. Anhand des Beispiels einer Hohlwelle wird gezeigt, dass mithilfe dieses Ansatzes eine effektive Prozessauslegung erfolgen kann.
Abstract
In this article, two innovations for the simulation of inductive surface hardening processes are introduced. It is shown that numerical simulation is a valuable tool to support the process design of challenging problems. First, a 3 D model for the simulation of scan hardening processes for complex work pieces is presented. The focus in this section is on the concept of modelling. As an example, its application is shown for an inductor with a complex distribution of flux concentrators. The inductor is used for hardening an inner ring of a large bearing. By comparing the results of the simulation with experiments, the model is verified. In the second part of the paper, an inverse numerical calculation approach is introduced, which uses optimization algorithms. Based on the hardening pattern of a work piece, the dimensions and position of the inductor in relation to the work piece as well as the electrical parameters are calculated. A hollow shaft is presented as an example to show that effective process design is possible with the help of this approach.
Literatur
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