高周波部門

技術情報

加熱シミュレーション

熱処理後の品質を予測する高周波誘導加熱シミュレーション

  • 高周波誘導加熱シミュレーションにより、熱処理後の品質の予測を行っています。
  • 電磁界解析ソフトウェアを使用して、FEMによる電磁界、熱伝導の連成解析法を用いて行います。
  • コイルとワークのモデルを3次元CADなどで作成して、加熱条件となる周波数、加熱電力、加熱時間などの各種パラメータを自由に設定することにより、加熱温度分布の予測が可能です。
  • 3次元解析問題では、ワークまたはワーク内部に発生する熱量に対して回転の運動を与えて計算することが可能です。

<解析事例>
ハブ内軸の3次元モデルでの解析

 

検証に使用した加熱コイル ワーク(イメージ)
写真:検証に使用した加熱コイル 図:ワーク(イメージ)

 

解析条件 FEMモデル
 総要素数:675,571(磁界解析)
        461,114(熱解析)
 コイル電流:3,666〜3,750A
       (実測値を使用)
 加熱時間:5.7sec
 周波数:30kHz
図:FEMモデル

 

下図はワークの温度分布を加熱時間とともに視覚的に表したものです。これにより目的とする硬化層深さに達する加熱時間の予測ができます。

 

図:加熱開始1.5sec後
加熱開始1.5sec後
図:加熱開始3.0sec後
加熱開始3.0sec後
図:加熱開始4.5sec後
加熱開始4.5sec後
図:加熱開始5.7sec後
加熱開始5.7sec後
図:熱分布イメージ

 

ハブ外輪の内面焼入れの解析

 

コイルとワーク(イメージ)
図:コイルとワーク(イメージ)
周波数:30kHz
加熱時間:4.0sec

 

ワーク断面の温度分布の変化を、加熱時間とともに表したデータを下図に示します。
図:ワーク断面の温度分布
角部の温度が上昇し、次いで大径部の温度が上昇していく様子が見て取れます。

 

クランクシャフトのR焼入れにおける歪解析

 

2次元電磁解析による発熱データを3次元へ展開することにより、複数箇所を焼入れするクランクシャフトの歪の傾向を予測することができます。
下図に4気筒クランクシャフトの歪解析を示します。ジャーナル部5箇所およびピン部の4箇所を焼入れします。

 

図:クランクの焼入れ箇所

 

 

焼入れ終了時の歪を下図に示します(歪量を100倍に拡大)。第3ジャーナル部が下に凸になるように歪むことが見て取れます。

 

図:クランクの焼入終了時の歪(歪量を100倍に拡大)

 

解析ソフトウェアを使用して、お客様のニーズに応えられるようなコイル形状・焼入条件の提供を目指しています。

 

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