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Simulazione del riscaldamento ad induzione delle billette di forgiatura

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Ottimizzare e semplificare il riscaldamento progressivo a induzione utilizzando software e algoritmi open-source

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L'induzione sta diventando una scelta sempre più popolare per riscaldare le billette in acciaio prima della forgiatura, grazie alla sua capacità di creare rapidamente e all'interno di una billetta un'elevata intensità di calore, che porta a tempi ciclo di processo ridotti (alta produttività) con alta qualità ripetibile, occupando uno spazio minimo in officina. È più efficiente dal punto di vista energetico e intrinsecamente più rispettoso dell'ambiente rispetto alla maggior parte delle altre fonti di calore per le billette d'acciaio.

L'integrazione del riscaldamento a induzione richiede una certa pianificazione e competenza, ma è possibile ottimizzare un sistema di riscaldamento a induzione progressivo per la forgiatura delle billette utilizzando la piattaforma CENOS - un software di simulazione 3D focalizzato specificamente sul riscaldamento a induzione che utilizza componenti e algoritmi open-source, rendendolo accessibile alle piccole e medie imprese.

La piattaforma CENOS è in grado di simulare vari tipi di riscaldamento a induzione per la forgiatura, sia per il riscaldamento statico che per il riscaldamento progressivo, dove la billetta viene fatta passare attraverso la bobina a velocità costante.

Anche la rappresentazione del design delle bobine è senza limitazioni: è possibile simulare sistemi di riscaldamento a singola bobina e multibobina. Oltre alla bobina, è anche possibile simulare qualsiasi materiale e frequenza.

Le prestazioni funzionali - CENOS Platform è un software desktop per la simulazione di processi fisici 2D e 3D e la modellazione computazionale di riscaldamento ad induzione, tempra ad induzione, tempra ad induzione, brasatura, ricottura e tempra di acciaio, alluminio, rame e altri materiali. È stato progettato per essere il più semplice possibile da capire e da usare, anche per i principianti.

Il processo di simulazione consiste in tre fasi:

- Scegliere la geometria del pezzo da lavorare (da modelli integrati o creare il proprio file CAD);

- Definire i parametri di riscaldamento ad induzione (frequenza, tensione, tempo, ecc.); e,

- Esecuzione di simulazioni 2D o 3D a scelta.

Alla fine, risultati come la temperatura e il campo magnetico vengono visualizzati in rendering 3D, grafici e altro ancora. Potenza apparente, calore indotto e induttanza sono registrati in un file Excel.

Confronto tra due sistemi di riscaldamento - Consideriamo la simulazione del riscaldamento progressivo della billetta con sistemi a due e tre stadi. L'obiettivo della simulazione era di raggiungere 1200°C ± 50°C.

Per controllare ogni sistema, l'utente deve creare le impostazioni per entrambi, impostare i parametri fisici (proprietà del materiale, frequenza, corrente, ecc.) e avviare la simulazione.

Dopo la simulazione, l'utente ha accesso a diverse variabili di output:

- Distribuzione della temperatura

- Densità di corrente e distribuzione del calore Joule

- Linee del campo magnetico

- Potenza totale, reattiva e apparente

- Induttanza della bobina

- Corrente della bobina, tensione

- Et cetera

Nel nostro esempio di riscaldamento delle billette, è possibile confrontare sia i casi che la potenza. È evidente come un sistema a tre fasi possa ridurre il consumo energetico e aumentare il tasso di produzione in questo caso specifico.

È anche possibile tracciare la distribuzione della temperatura, del calore Joule, del campo magnetico, ecc. La figura 1 mostra la distribuzione della temperatura risultante nella billetta lungo il raggio. Come si vede, nel sistema a tre stadi si ottiene una migliore omogeneità di temperatura.

La figura 2 mostra come sistemi diversi portino a una diversa distribuzione della temperatura. In un sistema a due stadi, la temperatura necessaria per la forgiatura viene raggiunta con bobine più corte, quindi anche con una velocità di scansione inferiore. Questo porta ad una maggiore uniformità della temperatura e a tassi di produzione più bassi. D'altra parte, il riscaldatore a tre stadi aumenta gradualmente la temperatura della billetta e la differenza di temperatura risultante tra il nucleo e la superficie è minore.

Gli utenti di CENOS sono liberi di modificare tutti i parametri di input e di assemblare il sistema in qualsiasi numero di fasi come richiesto dal loro processo.

Se è necessario utilizzare lo stesso sistema per la scansione di billette più corte, dove gli effetti finali giocano un ruolo più significativo, è possibile impostare una simulazione con una billetta in movimento.

Prendere decisioni migliori per la messa a punto e la pianificazione - Come dimostrato nell'esempio di simulazione è possibile confrontare due diversi sistemi e ottenere risultati che facilitano le decisioni, risparmiando così preziose risorse aziendali. La portata e la varietà delle diverse simulazioni è illimitata, a seconda dei problemi che gli utenti vogliono risolvere. Per esempio:

- Progettazione di sistemi di riscaldamento per ottimizzare le prestazioni di riscaldamento a induzione, migliorare la qualità del prodotto ed evitare spiacevoli sorprese legate al surriscaldamento del sottosuolo;

- La selezione della potenza, della frequenza e della lunghezza della bobina nelle applicazioni di riscaldamento a induzione delle billette; oppure,

- Scelta delle temperature di forgiatura per acciai al carbonio e legati, per evitare possibili danni da fusione o surriscaldamento incipiente.

Requisiti di formazione - C'è un'idea sbagliata comune che il software di simulazione richiede ingegneri di simulazione con una formazione specifica (e ben pagati), di solito assunti per un solo tipo di attività - la simulazione. Questo è certamente vero per i sofisticati pacchetti software di simulazione multifisica.

Il software desktop CENOS 3D di CENOS 3D mantiene la sua attenzione sul riscaldamento a induzione e contiene una varietà di procedure automatizzate in modo da evitare qualsiasi funzionalità non necessaria che potrebbe confondere gli utenti meno esperti. Utilizzando modelli dedicati, un principiante può eseguire la sua prima simulazione di induzione dopo poco meno di 30 minuti, e diventare un utente professionista con qualsiasi geometria 3D dopo una o due settimane di autoformazione, guidato dagli ingegneri CENOS.

Inoltre, CENOS offre webinar, assistenza clienti, un forum online e un ricco sito di documentazione per aiutare gli ingegneri a iniziare.

Il sistema operativo richiesto è Microsoft Windows 7, 8 o 10. L'hardware richiesto è, al minimo processore Intel i5 (o simile), minimo 16GB di RAM, e si suggeriscono 32GB di RAM. Le prestazioni delle schede grafiche non giocano un ruolo importante; qualsiasi GPU standard è in grado di gestire la visualizzazione. Inoltre, la connessione internet è necessaria solo per la verifica della licenza software. Una versione offline può essere acquistata su richiesta.