温压模具感应加热温度场的有限元模拟分析 尹延国 俞建卫 王永国等

温压模具感应加热温度场的有限元模拟分析

尹延国 俞建卫 王永国 解 挺 田 明 宋 平

合肥工业大学,合肥,230009

摘要:基于感应加热理论建立了温压模具的感应加热模型,利用ANSYS软件中的电磁-热耦合模块对模具的加热过程进行了温度场的有限元模拟分析,结果表明模具内壁温度沿纵向分布基本均匀一致,内外壁温差较小。模拟结果和试验结果基本吻合,说明采用感应加热方法使得模具的整体温度均匀性好,并易于控制。通过实际感应加热温压成形试验,进一步证实了温压感应加热系统的优越性。

关键词:温压;感应加热;集肤效应;电磁-热耦合;温度场模拟

中图分类号:TF301 文章编号:1004 132X(2011)05 0611 05

SimulationAnalysisofTemperatureFieldinInduction-heating

WarmCompactionMoldbyFiniteElementMethod

YinYanguo YuJianwei WangYongguo XieTing TianMing SongPing

HefeiUniversityofTechnology,Hefei,230009

Abstract:Aninductionheatingmodelwasbuiltforwarmcompactionmoldbasedontheinductionheatingtheory.Thetemperaturefieldinthewarmcompactionmoldwasanalyzedbyusingelectro magnetic-thermalcouplingfieldofANSYSsoftware.Theresultsshowthatthelongitudinaltemper aturedistributionalongtheinnerwallofthemoldisuniformandthetemperaturedifferencebetweentheouterwallandinnerwallofthemoldisverysmall.Thesimulationresultsareingoodagreementwiththeexperimentalresults,whichindicatesthatthetemperaturedistributioninmoldisveryuni formbyusingtheinductionheatingmethodanditiseasytocontrol.Thepracticaltestprovesthattheadvantagesofinductionheatingmethodareveryobvious.

Keywords:warmcompaction;inductionheating;skineffect;electromagnetic-thermalcou pling;temperaturefieldsimulation

0 引言

铁基粉末冶金产品性能与其密度关系密切,当密度达到7 2g/cm3后,其硬度、强度、韧性等都会随密度的增加而呈几何级数增大[1]。温压技术是一种有效提高材料密度及性能的新型粉末冶金成形技术,其工艺过程是将专用粉末与模具分别加热到一定温度,并在一定压力下将粉末压制成形,再通过高温烧结制得所需的粉末冶金零件,铁基粉末冶金温压零件的密度可高达7 2~7 6g/cm3[2 5]。温压加热系统及装备是实现温压成形工艺的基础,美国的WavematIncorporation、AbbottFurnaceCorporation、MicrowaveMaterialTech-nologies和瑞典的LindeMetallteknikAB等公司均能生产与温压技术有关的加热设备[1]。国内在温压加热系统及装备的研究方面还相对滞后,有华南理工大学、中南大学、合肥工业大学等单位开展了这方面的研究,而真正将温压成形工艺用于生产的只有扬州保来得粉末冶金有限公司

收稿日期:2010 04 30

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50975072,51075114)

和宁波东睦新材料股份有限公司,他们是从国外引进的温压生产线术的发展。

温压系统的加热方法通常有微波加热、热油加热和电阻加热等,它们各有优缺点。微波加热温度均匀,但设备复杂、投资高;热油加热采用热油循环加热壁面,对模具及粉末进行热传导加热,适用于粉末输出量较大的情况,但其装置体积大,油压系统复杂,预热时间长;电阻加热采用电阻发热元件加热壁面,对模具及粉末进行热传导加热,其设备简单,但升温速度慢

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。因此,在国内开展适用的

温压工艺和装备的研制,有利于促进我国温压技

。而感应加热技术

具有加热速度快、热效率高、无污染、节约能源、可局部加热,以及温度均匀性好和易于控制等优点[8 9],自20世纪30年代感应加热技术大量应用于工业生产以来,迄今在诸多工业领域中已显示出越来越广泛的应用前景,不过,将感应加热技术应用于温压成形工艺的研究还未见报道。本文在分析温压模具常规加热方法的基础上,提出感应加热方法的设想,采用感应加热方法,通过模具和