The Use Of Multifrequency Induction Heating For Temperature Distribution Control

Abstract

The paper presents possibilities of controlling temperature field distribution in inductively heated charge. The change of its distribution was obtained using the sequential one-, two-, and three-frequency heating. The study was conducted as a multi-variant computer simulation of hard coupled electromagnetic and temperature fields. For the analysis, a professional calculation software package utilizing the finite element method, Flux 3D, was used. The problem of obtaining an appropriate temperature distribution in the heated charge of a complex shape is very important in many practical applications. A typical example is hardening of gear wheels. For such an application, it is necessary to obtain (on the surface and at a desired depth) an uniform temperature distribution on the tooth face, top land and bottom land of the gear. The obtained temperature should have proper distribution and value. Such a distribution is very difficult to achieve.Keywords: induction heating, computer simulation, electromagnetic field, temperature field W artykule przedstawiono możliwość kształtowania rozkładu pola temperatury w nagrzewanym indukcyjnie wsadzie. Zmianę rozkładu temperatury uzyskano wykorzystując sekwencyjne nagrzewanie jedno-, dwu-i trój-częstotliwościowe. Badania przeprowadzono jako wielowariantową symulację komputerową silnie sprzężonego ze sobą pola elektromagnetycznego i pola temperatury. Do analizy wykorzystano profesjonalny pakiet obliczeniowy Flux 3D wykorzystujący metodę elementów skończonych. Problem uzyskania odpowiedniego rozkładu temperatury w nagrzewanym wsadzie o złożonej geometrii jest bardzo istotny w wielu zastosowaniach praktycznych. Typowym przykładem jest hartowanie kół zębatych. Dla takiego zastosowania wymagane jest uzyskanie równomiernego na powierzchni i na zadanej głębokości zęba i wrębu rozkładu temperatury o określonej wartości. Uzyskanie tak zdefiniowanego rozkładu jest bardzo trudne.

Numerical simulation of a magnetic induction coil for heat treatment of an AISI 4340 gear

“…There are numerous numbers of research findings that propose medium frequency (MF) of alternating current frequency range is preferably used in practice [9,17,[21][22][23][24]. As a result of simulation outcomes which made grounds for this paperwork, a couple of kHz of frequency (MF) for alternating current range, a couple of kW power, a few millimeters of airgap distance have offered a desirable depth of penetration of temperature which is required for a considerable depth of hardness.…”