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Simulation du chauffage par induction des billettes de forgeage

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Optimisation et simplification du chauffage progressif par induction à l'aide de logiciels et d'algorithmes open-source

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L'induction devient un choix de plus en plus populaire pour le chauffage des billettes d'acier avant forgeage, en raison de sa capacité à créer rapidement et à l'intérieur d'une bille une forte intensité de chaleur, ce qui conduit à un temps de cycle de traitement faible (productivité élevée) avec une haute qualité reproductible, occupant un espace minimal dans l'atelier. Il est plus éconergétique et, par nature, plus respectueux de l'environnement que la plupart des autres sources de chaleur pour les billettes d'acier.

L'intégration du chauffage par induction demande un peu de planification et d'expertise, mais il est possible d'optimiser un système de chauffage par induction progressif pour forger des billettes à l'aide de CENOS Platform - un logiciel de simulation 3D axé spécifiquement sur le chauffage par induction qui utilise des composants et algorithmes de source ouverte, le rendant abordable pour les petites et moyennes entreprises.

CENOS Platform est capable de simuler différents types de chauffage par induction pour le forgeage, y compris le chauffage statique et le chauffage progressif où la billette est déplacée à travers la bobine à vitesse constante.

La représentation de la conception des serpentins est également sans limites : il est possible de simuler des systèmes de chauffage à serpentin simple et à serpentins multiples. En plus de la bobine, il est également possible de simuler n'importe quel matériau et fréquence.

La performance fonctionnelle - CENOS Platform est un logiciel d'ingénierie assistée par ordinateur, basé sur une méthode par éléments finis, pour la simulation de processus physiques 2D et 3D et la modélisation informatique du chauffage par induction, du durcissement par induction, du brasage, du recuit et du revenu de l'acier, de l'aluminium, du cuivre et autres matériaux. Il a été conçu pour être aussi simple que possible à comprendre et à utiliser, même pour les débutants.

Le processus de simulation comprend trois étapes :

- Choix de la géométrie de la pièce (à partir de modèles intégrés ou créer votre propre fichier CAO) ;

- Définir les paramètres de chauffage par induction (fréquence, tension, temps, etc.) ; et,

- Exécution de la simulation 2D ou 3D de votre choix.

A la fin, les résultats tels que la température et le champ magnétique sont affichés dans des rendus 3D, des graphiques, et plus encore. La puissance apparente, la chaleur induite et l'inductance sont enregistrées dans un fichier Excel.

Comparaison de deux systèmes de chauffage - Considérons la simulation du chauffage progressif de la billette avec des systèmes à deux et trois étages. L'objectif de la simulation était d'atteindre 1200°C ± 50°C.

Pour vérifier chaque système, l'utilisateur doit créer des configurations pour les deux, régler les paramètres physiques (propriétés des matériaux, fréquence, courant, etc.) et démarrer la simulation.

Une fois la simulation terminée, l'utilisateur a accès à différentes variables de sortie :

- Répartition de la température

- Densité de courant et distribution de la chaleur en Joule

- Lignes de champ magnétique

- Puissance totale, réactive et apparente

- Inductance de la bobine

- Courant de bobine, tension

- Et cetera

Dans notre exemple de chauffage de billettes, il est possible de comparer les deux cas et le rendement. Il est évident qu'un système à trois étages peut réduire la consommation d'énergie et augmenter le taux de production dans ce cas particulier.

Il est également possible de tracer la distribution de la température, de la chaleur de Joule, du champ magnétique, etc. La figure 1 montre la distribution de la température résultante dans la billette à travers le rayon. Comme on peut le voir, une meilleure homogénéité de température est obtenue dans le système à trois étages.

La figure 2 montre comment des systèmes différents conduisent à des distributions de température différentes. Dans un système à deux étages, la température nécessaire au forgeage est atteinte avec des bobines plus courtes, donc aussi avec une vitesse de balayage plus faible. Il en résulte une plus grande uniformité de la température et des cadences de production plus faibles. D'autre part, le réchauffeur à trois étages augmente progressivement la température de la billette et la différence de température qui en résulte entre le noyau et la surface est plus faible.

Les utilisateurs de CENOS sont libres de modifier tous les paramètres d'entrée et d'assembler le système de n'importe quel nombre d'étapes selon les besoins de leur processus.

S'il est nécessaire d'utiliser le même système pour scanner des billettes plus courtes, où les effets finaux jouent un rôle plus important, il est possible de mettre en place une simulation avec une bille mobile.

Prendre de meilleures décisions pour l'installation et la planification - Comme le montre l'exemple de simulation, il est possible de comparer deux systèmes différents et d'obtenir des résultats qui facilitent la prise de décision, ce qui permet d'économiser des ressources précieuses pour l'entreprise. La portée et la variété des différentes simulations sont illimitées, selon les problèmes que les utilisateurs veulent résoudre. Par exemple :

- Conception du système de chauffage pour optimiser la performance du chauffage par induction, améliorer la qualité du produit et éviter les mauvaises surprises liées à la surchauffe du sous-sol ;

- Le choix de la puissance, de la fréquence et de la longueur de la bobine dans les applications de chauffage de billettes par induction ; ou,

- Températures de forgeage de sélection pour les aciers au carbone et les aciers alliés lisses, afin d'éviter d'éventuels dommages par début de fusion ou surchauffe.

Exigences en matière de formation - On croit souvent à tort que les logiciels de simulation nécessitent des ingénieurs en simulation spécialement formés (et bien rémunérés), habituellement embauchés uniquement pour un type de tâches - la simulation. C'est certainement vrai pour les progiciels de simulation multi-physiques sophistiqués.

Le logiciel de bureau CENOS 3D se concentre sur le chauffage par induction et contient une variété de procédures automatisées afin d'éviter toute fonctionnalité inutile qui pourrait désorienter les utilisateurs inexpérimentés. A l'aide de modèles dédiés, un débutant peut exécuter sa première simulation d'induction après un peu moins de 30 minutes, et devenir un utilisateur pro avec n'importe quelle géométrie 3D après une ou deux semaines d'autoformation, guidé par les ingénieurs CENOS.

De plus, CENOS offre des webinaires, un support client, un forum en ligne et un riche site de documentation pour aider les ingénieurs à démarrer.

Le système d'exploitation requis est Microsoft Windows 7, 8 ou 10. Le matériel requis est, au minimum un processeur Intel i5 (ou similaire), un minimum de 16 Go de RAM, et 32 Go de RAM est suggéré. Les performances des cartes graphiques ne jouent pas un grand rôle ; n'importe quel GPU standard prendra en charge la visualisation. De plus, la connexion Internet est requise uniquement pour la vérification de la licence du logiciel. Une version hors ligne peut être achetée sur demande.