Моделирование нестационарных тепловых процессов в заготовке при электроконтактном нагреве
Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика @vestnik-susu-power
Рубрика: Электротехнические комплексы и системы
Статья в выпуске: 3 т.26, 2026 года.
Бесплатный доступ
В машиностроительном производстве при изготовлении деталей из труднодеформируемых сплавов широко используется предварительный электроконтактный нагрев заготовок. Время и температурный диапазон нагрева для многих материалов нормируются. Для получения качественной детали на этапе подготовки технологической операции целесообразно спрогнозировать процесс нагрева в зависимости от величины протекающего через заготовку электрического тока. Наиболее точные прогнозные результаты можно получить путем моделирования нестационарных тепловых процессов методом конечных элементов в самой заготовке при предварительно заданной величине тока. В работе предложена структура силовой части электротехнического комплекса для электроконтактного нагрева листовых заготовок. Приведено математическое описание динамических тепловых процессов, протекающих в заготовке при нагреве. Моделирование проведено с помощью программы инженерного анализа Elcut. При моделировании нестационарного температурного поля в зоне крепления заготовки к контактному аппарату выявлена необходимость учета локального перегрева с помощью выделения дополнительной области, имитирующей сопротивление контактного перехода. При моделировании, в зависимости от полученной температуры и пластических свойств нагреваемого материала, предложено изменять удельную плотность тепловыделений в этой дополнительной области, которая зависит от протекающего тока и электрического сопротивления контактного перехода.
Короткий адрес: https://sciup.org/147255383
IDS: 147255383 | УДК: 621.365.31 | DOI: 10.14529/power260304
Modeling of non-stationary thermal process in a workpiece during electric contact heating
In machine-building production, preliminary electric resistance heating of workpieces is widely used in the manufacturing of parts from difficult-to-deform alloys. The heating time and temperature range are standardized for many materials. To obtain a high-quality part at the stage of preparation of the technological operation, it is advisable to predict the heating process depending on the amount of electric current flowing through the workpiece. The most accurate predictive results can be obtained by modeling non-stationary thermal processes using the finite element method in the workpiece itself at a preset current value. The paper proposes the structure of the power unit of an electrical complex for contactless heating of sheet blanks. A mathematical description of the dynamic thermal processes occurring in the workpiece during heating is given. The simulation was performed using the Elcut engineering analysis program. In the area of attachment of the workpiece to the contact device, when modeling an unsteady temperature field, it is proposed to take into account local overheating by selecting an additional area simulating the resistance of the contact transition. During modeling, depending on the temperature obtained and the plastic properties of the heated material in this additional region, it is proposed to change the specific heat release density, which depends on the flowing current and the electrical resistance of the contact transition.
