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Teilprojekt T9 - "Rechnergestützte Auslegung von Induktoren für das Induktionshärten mittels Wasser-Luft-Spraykühlung"

Leitung:Prof. Dr.-Ing. B. Nacke
Bearbeitung:Dipl.-Ing. D. Schlesselmann
Förderung durch:DFG

Ziel des Transferprojektes ist die Realisierung einer rechnergestützten Auslegung von Induktionshärteprozessen unter besonderer Berücksichtigung einer Mehrfrequenzerwärmung (SDF®-Randschichthärtung) sowie der Bauteilabkühlung mittels einer Spraykühlung in Kooperation mit der Fa. eldec Schwenk Induction GmbH. Die Auslegung von Induktoren und Prozessparametern soll unter Zielvorgabe eines definierten Härteergebnisses erfolgen, indem prozessübergreifend die induktive Erwärmung und die Bauteilabkühlung sowie davon abhängige efügeumwandlungen und mechanische Eigenschaften numerisch mit der FE-Software ANSYS® abgebildet werden.

Das induktive Randschichthärten setzt sich aus einer Induktionserwärmung der Bauteilrandschicht und einem anschließenden Abschrecken dieser Randschicht zusammen. Das Härteergebnis wird somit durch die Kombination aus Induktor- und Kühlparametern bestimmt. Zum Einstellen eines definierten Härteergebnisses müssen diese in der Regel durch umfangreiche Versuche ermittelt werden. Aufgrund der Vielzahl von Prozessparametern resultiert daraus ein großer experimenteller Aufwand, der mit entsprechenden hohen Kosten verbunden ist. Aus diesem Grund soll im Rahmen des beantragten Forschungsprojektes eine numerische Abbildung des Induktionshärtens mittels einer induktiven Mehrfrequenzerwärmung und folgender Bauteilabkühlung mittels Spraykühlung einschließlich Gefügeentwicklungen realisiert werden. Das Transferprojekt baut damit auf Arbeiten und Methoden der Teilprojekte A3 „Modellierung und Simulation zur kontrollierten Abkühlung präzisionsgeschmiedeter“, B3 „Prozessintegrierte Wärmebehandlung mit Zweiphasenströmungen“ und T6 „Abschrecken induktiv gehärteter Bauteile mit der Spraykühlung“ des SFB 489 auf, die sich mit der Realisierung einer Randschichtvergütung mittels Spraykühlung (B3), deren numerischer Abbildung (A3) bzw. der Substitution einer Polymerkühlung beim Induktionshärten mittels Spraykühlung beschäftigen (T6). Durch Kopplung der Simulationsmodelle von Mehrfrequenzerwärmung und Spraykühlung soll das von der Gefügeentwicklung beeinflusste Härteprofil in Abhängigkeit von den Induktorparametern vorhergesagt werden.

Auf der Basis dieser prozessübergreifenden Temperaturfeld- und Gefügesimulation soll, ausgehend von einem angestrebten Härteergebnis, die rechnergestützte Prozessauslegung erfolgen. Dadurch soll eine prototypenhafte, softwarebasierte Gestaltung von Induktoren unter Berücksichtigung einer besonders umweltfreundlichen Abschrecktechnologie auf der Basis einer Wasser-Luft-Spraykühlung realisiert werden, die die herkömmliche Abschreckung mittels Polymerlösungen substituiert.

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