NTR-SNR nutzt die FORGE® Software, um das Induktionshärtungsverfahren, welches bei der Herstellung von Wälzlagerringen verwendet wird, zu simulieren. Mechanische Teile werden mit dieser Methode behandelt, um sie an bestimmten Stellen und bis zu einer genau vorgegebenen Tiefe auszuhärten, wobei geometrische Verformungen und Restspannungen minimiert werden. Bei Wälzlagerringen können auf diese Weise die Kontakte der Laufringe extrem gehärtet werden, wobei in den anderen Bereichen eine ausreichende Zähigkeit beibehalten werden kann.
Dieser Prozess ist komplex, da elektromagnetische, thermomechanische und metallurgische Vorgänge gekoppelt werden müssen. Die Computersimulation wird in der Regel in der ersten Entwurfsphase des Induktors und des Härtesystems eingesetzt.
Die Schwierigkeit besteht darin, den idealen Betriebspunkt des Generators zu finden und die metallurgischen Eigenschaften des gehärteten Teils im Voraus bestimmen zu können.
Mit dieser Studie wollte NTN-SNR Folgendes herausfinden:
Um das Verhalten des Generators am Computer zu simulieren, nutzt FORGE® einen iterativen Algorithmus, der die Frequenz und die Stärke mit hoher Präzision berechnet, um eine konstante, den Sollwerten entsprechende Leistung aufrechtzuerhalten. Die Simulation der induktiven Erwärmung erfolgt mithilfe von zwei Solvern, wobei der erste die elektromagnetischen Gleichungen löst und die durch induzierte Ströme erzeugte Leistungsdichte berechnet, während der zweite die gekoppelten thermischen, mechanischen und metallurgischen Gleichungen löst. Die beiden Solver sind gekoppelt, um die elektromagnetischen Eigenschaften des Teils zu aktualisieren.
Die Lösung, die gewählt wurde, um das Verhalten des Generators zu berücksichtigen, ermöglicht:
Indem der Generator bei der Simulation berücksichtigt wird, konnte NTN-SNR auch die Parameter optimieren und die optimale Stromstärke und Frequenz des Induktors für die Produktionsphase bestimmen. Die gespeicherten elektrischen Größen (Spannung, Stärke, Frequenz) konnten gut mit dem simulierten Verhalten des Generators abgestimmt werden.
Die Lösung kann die starke Korrelation zwischen der Simulation und den Versuchsmessungen beweisen, und zwar bei:
„Die mit der Unterstützung von Transvalor durchgeführten Versuche haben es ermöglicht, in die FORGE® Software eine neuartige Beschreibung des Verhaltens des Stromgenerators zu implementieren. Durch die Integration des Betriebspunkts des Generators in die Simulation kann eine einzigartige und vollständige Lösung für die Entwicklung des gesamten Induktionshärtungsverfahrens erzielt werden.”
Victor Lejay, Prozessingenieur bei NTN-SNR Roulements, Frankreich
Dank FORGE® verfügt NTN-SNR über eine schnelle und prädiktive Lösung, die in der Lage ist, das gesamte Verfahren vom Generator bis zum Härten zu simulieren.
Die Lösung wurde anhand von Versuchen an Wälzlagerringen aus Stahl (C56) validiert und ermöglicht NTN-SNR somit:
Alle diese Elemente haben NTN-SNR ermöglicht, die Einstellungen des Generators zu optimieren, um eine Lösung zu bieten, die alle Etappen der induktiven Wärmebehandlung berücksichtigt.
„FORGE® ist eine prädiktive Softwarelösung, da die realen Parameter des Generators als Eingangsdaten für die Simulation verwendet werden, um die metallurgischen Eigenschaften des Teils im Voraus bestimmen zu können.“