Numerische Simulation des induktiven Randschichthärtens mit Ersatzwärmequellen
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Numerische Simulation des induktiven Randschichthärtens mit Ersatzwärmequellen
Über dieses Buch
Großwälzlager werden sehr genau auf den jeweiligen Einsatzzweck abgestimmt und werden daher in Kleinserien- oder Einzelfertigung produziert. Das Verfahren des induktiven Randschichthärtens ermöglicht es durch eine martensitische Randschicht mit Druckeigenspannungen in der Randschicht den Verschleiß der Lager zu reduzieren und die Lebensdauer zu erhöhen. Die hohe Komplexität des induktiven Härteprozesses erschwert dabei die Auswahl geeigneter Prozessparameter. Bisher erfolgt die Auswahl der Prozessparameter überwiegend empirisch basierend auf Erfahrungen des Fachpersonals. In Anbetracht der Komplexität wären numerische Simulationen vorteilhaft. Da große Bauteile, wie Großwälzlagerringe, nur im Vorschubverfahren induktionsgehärtet werden können ergäbe sich wegen der notwendigen feinen räumlichen und zeitlichen Diskretisierung in Kombination mit der Größe des Bauteils ein elektromagnetisch-thermisch-metallurgisch-mechanisches Simulationsmodell mit extrem vielen Freiheitsgraden. Ein solches Modell würde extrem hohe Anforderungen an die Hardware stellen und exorbitante Rechenzeiten benötigen. Darüber hinaus sind die elektromagnetischen Eigenschaften der typischen Stähle hochgradig nichtlinear, sehr schwer experimentell zu bestimmen und verfügbare temperaturabhängige Literaturdaten extrem rar. Die vorliegende Arbeit zeigt einen Weg, Ersatzwärmequellen für den Induktionshärteprozess basierend auf experimentell ermittelten Temperatur-Zeit-Verläufen zu entwickeln, um die elektromagnetischen Berechnungen auszuklammern. Auf diese Weise können thermisch-metallurgische gekoppelte Simulationen des Induktionshärtens durchgeführt werden ohne die elektromagnetischen Phänomene zu simulieren. Umfangreiche experimentelle Untersuchungen ergänzen die Simulationen und dienen der Validierung.
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