47 – クランクシャフトの高周波焼入れ解析

アプリケーションノート・モデルデータ

概要

各種シャフトや歯車等の機械部品では、耐摩耗性を確保するため表面の硬度を増しつつ、内部の靭性を保つことで柔軟性のある部品を作ることが望まれています。表面硬化法のひとつである高周波焼入れであれば、高周波電源を用いることで表面のみを局所的、急速加熱することができます。また、電気設備なので作業環境がクリーンであり、高効率、かつ、ロットでの焼入れのばらつきも少ないなど多くのメリットがあるため、積極的に導入が進んでいます。
本事例のようなワークを回転させた焼入れでは、所定の表面を均一に加熱し、硬度を増すことが求められます。高周波の変動磁場により生じる渦電流はワークの表面に偏ります。このような現象を詳細に解くためには有限要素法に基づく数値解析でワーク内部の現象を扱う必要があります。
ここでは、数値解析モデルを作成し、昇温過程の解析をすることで、目的の温度分布となるか否かを評価する事例を示します。最適なコイル形状や通電条件(電源周波数、電流値)、回転速度などを求める際にご活用下さい。

温度分布、温度変化、ジュール損失密度分布

クランクシャフトの高周波焼入れの解析結果として、温度分布を図1に、温度変化を図2に、ジュール損失密度分布を図3と図4に示します。

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