·342 北京科技大学学报 2000年第4期 加热48s时的温度场分布图，图中高度0~2mm 需电源功率进行估计， 和半径12.5~14.5mm区域为模具，高度2~12mm 和半径0-~12.5mm区域为成形体. 3结论 根据式(9)可以计算出成形体所吸收的能 在不同的电源功率和频率、不同的成形材 量，这部分能量包括成形体熔化及升温、模具升 质和尺寸等工艺条件下，应用控制容积方法对 温和表面辐射及对流散热损失.按照文献[1]的 逐步熔融凝固初始加工阶段的感应电流面密度 估计，这部分能量约占电源功率的25%~40%，本 及温度场进行了数值计算，得到任意位置的温 实验用感应电炉以25%进行计算，图6是阳极 度随时间的变化及成形体和模具初始加热过程 输入能量即电源功率与成形体完全熔化时间关 中的等温线图和固液分界线，所需电源功率及 系图.由图6可知：实验测得的完全熔化时间与 完全熔化时间. 计算值比较接近；电源功率小于一定值（本实验 约为2.5kW)时，完全熔化时间会显著增大；电 参考文献 源功率大于一定值（本实验约为10kW)时，完全 1贾成厂，增分熔融凝固加工技术[博士后论文】.北京： 熔化时间变化不大.因此，不同的成形材质和尺 北京科技大学，1996 寸等工艺条件下，可以通过计算得到成形体温 2贾成厂，林涛，郭志猛，等.用增分熔融凝周法制备梯 度材料.金属学报.1999,35(2)：190 度场分布，选择合适的完全熔化时间，从而对所 3贾成厂，郭志猛，林涛，田宏波.增分熔融凝固加工工 艺参数的探讨.金属学报，1999,35(2)：187 100 ●实测 4贾成厂，佐佐木信义.逐步熔融凝固加工.北京科技大 ◆计算 学学报，1996,18(5)：436 80 5王军，贾成厂，田宏波，等，逐步烙融凝固法制备金属 基复合材料.金属热处理，2000(4)：25 60 6 Nathan Ida,Joao P,Bastos A.Electromagnetics and Cal- culation of Fields.New York:Springer-Verlag,1997 0 7刘庄，吴肇基，吴景之，等热处理过程的数值模拟.北 京：科学出版社，1996 20F 8赵勇，大型锻造用钢锭凝固过程的数值模拟：[硕士论 文】.清华大学机械工程系，1987 0 9杨全，张真编著.金属凝固与铸造过程数值模拟，杭 0 2 6 8 1012 州：浙江大学出版社.1996 W/kW 10梁文林，夏越良编.高频感应加热设备的原理、工程 图6电源（阳极输入）功率与完全熔化时间的关系 计算、调整与维修.北京：机械工业出版社，1986 Fig.6 Anode input power vs time of complete fusion Numerical Computation of Electromagnetic and Temperature Field in Initial Process of Incremental Melting and Solidification WANG Jun,JIA Chengchang, GUO Zhimeng, YIN Sheng Material Science and Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT Numerical computation soft of Incremental Melting and Solidification(IMS)initial process was designed.In the condition of different coil current and frequency and different kinds of materials and size,in- duction current and temperature distribution of treating materials could be obtained,and the input power and melting time of materials also could be calculated.This soft might be used to select processing parameter of IMS. KEY WORDS incremental melting and selidification process;electromagnetic field;temperature field. 3 42 . 北 京 科 技 大 学 学 报 年2 00第0 期 4 加热 4 8 5 时的温度场分布 图 , 图 中高度 -0 2 1n r n 和 半径 12 . 5一 14 .5 r o r 。 区 域为模具 , 高度 2一 12 r n r n 和 半径 ) 12 . 5 〔 n n l 区 域为成形 体 . 根据式 (9) 可 以计算 出成形 体所吸 收 的能 量 , 这部分能量包 括成形体熔化及升温 、 模具 升 温和表面辐射及对流散热损 失 . 按照 文献 〔l] 的 估计 , 这部分能量约 占电源功率 的 25 %科0% , 本 实验用感应 电炉 以 25 % 进行计算 . 图 6 是阳 极 输入 能量 即 电源功率与成 形 体完全熔化 时间关 系 图 . 由图 6 可 知 : 实验测 得的 完全熔化时 间 与 计算值比较接近 ; 电源 功率小于 一 定值 ( 本实验 约 为 .2 5 kw ) 时 , 完全熔化 时间会显 著增 大 ; 电 源 功率大于 一定 值 ( 本实验约 为 10 k w ) 时 , 完全 熔化 时间变化不大 . 因此 , 不 同 的成形材质和 尺 寸等 工艺 条件 下 , 可 以通过计 算 得 到 成 形 体温 度场分布 , 选择 合适 的完全熔化 时间 , 从而 对所 需 电源功率进行估计 . 一 图 6 电源 丈 (阳极输入 )功率与完全熔 化时 间的关系 F啥 · 6 nA od e in P u t P 0 W e r vs it m e o f e o m Ple t e fu s i o n 3 结论 在 不 同的 电源功率和 频率 、 不 同的成形材 质和 尺 寸等工 艺条件下 , 应 用控 制容积方法对 逐步熔 融凝固初始加工 阶段 的感应 电流面密度 及 温度场 进行 了数值计算 , 得 到任意位置 的温 度随时间的变化及 成形体和模具初始加热过程 中的等温线 图和 固液分界 线 , 所 需 电源 功率及 完全熔化时 间 . 参 考 文 献 1 贾成 厂 . 增分熔 融凝 固加工 技术 : [博 士后论文 ] . 北京: 北 京科技 大学 , 1 996 2 贾成厂 , 林 涛 , 郭 志猛 , 等 . 用增分 熔融凝 固法制 备梯 度材 料 . 金 属学报 . 1 99 9 , 35 ( 2 ) : 1 9 0 3 贾成 厂 , 郭 志猛 , 林涛 , 田宏波 . 增 分熔融 凝 固加 工工 艺参数 的探讨 . 金 属学报 , 19 9 , 3 5 (2) : 1 87 4 贾成厂 , 佐佐木信 义 . 逐 步熔融凝 固加工 . 北京科 技大 学学报 , 1 9 9 6 , 1 8( 5 ) : 4 3 6 5 王 军 , 贾成 厂 , 田宏波 , 等 . 逐步熔 融凝 固法制备 金属 基 复合 材料 . 金属 热处 理 , 2 0 0 (4) : 25 6 N hat an lda, J o ao P , B as ot s A . E l e c tr o m a gn e it e s an d C ia - e u l at i o n o f F i e l d s . N ew 丫b r k : S P r l n g e -r Ve ir ag , 1 99 7 7 刘庄 , 吴 肇基 , 吴景之 , 等 . 热处 理过程 的数值模拟 . 北 京: 科学 出版社 , 19% 8 赵 勇 . 大 型锻造用 钢锭凝 固过程 的数值 模拟 : [硕 士论 文 ] . 清华 大学机械 工程 系 , 19 87 9 杨全 , 张 真编著 . 金属凝 固与铸造 过程 数值模 拟 . 杭 州: 浙江 大学 出版 社 . 19 % 10 梁文林 , 夏越 良编 . 高频 感应加 热设备 的原理 、 工程 计算 、 调整 与维修 . 北京 : 机 械工业 出版 社 , 1 9 86 N u m e ir e a l C o m P u at t l o n o f E l e e otr m a g n e t i e an d eT m P e r a t ir e F i e ld i n I n iti a l P or e e s s o f I n e r e m e nt a l M e lt i n g an d S o liid if e at i o n 环月刀 G uJ n , 电 几咬hC e 双g c ha gn , G 〔jO hZ im e n g , 1优V hS e gn M a t e ir al S e i即ce an d E n g l n e irn g S e h o l , U S T B e ij in g , B e ij in g l X() 0 83 , C h i n a A B S T R A C T N 让m ier e a l e o m P u t a t lon s o ft o f ln e er m e n t a l M e it in g an d S o liid if e at ion (MI s ) in it i a l P r o e e s s W a s de s ign e d . hi het e o n d it ion o f d i fe r e nt e o il c uer nt an d fer qu e n c y an d id fe r e n t ik n d s o f m aet ir a l s an d s i z e , i n - d u c t lon c u r e n t an d t e m ep r a n ir e d i s itr b u t i o n o f etr a t l n g m at ier a l s e oul d be o bat ien d , 助d het inP ut P ow er an d m e lt in g t汕 e o f m at e ir al s al s o e o ul d b e e a l c ul at e d . Th l s s o ft m ihg t b e u s e d t o s e l e e t rP o c e s s in g Par am et r o f I M S . K E Y W O R D S in e r e 幻n e n at l m e lt in g an d s o lid iif e at i o n P ocr e s s : e l e ctr om a gn e t l e if e ld : et m P e r a 奴江 e if e ld