Étude sur l'optimisation des paramètres du procédé de trempe par induction en utilisant un concentrateur de flux : approche numérique et expérimentale

Parvinzadeh, Mahyar (2022). Étude sur l'optimisation des paramètres du procédé de trempe par induction en utilisant un concentrateur de flux : approche numérique et expérimentale. Mémoire. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Département de mathématiques, informatique et génie, 111 p.

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Résumé

RÉSUMÉ : La trempe par induction, une approche prometteuse pour la trempe sélective de pièces métalliques, est largement utilisée pour la trempe superficielle lorsqu'une surface dure est requise à côté d'un noyau résistant. En ce qui concerne la complexité de ce processus, la géométrie des pièces affecte profondément la distribution de la température et le profil de dureté en conséquence. Durant cette étude, deux concentrateurs de flux magnétique sont introduits dans notre ensemble de machines à induction afin de contrôler le flux magnétique et, par conséquent, le profil de dureté (profondeur durcie) des engrenages droits. La performance des concentrateurs de flux magnétique est examinée par l'effet des paramètres de la machine sur la profondeur durcie et l'effet de bord de l'engrenage droit en acier AISI 4340. Un plan d'expériences basé sur la méthode Taguchi est principalement utilisé pour optimiser le nombre d'essais expérimentaux. Ensuite, les profils de dureté des engrenages traités thermiquement à la tête et à la racine des engrenages sont mesurés par des essais de dureté par micro-indentation. Les résultats sont analysés à l'aide de l'analyse de la variance (ANOVA) et de la méthode de la surface de réponse (RSM) pour déterminer l'effet principal des paramètres du processus, ainsi que la meilleure combinaison de paramètres du processus qui maximise la profondeur durcie et minimise la caractéristique indésirable de l'effet de bord. Enfin, les modèles de prédiction de la profondeur durcie en fonction des paramètres du processus sont développés sur la base de la méthode de régression linéaire. À cette fin, quatre modèles prédictifs de la profondeur durcie à la tête et à la racine dans le plan du bord et le plan médian des engrenages droits sont générés. Les résultats indiquent que la profondeur durcie maximale avec un effet de bord minimal à la racine et à la tête est obtenue en réglant la puissance maximale de la machine, le temps de chauffage le plus long et l'écart axial minimal entre les concentrateurs et l'engrenage droit. Cette étude fournit une bonne exploration de la profondeur durcie en présence de concentrateurs de flux magnétique sous différents paramètres de processus et donne une ligne directrice fiable concernant l'effet de bord pendant le processus de trempe par induction. -- Mot(s) clé(s) en français : Trempe par induction, engrenage droit, acier AISI 4340, ANOVA, RSM, profondeur durcie. --
ABSTRACT : Induction hardening, a promising approach for selective hardening of metal parts, is widely used for surface hardening, where a hard surface is required alongside a tough core. Regarding the complexity of this process, parts' geometry deeply affects the temperature distribution and hardness profile accordingly. In this study, two magnetic flux concentrators are introduced to our induction machine set in order to control the magnetic flux and consequently hardness profile (case depth) of spur gears. The performance of magnetic flux concentrators is examined by the effect of machine parameters on the case depth and the edge effect of AISI 4340 steel-made spur gear. Design of experiments based on Taguchi method is primarily used to optimize the number of experimental trials. Then, the hardness profiles of heat-treated gears at the tip and root of gears are measured by micro-indentation hardness tests. The results are analyzed using Analysis of Variance (ANOVA) and Response Surface Methodology (RSM) to determine the main effect of process parameters, also the best combination of process parameters that maximizes the case depth and minimizes the undesirable feature of edge effect. Finally, the predicted case depth models versus process parameters are developed based on linear regression method. To this end, four predictive models of case depth at tip and root in the edge plane and middle plane of spur gears are generated. Results imply that maximum case depth with minimum edge effect at root and tip is achieved by setting up the highest machine power, longest heating time, and minimum axial gap between concentrators and the spur gear. This study provides a good exploration of case depth in presence of magnetic flux concentrators under various process parameters and gives a reliable guideline towards edge effect during induction hardening process. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Induction hardening, Spur gear, AISI 4340 steel, ANOVA, RSM, Case hardening.

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Mémoire)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Barka, Noureddine
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse :	Berger, Maxime
Information complémentaire :	Mémoire présenté dans le cadre du programme de maîtrise en ingénierie en vue de l'obtention du grade de maître ès sciences appliquées (M. Sc. A.).
Mots-clés :	Trempe par induction; Concentrateur de flux; Acier; Aisi 4340; Engrenages droits; Optimisation.
Départements et unités départementales :	Département de mathématiques, informatique et génie > Génie
Déposé par :	DIUQAR UQAR
Date de dépôt :	06 mars 2023 19:14
Dernière modification :	06 mars 2023 19:14
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/2114

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