CN101394691B - 一种电磁加热微成形方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磁性工件微拉伸成形过程中的电磁加热方法及其控制装置。所说电磁加热微成形方法，是将磁性工件悬置于磁芯上方，将磁芯置于由交变电流产生的交变磁场中，磁场中的磁力线通过磁性工件产生回路，并在磁性工件内形成许多涡旋感应电流，该涡流通过克服磁性工件的电阻流动时完成电能向热能的转换，使磁性工件的温度迅速升高，磁性工件进行加热，由设置在磁芯上的温度检测元件检测加热温度，并将信号输入电磁加热温度控制装置，对电磁加热温度进行控制。实现该方法的装置，由磁芯、电磁感应线圈、温度检测元件、屏蔽磁块、绝缘隔热板和电磁加热温度控制装置组成。本发明具有结构简单、使用和维护费用低廉、控制电路安全可靠等特点。
Description
技术领域
本发明涉及塑性成形领域，特指一种磁性工件且不可通过热传递方式进行加热的微拉伸成形过程中的电磁加热方法及其控制装置，主要应用于超薄板的微塑性成形领域，也适用于宏观塑性成形领域。使用本方法及控制装置，不仅可以安全、快速的对微小工件进行加热，而且可以根据成形性能的需要，及时改变加热温度，提高塑性成形性能。
发明背景
随着MEMS的飞速发展，市场对微器件的需求越来越大，同时对微器件的加工工艺和加工质量等方面提出了新的要求。随着微器件尺寸的缩小，晶粒尺寸的大小、体表面积比等因素对微器件成形的影响越来越大，因此尺寸效应成为微成形研究的主要对象。在微成形过程中，不仅要考虑尺寸效应，而且其他宏观的工艺参数和工艺也需要调整。在各影响因素中，温度对成形性能的影响比较大。一般来讲，工件加热后其塑性性能要比常温条件下的塑性性能优越；由于加热会增加工件的内应力，所以当加热温度过高时，工件在成形后恢复到常温时，会因内应力过大导致成形工件的扭曲变形，严重影响工件的成形质量。在微拉深成形过程中，需要对工件进行加热以改善材料的流动，避免破裂，提高工件的成形性能。因此，如何对微塑性成形中的微小工件进行加热成为一个急需解决的问题。
在微电子工业和微机电领域中，为了提高材料的塑性成形性能，温热成形方法的应用变的越来越广泛。一般而言，对物体加热的方式有两种：一种是对物体的直接加热；另一种是通过热传递的方式对物体进行间接加热。对微拉深温热成形而言，其加热的方式比较多，其中常用的有激光加热、红外线加热、电阻加热等，这些加热方式中有些既可以直接对物体进行加热也可以间接对物体加热。在微成形中，常通过激光加热的方法对微小工件直接进行加热。但激光加热系统不但价格昂贵，维护费用高，而且操作比较繁琐，容易因操作不当而损坏仪器。红外线加热装置不但价格昂贵、而且还存在加热速度相对缓慢，被加热物体的材质受到一定的限制等缺点。电阻加热虽然比较便宜，但由于需要通过电阻丝加热或电阻棒加热，电阻丝容易氧化断裂，而电阻棒需要有足够大的空间才能插入，也不适合微器件的加热。因此，如何经济、有效地对微塑性成形中的工件进行加热成为一个急需解决的问题。
国内外利用电磁加热的方法很多，涉及的领域也很广，但主要应用于宏观领域，很难看到将其应用到微塑性成形领域的报道。George C.Virgin等人申请的专利：Electromagneticinduction air heater(电磁感应气体加热器)，美国专利号：4503305。报道了一种利用电磁感应原理，加热磁性金属，然后通过热量传递的方式加热空气的方法。该装置中的磁性金属被设置成网格状，体积比较庞大不太适合微型化，且各电磁感应线圈彼此连接而不是相互独立，容易因为某一线圈的短路导致整个装置无法使用。
中国专利号CN1362321A。介绍了一种硫化机电磁加热方法及装置。该装置通过电磁感应原理，直接对模具进行加热，然后通过热传递的方法对模具内的橡胶进行硫化。该装置的缺点是不能对非磁性工件进行加热，对不能直接进行热传递的工件无法进行加热(如拉伸实验中的非磁性工件)应用范围受到一定的限制。
发明内容：
本发明的目的是提供一种通过电磁感应原理对不可通过物体间直接接触进行热传递的磁性工件进行电磁加热的方法及其装置。
本发明所采用的技术方案是：
一种电磁加热微成形方法，适用于不可通过物体间直接接触进行热传递的磁性工件的微塑性成形，其特征在于：磁性工件悬置于磁芯上方，将磁芯置于由交变电流产生的交变磁场中，磁场中的磁力线通过磁性工件产生回路，并在磁性工件内形成许多涡旋感应电流，该涡流通过克服磁性工件的电阻流动时完成电能向热能的转换，使磁性工件的温度迅速升高，磁性工件进行加热，由设置在磁芯上的温度检测元件检测加热温度，并将信号输入电磁加热温度控制装置，对电磁加热温度进行控制。
一种实现上述电磁加热微成形方法的电磁加热装置，由磁芯、电磁感应线圈、温度检测元件、屏蔽磁块、绝缘隔热板和电磁加热温度控制装置组成；绕有电磁感应线圈的磁芯设置在屏蔽磁块构成的凹槽中，屏蔽磁块外设置有绝缘隔热板；温度检测元件设置在裸露的磁芯上表面内，与电磁加热温度控制装置相连；在电磁加热温度控制装置中，整流器将流入的交流电转变成直流电，扼流线圈将直流电滤波后输入电容和电磁感应线圈，并联的电容和电感在相互作用下形成交变电流，交变电流通过电磁感应线圈后产生交变磁场，该交变磁场在磁性工件中产生回路，在磁性工件内形成涡旋状的感应电流，该涡流克服磁性工件的电阻流动时完成电能向热能的转换，所产生的焦耳热就是加热工件的热源，电脑根据电压电流检测保护电路和温度检测控制电路输入的信号，对变频电路发出相关指令，对电磁加热温度进行控制。
在本发明的电磁加热装置中，磁性工件位于磁芯上方且不与磁芯接触，屏蔽磁块紧包在电磁感应线圈上，既能使磁力线具有方向性又能防止电磁泄露，最外层由绝缘隔热板组成，起到保温作用，温度检测元件镶嵌在绕有电磁感应线圈的磁芯内，用以测量工件上的温度。
本发明与现有电磁加热及微塑性成形加热方法和装置相比，有如下优点：
1.该电磁加热微塑性成形方法及其装置与其它微塑性成形加热方法及其装置相比，具有结构简单、使用和维护费用低廉、控制电路安全可靠等特点。
2.该电磁加热微塑性成形方法及其装置与其它电磁加热方法及其装置相比，具有防辐射功能，降低人体和电子仪器受到电磁辐射的影响。
3.该电磁加热微塑性成形方法及其装置与其它电磁加热方法及其装置相比，可以对不能通过物体间直接接触进行热传递的工件进行加热。
附图说明：
附图1是本发明电磁加热装置剖视图。
附图2是电磁加热温度控制装置电路图。
1工件、2温度检测元件、3磁芯、4电磁感应线圈、5屏蔽磁块、6绝缘隔热板、7交流电源、8电压电流检测保护装置、9电脑、10温度检测控制装置、11整流器、12扼流线圈、13电容、14开关功率管、15变频电路。
具体实施方式：
下面结合图1和图2说明本发明提出的用于微塑性成形，电磁加热方法的具体方法。
如图1所示，用于不可通过物体间直接接触进行热传递的磁性工件的微塑性成形装置的剖示图，工件1是不可通过物体间直接接触进行热传递的磁性工件，其中工件1与微塑性成形装置中的夹具相连接后悬置于绕有电磁感应线圈4的磁芯3上方，绕有电磁感应线圈4的磁芯3设置在屏蔽磁块5构成的凹槽中，屏蔽磁块5外设置有绝缘隔热板6；温度检测元件2设置在裸露的磁芯3上表面内；电磁感应线圈4输入交变电流后将产生交变磁场，该磁场直接通过磁性工件1产生回路，并在磁性工件1内形成涡旋状的感应电流，涡流克服磁性工件1的电阻流动时完成电能向热能的转换，所产生的热能就是加热工件1所需的热源，从而实现电磁加热工件的目的。屏蔽磁块5阻隔电磁加热过程中产生的电磁辐射，对人体和电子设备起到一定的保护作用，绝缘隔热板6起到保温作用，减缓电磁热的损失。
图2是电磁加热温度控制装置的电路图，该电路主要由交流电7、电压电流检测保护电路8、电脑9、温度检测控制电路10、整流器11、扼流线圈12、电容13、开关功率管14、变频电路15等组成。
结合图1和图2说明电磁加热微塑性成形装置的工作过程
(1)工件1与微塑性成形装置相连接后置于绕有电磁感应线圈4的磁芯3的上方大约5mm..处，在磁芯3的上表面上镶嵌有温度检测元件2，温度检测元件2能较准确地检测工件1的温度，并将信号输入电磁加热温度控制装置。图2中交变电流7通过整流器11后变为直流电，扼流线圈12将滤波后的直流电输给电容13和电磁感应线圈4，并联的电容13和电磁感应线圈4在相互作用下产生交变磁场，开关功率管15与变频电路16形成高频脉冲，电磁感应线圈4中产生高频交变电压，电脑9根据电压电流检测保护装置8和温度检测控制电路10输入的信号对变频电路16发出控制指令，实现对电磁加热电路温度的控制。
(2)图1中电磁感应线圈4输入交变电流后将产生交变磁场，该磁场直接通过磁性工件1产生回路，并在磁性工件1内形成涡旋状的感应电流，涡流克服磁性工件1的电阻流动时完成电能向热能的转换，所产生的热能就是加热工件1所需的热源，从而实现电磁加热工件的目的。
以上应用于磁性工件不可通过物体间直接接触进行热传递的微塑性成形方法及其装置亦可用于相应的宏观领域。
以上实例仅用于说明本发明，而不是对本发明的限制。
Claims (1)
1.一种电磁加热微成形方法，适用于不可通过物体间直接接触进行热传递的磁性工件的微塑性成形，其特征在于：磁性工件悬置于磁芯上方，将磁芯置于由交变电流产生的交变磁场中，磁场中的磁力线通过磁性工件产生回路，并在磁性工件内形成涡旋感应电流，该涡旋感应电流通过克服磁性工件的电阻流动时完成电能向热能的转换，使磁性工件的温度迅速升高，由设置在磁芯上的温度检测元件检测加热温度，并将信号输入电磁加热温度控制装置，对电磁加热温度进行控制。
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