專利名稱：一種電磁加熱微成形方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及塑性成形領(lǐng)域，特指一種磁性工件且不可通過熱傳遞方式進(jìn)行加熱的微拉伸 成形過程中的電磁加熱方法及其控制裝置，主要應(yīng)用于超薄板的微塑性成形領(lǐng)域，也適用于 宏觀塑性成形領(lǐng)域。使用本方法及控制裝置，不僅可以安全、快速的對(duì)微小工件進(jìn)行加熱， 而且可以根據(jù)成形性能的需要，及時(shí)改變加熱溫度，提高塑性成形性能。
背景技術(shù)：
隨著MEMS的飛速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)微器件的需求越來越大，同時(shí)對(duì)微器件的加工工藝和加 工質(zhì)量等方面提出了新的要求。隨著微器件尺寸的縮小，晶粒尺寸的大小、體表面積比等因 素對(duì)微器件成形的影響越來越大，因此尺寸效應(yīng)成為微成形研究的主要對(duì)象。在微成形過程 中，不僅要考慮尺寸效應(yīng)，而且其他宏觀的工藝參數(shù)和工藝也需要調(diào)整。在各影響因素中， 溫度對(duì)成形性能的影響比較大。 一般來講，工件加熱后其塑性性能要比常溫條件下的塑性性 能優(yōu)越；由于加熱會(huì)增加工件的內(nèi)應(yīng)力，所以當(dāng)加熱溫度過高時(shí)，工件在成形后恢復(fù)到常溫 時(shí)，會(huì)因內(nèi)應(yīng)力過大導(dǎo)致成形工件的扭曲變形，嚴(yán)重影響工件的成形質(zhì)量。在微拉深成形過 程中，需要對(duì)工件進(jìn)行加熱以改善材料的流動(dòng)，避免破裂，提高工件的成形性能。因此，如 何對(duì)微塑性成形中的微小工件進(jìn)行加熱成為一個(gè)急需解決的問題。
在微電子工業(yè)和微機(jī)電領(lǐng)域中，為了提高材料的塑性成形性能，溫?zé)岢尚畏椒ǖ膽?yīng)用變 的越來越廣泛。 一般而言，對(duì)物體加熱的方式有兩種 一種是對(duì)物體的直接加熱；另一種是 通過熱傳遞的方式對(duì)物體進(jìn)行間接加熱。對(duì)微拉深溫?zé)岢尚味?，其加熱的方式比較多，其 中常用的有激光加熱、紅外線加熱、電阻加熱等，這些加熱方式中有些既可以直接對(duì)物體進(jìn) 行加熱也可以間接對(duì)物體加熱。在微成形中，常通過激光加熱的方法對(duì)微小工件直接進(jìn)行加 熱。但激光加熱系統(tǒng)不但價(jià)格昂貴，維護(hù)費(fèi)用高，而且操作比較繁瑣，容易因操作不當(dāng)而損 壞儀器。紅外線加熱裝置不但價(jià)格昂貴、而且還存在加熱速度相對(duì)緩慢，被加熱物體的材質(zhì) 受到一定的限制等缺點(diǎn)。電阻加熱雖然比較便宜，但由于需要通過電阻絲加熱或電阻棒加熱， 電阻絲容易氧化斷裂，而電阻棒需要有足夠大的空間才能插入，也不適合微器件的加熱。因 此，如何經(jīng)濟(jì)、有效地對(duì)微塑性成形中的工件進(jìn)行加熱成為一個(gè)急需解決的問題。
國(guó)內(nèi)外利用電磁加熱的方法很多，涉及的領(lǐng)域也很廣，但主要應(yīng)用于宏觀領(lǐng)域，很難看 到將其應(yīng)用到微塑性成形領(lǐng)域的報(bào)道。George C.Virgin等人申請(qǐng)的專利Electromagnetic induction air heater (電磁感應(yīng)氣體加熱器)，美國(guó)專利號(hào)4503305。報(bào)道了一種利用電磁感
應(yīng)原理，加熱磁性金屬，然后通過熱量傳遞的方式加熱空氣的方法。該裝置中的磁性金屬被 設(shè)置成網(wǎng)格狀，體積比較龐大不太適合微型化，且各電磁感應(yīng)線圈彼此連接而不是相互獨(dú)立， 容易因?yàn)槟骋痪€圈的短路導(dǎo)致整個(gè)裝置無法使用。
中國(guó)專利號(hào)CN 1362321A。介紹了一種硫化機(jī)電磁加熱方法及裝置。該裝置通過電磁感 應(yīng)原理，直接對(duì)模具進(jìn)行加熱，然后通過熱傳遞的方法對(duì)模具內(nèi)的橡膠進(jìn)行硫化。該裝置的 缺點(diǎn)是不能對(duì)非磁性工件進(jìn)行加熱，對(duì)不能直接進(jìn)行熱傳遞的工件無法進(jìn)行加熱(如拉伸實(shí) 驗(yàn)中的非磁性工件)應(yīng)用范圍受到一定的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種通過電磁感應(yīng)原理對(duì)不可通過物體間直接接觸進(jìn)行熱傳遞的磁 性工件進(jìn)行電磁加熱的方法及其裝置。 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
一種電磁加熱微成形方法，適用于不可通過物體間直接接觸進(jìn)行熱傳遞的磁性工件的微 塑性成形，其特征在于磁性工件懸置于磁芯上方，將磁芯置于由交變電流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng) 中，磁場(chǎng)中的磁力線通過磁性工件產(chǎn)生回路，并在磁性工件內(nèi)形成許多渦旋感應(yīng)電流，該渦 流通過克服磁性工件的電阻流動(dòng)時(shí)完成電能向熱能的轉(zhuǎn)換，使磁性工件的溫度迅速升高，磁 性工件進(jìn)行加熱，由設(shè)置在磁芯上的溫度檢測(cè)元件檢測(cè)加熱溫度，并將信號(hào)輸入電磁加熱溫 度控制裝置，對(duì)電磁加熱溫度進(jìn)行控制。
一種實(shí)現(xiàn)上述電磁加熱微成形方法的電磁加熱裝置，由磁芯、電磁感應(yīng)線圈、溫度檢測(cè) 元件、屏蔽磁塊、絕緣隔熱板和電磁加熱溫度控制裝置組成；繞有電磁感應(yīng)線圈的磁芯設(shè)置 在屏蔽磁塊構(gòu)成的凹槽中，屏蔽磁塊外設(shè)置有絕緣隔熱板；溫度檢測(cè)元件設(shè)置在裸露的磁芯 上表面內(nèi)，與電磁加熱溫度控制裝置相連；在電磁加熱溫度控制裝置中，整流器將流入的交 流電轉(zhuǎn)變成直流電，扼流線圈將直流電濾波后輸入電容和電磁感應(yīng)線圈，并聯(lián)的電容和電感 在相互作用下形成交變電流，交變電流通過電磁感應(yīng)線圈后產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，該交變磁場(chǎng)在磁 性工件中產(chǎn)生回路，在磁性工件內(nèi)形成渦旋狀的感應(yīng)電流，該渦流克服磁性工件的電阻流動(dòng) 時(shí)完成電能向熱能的轉(zhuǎn)換，所產(chǎn)生的焦耳熱就是加熱工件的熱源，電腦根據(jù)電壓電流檢測(cè)保 護(hù)電路和溫度檢測(cè)控制電路輸入的信號(hào)，對(duì)變頻電路發(fā)出相關(guān)指令，對(duì)電磁加熱溫度進(jìn)行控 制。
在本發(fā)明的電磁加熱裝置中，磁性工件位于磁芯上方且不與磁芯接觸，屏蔽磁塊緊包在 電磁感應(yīng)線圈上，既能使磁力線具有方向性又能防止電磁泄露，最外層由絕緣隔熱板組成， 起到保溫作用，溫度檢測(cè)元件鑲嵌在繞有電磁感應(yīng)線圈的磁芯內(nèi)，用以測(cè)量工件上的溫度。
本發(fā)明與現(xiàn)有電磁加熱及微塑性成形加熱方法和裝置相比，有如下優(yōu)點(diǎn) l.該電磁加熱微塑性成形方法及其裝置與其它微塑性成形加熱方法及其裝置相比，具有 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用和維護(hù)費(fèi)用低廉、控制電路安全可靠等特點(diǎn)。
2.該電磁加熱微塑性成形方法及其裝置與其它電磁加熱方法及其裝置相比，具有防輻 射功能，降低人體和電子儀器受到電磁輻射的影響。
3.該電磁加熱微塑性成形方法及其裝置與其它電磁加熱方法及其裝置相比，可以對(duì)不能 通過物體間直接接觸進(jìn)行熱傳遞的工件進(jìn)行加熱。


附圖l是本發(fā)明電磁加熱裝置剖視圖。 附圖2是電磁加熱溫度控制裝置電路圖。 l工件、2溫度檢測(cè)元件、3磁芯、4電磁感應(yīng)線圈、5屏蔽磁塊、6絕緣隔熱板、7交流電源、 8電壓電流檢測(cè)保護(hù)裝置、9電腦、IO溫度檢測(cè)控制裝置、11整流器、12扼流線圈、13電容、 14開關(guān)功率管、15變頻電路。
具體實(shí)施方式
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下面結(jié)合圖1和圖2說明本發(fā)明提出的用于微塑性成形，電磁加熱方法的具體方法。
如圖1所示，用于不可通過物體間直接接觸進(jìn)行熱傳遞的磁性工件的微塑性成形裝置的 剖示圖，工件1是不可通過物體間直接接觸進(jìn)行熱傳遞的磁性工件，其中工件l與微塑性成 形裝置中的夾具相連接后懸置于繞有電磁感應(yīng)線圈4的磁芯3上方，繞有電磁感應(yīng)線圈4的 磁芯3設(shè)置在屏蔽磁塊5構(gòu)成的凹槽中，屏蔽磁塊5外設(shè)置有絕緣隔熱板6:溫度檢測(cè)元件2 設(shè)置在裸露的磁芯3上表面內(nèi)；電磁感應(yīng)線圈4輸入交變電流后將產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)直 接通過磁性工件1產(chǎn)生回路，并在磁性工件1內(nèi)形成渦旋狀的感應(yīng)電流，渦流克服磁性工件 1的電阻流動(dòng)時(shí)完成電能向熱能的轉(zhuǎn)換，所產(chǎn)生的熱能就是加熱工件1所需的熱源，從而實(shí) 現(xiàn)電磁加熱工件的目的。屏蔽磁塊5阻隔電磁加熱過程中產(chǎn)生的電磁輻射，對(duì)人體和電子設(shè) 備起到一定的保護(hù)作用，絕緣隔熱板6起到保溫作用，減緩電磁熱的損失。
圖2是電磁加熱溫度控制裝置的電路圖，該電路主要由交流電7、電壓電流檢測(cè)保護(hù)電 路8、電腦9、溫度檢測(cè)控制電路10、整流器11、扼流線圈12、電容13、開關(guān)功率管14、 變頻電路15等組成。
結(jié)合圖1和圖2說明電磁加熱微塑性成形裝置的工作過程 (I)工件1與微塑性成形裝置相連接后置于繞有電磁感應(yīng)線圈4的磁芯3的上方大約
Smm..處，在磁芯3的上表面上鑲嵌有溫度檢測(cè)元件2，溫度檢測(cè)元件2能較準(zhǔn)確地檢測(cè)工件 1的溫度，并將信號(hào)輸入電磁加熱溫度控制裝置。圖2中交變電流7通過整流器11后變?yōu)橹?流電，扼流線圈12將濾波后的直流電輸給電容13和電磁感應(yīng)線圈4，并聯(lián)的電容13和電磁 感應(yīng)線圈4在相互作用下產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，開關(guān)功率管15與變頻電路16形成高頻脈沖，電磁 感應(yīng)線圈4中產(chǎn)生高頻交變電壓，電腦9根據(jù)電壓電流檢測(cè)保護(hù)裝置8和溫度檢測(cè)控制電路 IO輸入的信號(hào)對(duì)變頻電路16發(fā)出控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁加熱電路溫度的控制。
(2)圖1中電磁感應(yīng)線圈4輸入交變電流后將產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)直接通過磁性工 件1產(chǎn)生回路，并在磁性工件1內(nèi)形成渦旋狀的感應(yīng)電流，渦流克服磁性工件1的電阻流動(dòng) 時(shí)完成電能向熱能的轉(zhuǎn)換，所產(chǎn)生的熱能就是加熱工件1所需的熱源，從而實(shí)現(xiàn)電磁加熱工 件的目的。
以上應(yīng)用于磁性工件不可通過物體間直接接觸進(jìn)行熱傳遞的微塑性成形方法及其裝置亦 可用于相應(yīng)的宏觀領(lǐng)域。
以上實(shí)例僅用于說明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1、一種電磁加熱微成形方法，適用于不可通過物體間直接接觸進(jìn)行熱傳遞的磁性工件的微塑性成形，其特征在于磁性工件懸置于磁芯上方，將磁芯置于由交變電流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)中的磁力線通過磁性工件產(chǎn)生回路，并在磁性工件內(nèi)形成許多渦旋感應(yīng)電流，該渦流通過克服磁性工件的電阻流動(dòng)時(shí)完成電能向熱能的轉(zhuǎn)換，使磁性工件的溫度迅速升高，磁性工件進(jìn)行加熱，由設(shè)置在磁芯上的溫度檢測(cè)元件檢測(cè)加熱溫度，并將信號(hào)輸入電磁加熱溫度控制裝置，對(duì)電磁加熱溫度進(jìn)行控制。
2、 一種實(shí)現(xiàn)上述電磁加熱微成形方法的電磁加熱裝置，其特征在于，由磁芯、電磁感應(yīng) 線圈、溫度檢測(cè)元件、屏蔽磁塊、絕緣隔熱板和電磁加熱溫度控制裝置組成；繞有電磁感應(yīng) 線圈的磁芯設(shè)置在屏蔽磁塊構(gòu)成的凹槽中，屏蔽磁塊外設(shè)置有絕緣隔熱板；溫度檢測(cè)元件設(shè) 置在裸露的磁芯上表面內(nèi)，與電磁加熱溫度控制裝置相連；在電磁加熱溫度控制裝置中，整 流器將流入的交流電轉(zhuǎn)變成直流電，扼流線圈將直流電濾波后輸入電容和電磁感應(yīng)線圈，并 聯(lián)的電容和電感在相互作用下形成交變電流，交變電流通過電磁感應(yīng)線圈后產(chǎn)生交變磁場(chǎng)， 該交變磁場(chǎng)在磁性工件中產(chǎn)生回路，在磁性工件內(nèi)形成渦旋狀的感應(yīng)電流，該渦流克服磁性 工件的電阻流動(dòng)時(shí)完成電能向熱能的轉(zhuǎn)換，所產(chǎn)生的焦耳熱就是加熱工件的熱源，電腦根據(jù) 電壓電流檢測(cè)保護(hù)電路和溫度檢測(cè)控制電路輸入的信號(hào)，對(duì)變頻電路發(fā)出相關(guān)指令，對(duì)電磁 加熱溫度進(jìn)行控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁性工件微拉伸成形過程中的電磁加熱方法及其控制裝置。所說電磁加熱微成形方法，是將磁性工件懸置于磁芯上方，將磁芯置于由交變電流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)中的磁力線通過磁性工件產(chǎn)生回路，并在磁性工件內(nèi)形成許多渦旋感應(yīng)電流，該渦流通過克服磁性工件的電阻流動(dòng)時(shí)完成電能向熱能的轉(zhuǎn)換，使磁性工件的溫度迅速升高，磁性工件進(jìn)行加熱，由設(shè)置在磁芯上的溫度檢測(cè)元件檢測(cè)加熱溫度，并將信號(hào)輸入電磁加熱溫度控制裝置，對(duì)電磁加熱溫度進(jìn)行控制。實(shí)現(xiàn)該方法的裝置，由磁芯、電磁感應(yīng)線圈、溫度檢測(cè)元件、屏蔽磁塊、絕緣隔熱板和電磁加熱溫度控制裝置組成。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用和維護(hù)費(fèi)用低廉、控制電路安全可靠等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H05B6/10GK101394691SQ20081015606
公開日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2008年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月19日
發(fā)明者勻 王, 袁國(guó)定, 許幀英, 陸廣華 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)