熱-力-磁多場(chǎng)耦合模壓成型機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及多場(chǎng)耦合模壓成型設(shè)備，具體為熱-力-磁多場(chǎng)耦合模壓成型機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]磁性功能高分子復(fù)合材料因?yàn)榫哂袃?yōu)異性能，如電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)特性，質(zhì)輕，低磁損，常溫穩(wěn)定，易加工，抗輻照，且介電常數(shù)、介電損耗、磁導(dǎo)率、磁損耗基本不隨頻率和溫度變化，分子結(jié)構(gòu)變化多樣，有可能制成穩(wěn)定的均相流體以及各種復(fù)雜形狀的元件，因而可廣泛應(yīng)用于智能阻尼、隔離材料、輕寬帶微波吸收劑、磁控傳感器、低磁損高頻微波通訊器件、磁密封器件。若能與其它功能材料配合無(wú)疑具有無(wú)限美好的應(yīng)用前景。但是，磁性功能高分子復(fù)合材料的應(yīng)用大大低于預(yù)期，主要原因是該材料始終存在力學(xué)性能和功能性等難以同時(shí)提高的問(wèn)題。最近研宄發(fā)現(xiàn)，在磁性功能高分子復(fù)合材料成型過(guò)程中施加外磁場(chǎng)，可有效控制磁性粒子在高分子基體中的分布，不僅能有效提高磁性功能復(fù)合材料的力學(xué)性能，同時(shí)大大提高其功能性。這一發(fā)現(xiàn)為其廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。因此，針對(duì)此類(lèi)材料在磁場(chǎng)作用下加工成型的研宄正在廣泛開(kāi)展。眾所周知，磁性功能高分子復(fù)合材料模壓成型工藝中還涉及到溫度場(chǎng)與加載壓力。磁場(chǎng)的大小與加載時(shí)間、溫度及加熱時(shí)間、加載壓力及時(shí)間等這些因素是控制磁性功能高分子復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)鍵因素。因而，系統(tǒng)探宄這些影響因素對(duì)磁性功能高分子復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能的影響，不僅對(duì)提高其綜合性能起到至關(guān)重要作用，而且對(duì)于智能材料科學(xué)的研宄也有重要的學(xué)術(shù)和應(yīng)用價(jià)值。
[0003]然而，目前尚無(wú)能夠直接進(jìn)行力場(chǎng)、磁場(chǎng)和熱場(chǎng)耦合加載條件下的模壓成型設(shè)備。宄其原因，主要技術(shù)難點(diǎn)有三方面:1、設(shè)備中可變磁場(chǎng)的施加通常采用線圈。但線圈中電流的熱效應(yīng)引起的發(fā)熱問(wèn)題，將導(dǎo)致線圈溫度升高，且磁場(chǎng)愈大，溫度升得越高，這直接限制加載磁場(chǎng)的極限值與連續(xù)加載磁場(chǎng)的時(shí)間，因此，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)可連續(xù)加載高磁場(chǎng)的磁場(chǎng)發(fā)生裝置成為挑戰(zhàn)之一 ；2、熱場(chǎng)的施加通常采用電阻絲加熱，然而，由于電流通過(guò)電阻絲時(shí)必然產(chǎn)生磁場(chǎng)，從而影響到試件區(qū)欲加磁場(chǎng)的大小和均勻度；同時(shí)，線圈產(chǎn)生的熱會(huì)影響到試件區(qū)的溫度大小與均勻度，因此，開(kāi)發(fā)與磁場(chǎng)互不干擾的磁場(chǎng)與熱場(chǎng)施加方式成為挑戰(zhàn)之二；
3、力場(chǎng)、磁場(chǎng)、熱場(chǎng)各精密控制和傳感元件，以及儀器其它各部件之間，往往存在電、磁的相互干擾，磁場(chǎng)周?chē)荒懿捎每勾判圆牧希瑫r(shí)保證熱膨脹系數(shù)足夠低，由此導(dǎo)致成型設(shè)備各部位選材和加工的困難，此為挑戰(zhàn)之三。因此，設(shè)計(jì)一種有效的實(shí)現(xiàn)互不干擾的高性熱-力-磁多場(chǎng)耦合模壓成型機(jī)對(duì)于磁性功能高分子復(fù)合材料領(lǐng)域具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決目前缺乏多場(chǎng)耦合模壓成型設(shè)備的技術(shù)問(wèn)題，提供一種熱-力-磁多場(chǎng)耦合模壓成型機(jī)和控制箱控制模壓成型條件的方法。
[0005]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:熱-力-磁多場(chǎng)耦合模壓成型機(jī)，包括液壓機(jī)，所述液壓機(jī)包括機(jī)架和相對(duì)的、獨(dú)立控制升降的上液壓柱頭和下液壓柱頭，所述液壓柱頭端面依次設(shè)有壓力傳感器、熱-力冷卻水套層、絕緣層、電阻加熱器陣列、加熱耐壓平板；所述熱-力冷卻水套層為帶有進(jìn)水口和出水口的水循環(huán)冷卻系統(tǒng)；所述電阻加熱器陣列鑲嵌在加熱耐壓平板內(nèi)；所述加熱耐壓平板側(cè)面設(shè)有第一溫度傳感器，所述第一溫度傳感器連接有控制箱；所述液壓機(jī)、電阻加熱器陣列、熱-力冷卻水套層、壓力傳感器與控制箱連接；所述機(jī)架上設(shè)有環(huán)繞在下液壓柱頭周?chē)碾姶啪€圈，所述電磁線圈表面設(shè)有第二溫度傳感器，所述電磁線圈外包裹有磁場(chǎng)冷卻水套層，所述磁場(chǎng)冷卻系統(tǒng)也為帶有進(jìn)水口和出水口的水循環(huán)冷卻系統(tǒng)；所述磁場(chǎng)冷卻水套層內(nèi)側(cè)表面、上液壓柱頭與下液壓柱頭之間設(shè)有磁場(chǎng)傳感器；所述磁場(chǎng)傳感器、第二溫度傳感器、磁場(chǎng)冷卻系統(tǒng)和電磁線圈與控制箱連接。液壓機(jī)的上、下液壓柱頭施加力場(chǎng)。壓力傳感器測(cè)定液壓柱頭施加力場(chǎng)的大小，絕緣層防止電阻加熱器陣列發(fā)生漏電。熱-力冷卻水套層為絕緣層進(jìn)行冷卻，防止溫度傳給壓力傳感器，進(jìn)而調(diào)節(jié)電阻加熱器陣列及耐壓平板的溫度，實(shí)現(xiàn)熱場(chǎng)的精確控制。電阻加熱器陣列通電后為加熱耐壓平板加熱。此外，上、下液壓柱頭和加熱耐壓平板也起到了磁軛的作用，提高了電磁線圈的磁場(chǎng)強(qiáng)度及均一性。第一溫度傳感器測(cè)定加熱耐壓平板的溫度，以精確控制所加熱場(chǎng)的大小。電磁線圈為磁場(chǎng)發(fā)生裝置。磁場(chǎng)冷卻水套層對(duì)電磁線圈進(jìn)行冷卻，防止電磁線圈通電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致產(chǎn)生過(guò)高的溫度。第二溫度傳感器測(cè)定電磁線圈表面溫度，以實(shí)現(xiàn)精確控制電磁線圈產(chǎn)生的溫度。磁場(chǎng)傳感器測(cè)定兩液壓柱頭之間磁場(chǎng)的強(qiáng)度?？刂葡渫ㄟ^(guò)采集第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、磁場(chǎng)傳感器、壓力傳感器測(cè)定的數(shù)據(jù)，通過(guò)分析處理后發(fā)出控制指令，從而協(xié)調(diào)控制通過(guò)電阻加熱器陣列的電流大小、熱-力冷卻水套層是否工作、電磁線圈中的電流大小、磁場(chǎng)冷卻水套層是否工作、液壓機(jī)的液壓泵功率，以實(shí)現(xiàn)精確控制熱-力-磁場(chǎng)耦合的模壓條件。
[0006]所述控制箱包括整流電源、可編程控制器PLC、數(shù)據(jù)采集卡、信號(hào)發(fā)生模塊、D/Α模塊和功率放大器；所述可編程控制器PLC與數(shù)據(jù)采集卡和信號(hào)發(fā)生模塊連接；所述信號(hào)發(fā)生模塊與D/Α模塊和功率放大器連接；所述D/Α模塊與整流電源連接；所述第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、壓力傳感器、磁場(chǎng)傳感器與控制箱的數(shù)據(jù)采集卡連接；所述電阻加熱器陣列、電磁線圈與控制箱的整流電源連接；所述熱-力冷卻水套層、磁場(chǎng)冷卻水套層和液壓機(jī)與控制箱的功率放大器連接?？删幊炭刂破鱌LC負(fù)責(zé)模壓成型條件的設(shè)定、并對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行處理、分析、判斷、發(fā)出控制指令。數(shù)據(jù)采集卡負(fù)責(zé)各個(gè)傳感器數(shù)據(jù)的采集。信號(hào)發(fā)生模塊負(fù)責(zé)將可編程控制器發(fā)出的控制指令轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)信號(hào)。D/Α模塊將信號(hào)發(fā)生模塊轉(zhuǎn)換出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)量，從而控制整流電源輸出的電流、電壓或功率。功率放大器將信號(hào)發(fā)生模塊轉(zhuǎn)換出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行功率放大，從而控制磁場(chǎng)冷卻水套層是否工作、熱-力冷卻水套層是否工作和液壓機(jī)的液壓泵運(yùn)轉(zhuǎn)及功率。整流電源給電磁線圈和電阻加熱器陣列提供電能，從而產(chǎn)生磁場(chǎng)或散發(fā)熱量。
[0007]所述熱-力-磁多場(chǎng)耦合模壓成型機(jī)的控制箱控制模壓成型條件的方法包括以下步驟:
步驟101:通過(guò)可編程控制器PLC對(duì)模壓成型條件進(jìn)行預(yù)設(shè)定，所述模壓成型條件包括磁場(chǎng)強(qiáng)度、熱場(chǎng)、加載壓力大小；
步驟102:可編程控制器PLC發(fā)出啟動(dòng)磁場(chǎng)和熱場(chǎng)控制指令，并通過(guò)信號(hào)發(fā)生模塊輸出磁場(chǎng)和熱場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；
步驟103:D/A模塊將步驟102中輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，輸出模擬量電流或電壓信號(hào); 步驟104:D/A模塊輸出的模擬量電流或電壓信號(hào)控制整流電源給電磁線圈和電阻加熱器陣列供電，從而產(chǎn)生磁場(chǎng)和熱場(chǎng)；
步驟105:由數(shù)據(jù)采集卡通過(guò)第一溫度傳感器、第二溫度傳感器和磁場(chǎng)傳感器采集溫度和磁場(chǎng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)；
步驟106:可編程控制器PLC對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，并與預(yù)設(shè)定的磁場(chǎng)強(qiáng)度和溫度條件進(jìn)行比較:
若大于預(yù)設(shè)定的值，則可編程控制器PLC通過(guò)信號(hào)發(fā)生模塊產(chǎn)生磁場(chǎng)冷卻水套層和/或熱-力冷卻水套層驅(qū)動(dòng)信號(hào)，功率放大器對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大后驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)冷卻水套層和/或熱-力冷卻水套層開(kāi)始工作；
若小于預(yù)設(shè)定的值，則返回步驟102重新開(kāi)始測(cè)試；
若等于預(yù)設(shè)定的值，則進(jìn)入步驟107 ;
步驟107:可編程控制器PL