热-力-磁多场耦合模压成型机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及多场耦合模压成型设备，具体为热-力-磁多场耦合模压成型机。
【背景技术】
[0002]磁性功能高分子复合材料因为具有优异性能，如电学、光学、磁学特性，质轻，低磁损，常温稳定，易加工，抗辐照，且介电常数、介电损耗、磁导率、磁损耗基本不随频率和温度变化，分子结构变化多样，有可能制成稳定的均相流体以及各种复杂形状的元件，因而可广泛应用于智能阻尼、隔离材料、轻宽带微波吸收剂、磁控传感器、低磁损高频微波通讯器件、磁密封器件。若能与其它功能材料配合无疑具有无限美好的应用前景。但是，磁性功能高分子复合材料的应用大大低于预期，主要原因是该材料始终存在力学性能和功能性等难以同时提高的问题。最近研宄发现，在磁性功能高分子复合材料成型过程中施加外磁场，可有效控制磁性粒子在高分子基体中的分布，不仅能有效提高磁性功能复合材料的力学性能，同时大大提高其功能性。这一发现为其广泛应用奠定了基础。因此，针对此类材料在磁场作用下加工成型的研宄正在广泛开展。众所周知，磁性功能高分子复合材料模压成型工艺中还涉及到温度场与加载压力。磁场的大小与加载时间、温度及加热时间、加载压力及时间等这些因素是控制磁性功能高分子复合材料的结构与性能的关键因素。因而，系统探宄这些影响因素对磁性功能高分子复合材料结构与性能的影响，不仅对提高其综合性能起到至关重要作用，而且对于智能材料科学的研宄也有重要的学术和应用价值。
[0003]然而，目前尚无能够直接进行力场、磁场和热场耦合加载条件下的模压成型设备。宄其原因，主要技术难点有三方面:1、设备中可变磁场的施加通常采用线圈。但线圈中电流的热效应引起的发热问题，将导致线圈温度升高，且磁场愈大，温度升得越高，这直接限制加载磁场的极限值与连续加载磁场的时间，因此，设计开发可连续加载高磁场的磁场发生装置成为挑战之一 ；2、热场的施加通常采用电阻丝加热，然而，由于电流通过电阻丝时必然产生磁场，从而影响到试件区欲加磁场的大小和均匀度；同时，线圈产生的热会影响到试件区的温度大小与均匀度，因此，开发与磁场互不干扰的磁场与热场施加方式成为挑战之二；
3、力场、磁场、热场各精密控制和传感元件，以及仪器其它各部件之间，往往存在电、磁的相互干扰，磁场周围往往只能采用抗磁性材料，同时保证热膨胀系数足够低，由此导致成型设备各部位选材和加工的困难，此为挑战之三。因此，设计一种有效的实现互不干扰的高性热-力-磁多场耦合模压成型机对于磁性功能高分子复合材料领域具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0004]本发明解决目前缺乏多场耦合模压成型设备的技术问题，提供一种热-力-磁多场耦合模压成型机和控制箱控制模压成型条件的方法。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的:热-力-磁多场耦合模压成型机，包括液压机，所述液压机包括机架和相对的、独立控制升降的上液压柱头和下液压柱头，所述液压柱头端面依次设有压力传感器、热-力冷却水套层、绝缘层、电阻加热器阵列、加热耐压平板；所述热-力冷却水套层为带有进水口和出水口的水循环冷却系统；所述电阻加热器阵列镶嵌在加热耐压平板内；所述加热耐压平板侧面设有第一温度传感器，所述第一温度传感器连接有控制箱；所述液压机、电阻加热器阵列、热-力冷却水套层、压力传感器与控制箱连接；所述机架上设有环绕在下液压柱头周围的电磁线圈，所述电磁线圈表面设有第二温度传感器，所述电磁线圈外包裹有磁场冷却水套层，所述磁场冷却系统也为带有进水口和出水口的水循环冷却系统；所述磁场冷却水套层内侧表面、上液压柱头与下液压柱头之间设有磁场传感器；所述磁场传感器、第二温度传感器、磁场冷却系统和电磁线圈与控制箱连接。液压机的上、下液压柱头施加力场。压力传感器测定液压柱头施加力场的大小，绝缘层防止电阻加热器阵列发生漏电。热-力冷却水套层为绝缘层进行冷却，防止温度传给压力传感器，进而调节电阻加热器阵列及耐压平板的温度，实现热场的精确控制。电阻加热器阵列通电后为加热耐压平板加热。此外，上、下液压柱头和加热耐压平板也起到了磁轭的作用，提高了电磁线圈的磁场强度及均一性。第一温度传感器测定加热耐压平板的温度，以精确控制所加热场的大小。电磁线圈为磁场发生装置。磁场冷却水套层对电磁线圈进行冷却，防止电磁线圈通电时间过长导致产生过高的温度。第二温度传感器测定电磁线圈表面温度，以实现精确控制电磁线圈产生的温度。磁场传感器测定两液压柱头之间磁场的强度。控制箱通过采集第一温度传感器、第二温度传感器、磁场传感器、压力传感器测定的数据，通过分析处理后发出控制指令，从而协调控制通过电阻加热器阵列的电流大小、热-力冷却水套层是否工作、电磁线圈中的电流大小、磁场冷却水套层是否工作、液压机的液压泵功率，以实现精确控制热-力-磁场耦合的模压条件。
[0006]所述控制箱包括整流电源、可编程控制器PLC、数据采集卡、信号发生模块、D/Α模块和功率放大器；所述可编程控制器PLC与数据采集卡和信号发生模块连接；所述信号发生模块与D/Α模块和功率放大器连接；所述D/Α模块与整流电源连接；所述第一温度传感器、第二温度传感器、压力传感器、磁场传感器与控制箱的数据采集卡连接；所述电阻加热器阵列、电磁线圈与控制箱的整流电源连接；所述热-力冷却水套层、磁场冷却水套层和液压机与控制箱的功率放大器连接。可编程控制器PLC负责模压成型条件的设定、并对数据信号进行处理、分析、判断、发出控制指令。数据采集卡负责各个传感器数据的采集。信号发生模块负责将可编程控制器发出的控制指令转换为驱动信号。D/Α模块将信号发生模块转换出的驱动信号转换为模拟信号量，从而控制整流电源输出的电流、电压或功率。功率放大器将信号发生模块转换出的驱动信号进行功率放大，从而控制磁场冷却水套层是否工作、热-力冷却水套层是否工作和液压机的液压泵运转及功率。整流电源给电磁线圈和电阻加热器阵列提供电能，从而产生磁场或散发热量。
[0007]所述热-力-磁多场耦合模压成型机的控制箱控制模压成型条件的方法包括以下步骤:
步骤101:通过可编程控制器PLC对模压成型条件进行预设定，所述模压成型条件包括磁场强度、热场、加载压力大小；
步骤102:可编程控制器PLC发出启动磁场和热场控制指令，并通过信号发生模块输出磁场和热场的驱动信号；
步骤103:D/A模块将步骤102中输出的驱动信号进行数模转换，输出模拟量电流或电压信号; 步骤104:D/A模块输出的模拟量电流或电压信号控制整流电源给电磁线圈和电阻加热器阵列供电，从而产生磁场和热场；
步骤105:由数据采集卡通过第一温度传感器、第二温度传感器和磁场传感器采集温度和磁场强度数据；
步骤106:可编程控制器PLC对采集的数据进行处理、分析，并与预设定的磁场强度和温度条件进行比较:
若大于预设定的值，则可编程控制器PLC通过信号发生模块产生磁场冷却水套层和/或热-力冷却水套层驱动信号，功率放大器对驱动信号进行放大后驱动磁场冷却水套层和/或热-力冷却水套层开始工作；
若小于预设定的值，则返回步骤102重新开始测试；
若等于预设定的值，则进入步骤107 ;
步骤107:可编程控制器PL