脈沖加熱處理技術(shù)在熱壓機(jī)設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用

袁興軍

[摘? ? 要]隨著現(xiàn)代社會(huì)工業(yè)領(lǐng)域的快速發(fā)展，大量技術(shù)被運(yùn)用于工業(yè)設(shè)備中，大大提升了各種設(shè)備的運(yùn)行性能、豐富了設(shè)備功能，促使其能夠充分滿足各種作業(yè)需要。熱壓機(jī)設(shè)備是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的重要機(jī)械設(shè)備，在熱壓機(jī)設(shè)備領(lǐng)域中，技術(shù)人員采用脈沖加熱處理技術(shù)作為熱壓機(jī)設(shè)備的核心技術(shù)，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)與精準(zhǔn)計(jì)算保證機(jī)械設(shè)備具備較強(qiáng)的熱壓功能。本文簡(jiǎn)要闡述熱壓機(jī)設(shè)備及其工藝參數(shù)元素，對(duì)脈沖加熱技術(shù)及其在特定熱壓設(shè)備中的應(yīng)用、脈沖加熱控制技術(shù)在熱壓設(shè)備領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用路徑進(jìn)行深入探究。

[關(guān)鍵詞]脈沖加熱處理技術(shù);熱壓機(jī)設(shè)備;應(yīng)用

[中圖分類號(hào)]TS653 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）12–00–02

Application of Pulse Heat Treatment Technology in the Field of Heat Press Equipment

Yuan Xing-jun

[Abstract]With the rapid development of the industrial field in modern society， a large number of technologies have been applied to industrial equipment， greatly improving the operating performance of various equipment， enriching equipment functions， and promoting it to fully meet the needs of various operations. Hot press equipment is an important mechanical equipment in modern industrial production. In the field of hot press equipment， technicians use pulse heating processing technology as the core technology of hot press equipment， and ensure that the mechanical equipment is strong through optimized design and precise calculations. The hot pressing function. This article briefly describes the hot press equipment and its process parameter elements， and conducts an in-depth study of the pulse heating technology and its application in specific hot press equipment， as well as the practical application path of pulse heating control technology in the field of hot press equipment.

[Keywords]pulse heat treatment technology; hot press equipment; application

脈沖加熱技術(shù)是現(xiàn)階段較為流行的熱壓機(jī)設(shè)備應(yīng)用技術(shù)，主要利用脈沖電流對(duì)鉬、鈦等高電阻材料沖擊時(shí)產(chǎn)生的焦耳熱進(jìn)行加熱與焊接，以此實(shí)現(xiàn)設(shè)備熱壓作業(yè)目的，完成作業(yè)任務(wù)。一般情況下，在熱壓機(jī)設(shè)備中，脈沖加熱處理技術(shù)主要是在加熱咀的前端連接熱電偶。通過(guò)這樣的方法起電，將起電情況實(shí)時(shí)反饋到電源控制部分，保證恒溫加熱，維護(hù)溫度設(shè)定的正確性。脈沖加熱處理技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，在加壓時(shí)通電，對(duì)作業(yè)目標(biāo)進(jìn)行加熱與斷電冷卻，且能夠?qū)崿F(xiàn)加熱與斷電冷卻同時(shí)進(jìn)行，避免出現(xiàn)表面浮起的情況，降低虛焊產(chǎn)生概率。因此，脈沖加熱處理技術(shù)的可應(yīng)用性較強(qiáng)，能夠充分滿足熱壓機(jī)設(shè)備的運(yùn)行需求，可以廣泛運(yùn)用于熱壓機(jī)設(shè)備領(lǐng)域。

1 熱壓機(jī)設(shè)備及其工藝參數(shù)元素

熱壓機(jī)設(shè)備是一種將兩個(gè)預(yù)先焊接好的零件加熱到融化，促使其呈現(xiàn)流動(dòng)狀態(tài)，在固化后連接零件與焊錫的電氣機(jī)械連接設(shè)備。相較于其他機(jī)械設(shè)備，熱壓機(jī)設(shè)備的升溫速度可以調(diào)整，不同壓頭的溫度調(diào)節(jié)可控性不同，其中鈦合金壓頭能夠更好地保證溫度的平均，有效控制升溫速度;技術(shù)人員可以調(diào)整壓頭狀態(tài)，以此保證零構(gòu)件受壓均勻、壓頭溫度可控。熱壓機(jī)設(shè)備也可以稱為“邦定機(jī)”，其熱壓媒介包括：錫焊、熱熔膠膜、異向?qū)щ娔z水、異向?qū)щ娔z帶等，能夠滿足柔性線路板、TAB、LCD、PCB多種零構(gòu)件的連接。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，熱壓機(jī)可以將TCP與柔性電路板連接起來(lái)，也可以將TPC與ITO氧化煙錫玻璃連接起來(lái)，促使機(jī)械與電氣之間形成穩(wěn)定的連接，這一設(shè)備也是液晶顯示器等電氣電子元件生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。為了更好地研究熱壓機(jī)設(shè)備中脈沖加熱處理技術(shù)的應(yīng)用情況，本次選擇了國(guó)內(nèi)首臺(tái)運(yùn)用于正反兩面的壓接自動(dòng)FOG邦定機(jī)，整機(jī)功能包括自動(dòng)上料系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、正面ACF預(yù)貼、正面對(duì)位、正面預(yù)壓、反面ACF預(yù)貼、方面對(duì)位與預(yù)壓、反面主壓、自動(dòng)下料系統(tǒng)等。其中，主壓工藝是熱壓機(jī)設(shè)備的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要采用3個(gè)壓頭壓接處理，每個(gè)主壓頭分別完成加熱、加壓控制，其中加熱控制要求升降溫速度較快且具有較高的控溫能力，這也是引入脈沖加熱處理技術(shù)的核心環(huán)節(jié)。

基于脈沖加熱處理技術(shù)之下的熱壓機(jī)設(shè)備，其在實(shí)際運(yùn)行中會(huì)受到多種工藝參數(shù)因素的影響，這些影響因素也是應(yīng)用脈沖加熱處理技術(shù)時(shí)需要考慮的問(wèn)題。其因素包括溫度特性、熱壓機(jī)框架、溫度需求、熱電制冷等。

2 脈沖加熱技術(shù)及其在特定熱壓設(shè)備中的應(yīng)用

根據(jù)上述對(duì)特定熱壓設(shè)備的描述與分析可以得出：①在熱壓機(jī)設(shè)備運(yùn)行時(shí)，需要同時(shí)進(jìn)行通電加熱與斷電冷卻作業(yè)，以此保證焊接質(zhì)量，避免虛焊，這一技術(shù)更加適合柔性iCal與線材的壓焊、焊接作業(yè)，能夠滿足樹(shù)脂粘結(jié)需求。②良好的溫度控制、時(shí)間控制能力，能夠提升熱壓機(jī)設(shè)備的加壓質(zhì)量，生產(chǎn)出高質(zhì)量產(chǎn)品。③局部瞬時(shí)加熱方法能更加精準(zhǔn)地控制周圍元器件的熱影響。比如，將脈沖加熱處理技術(shù)運(yùn)用于這樣的熱壓機(jī)設(shè)備中，能夠進(jìn)一步提升熱壓機(jī)設(shè)備的溫度控制精度、升溫與降溫時(shí)間控制，促使其滿足精密焊接需求，提升熱壓機(jī)設(shè)備的樹(shù)脂焊接效率。結(jié)合脈沖加熱處理技術(shù)，將其運(yùn)用于熱壓機(jī)設(shè)備的壓頭位置，形成脈沖壓頭，促使其具備升溫速度快、靈敏性較強(qiáng)的特點(diǎn)。在應(yīng)用時(shí)，可以將熱電偶與脈沖壓頭焊接起來(lái)，提高熱電偶檢測(cè)靈敏度。由于脈沖加熱壓頭的升溫速度較快，因此需適當(dāng)控制壓頭的電流界面。技術(shù)人員在熱壓頭上連接熱電偶，檢測(cè)熱壓頭溫度;通過(guò)溫度反饋回路分析，可以快速矯正熱量輸出，控制溫度曲線。

3 脈沖加熱控制技術(shù)在熱壓設(shè)備領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用路徑

3.1 脈沖加熱技術(shù)的理論計(jì)算

在熱壓機(jī)設(shè)備中運(yùn)用脈沖加熱處理技術(shù)，需要先計(jì)算脈沖加熱原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱壓機(jī)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)加壓工藝的溫度曲線控制，提升熱壓機(jī)設(shè)備運(yùn)行性能。在實(shí)際過(guò)程中。脈沖加熱處理技術(shù)，就是指借助熱壓頭的脈沖式大電流，促使壓頭部分的鉬、鈦等高電阻材料溫度快速提升，促使熱壓頭侵短的熱電偶將溫度反饋到脈沖控制器中，由控制器根據(jù)預(yù)先設(shè)定的溫度指標(biāo)、實(shí)踐指標(biāo)調(diào)節(jié)導(dǎo)通角，調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器輸出端脈沖電流幅值的控制，獲取控溫曲線。

根據(jù)圖1的流程可以看出，在熱壓設(shè)備中，脈沖加熱控制的核心是要隨時(shí)采集被加熱系統(tǒng)的熱量，以此分析與評(píng)估當(dāng)前溫度差，調(diào)節(jié)需輸出的功率數(shù)值。因此，技術(shù)人員在設(shè)計(jì)熱壓機(jī)中脈沖加熱系統(tǒng)時(shí)，需要全方位考慮系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)所需要的功率數(shù)值、系統(tǒng)平均運(yùn)行過(guò)程功率需求、系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的熱量損失需求等，確定系統(tǒng)所需功率。這一環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員可以利用公式P1=+，其中P1為系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)需要的功率，m1為加熱體的重量，c1為加熱體的熱比數(shù)值，ΔT為介質(zhì)與環(huán)境溫度差，Q為散熱數(shù)值，t為加熱的時(shí)間。之后，技術(shù)人員還可以利用這些數(shù)值與參數(shù)，計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)所需要的功率數(shù)值P2。

3.2 在溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

在熱壓機(jī)設(shè)備中運(yùn)用脈沖加熱處理技術(shù)，技術(shù)人員需通過(guò)對(duì)熱壓機(jī)設(shè)備中的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮脈沖加熱處理技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，提升設(shè)備溫度與升溫時(shí)間控制精準(zhǔn)性。一般來(lái)講，以脈沖式技術(shù)為核心的主壓系統(tǒng)溫度控制難度較大，這主要是由于脈沖技術(shù)升溫速度較快，需設(shè)置較多的復(fù)雜參數(shù)，對(duì)精度的控制要求較高。這就需要技術(shù)人員對(duì)系統(tǒng)加熱功率進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證溫度控制系統(tǒng)最終能夠滿足溫控要求，具體設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：①科學(xué)選擇脈沖壓頭材料，根據(jù)熱壓機(jī)設(shè)備的加壓作業(yè)需要，選擇T1鍍金材料，從而提升壓頭的導(dǎo)電率，提高壓頭抗氧化能力，延長(zhǎng)其使用周期。②合理設(shè)定溫度值，采用分段控制的方法，設(shè)置4段溫度控制，設(shè)定多個(gè)溫度參數(shù)。③在每一個(gè)PLC控制中設(shè)置3個(gè)脈沖控制器，同時(shí)控制6個(gè)脈沖壓頭?？紤]到PLC的實(shí)施監(jiān)控溫度需求，需要不同讀取脈沖控制器的溫度數(shù)據(jù)，分析脈沖控制器中溫度數(shù)據(jù)的變化。這一環(huán)節(jié)中，需要保證讀取溫度參數(shù)與寫入溫度參數(shù)的一致，保證程序編寫時(shí)序合理、邏輯清晰。④采用串行方法連接PLC系統(tǒng)與脈沖控制器系統(tǒng)，將1個(gè)PLC同時(shí)對(duì)接3個(gè)脈沖控制器進(jìn)行通信。⑤根據(jù)設(shè)置完成的脈沖溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，進(jìn)一步設(shè)置起始溫度數(shù)值為50 ℃，設(shè)置第一段目標(biāo)的溫度數(shù)值為120 ℃，設(shè)置第二段目標(biāo)溫度設(shè)定為180 ℃;之后分別設(shè)置上壓頭的分離溫度為70 ℃，設(shè)定第一段、第二段的升溫時(shí)均為1 s，溫度保持時(shí)間分別為1 s、10 s。通過(guò)這部分設(shè)定，技術(shù)人員可以在交互界面上實(shí)時(shí)查看溫度控制曲線，進(jìn)一步控制熱壓機(jī)設(shè)備的升溫控制能力、溫度控制精度。

3.3 在光學(xué)標(biāo)定系統(tǒng)中的應(yīng)用

光學(xué)標(biāo)定系統(tǒng)是部分高精熱壓機(jī)設(shè)備中的重要構(gòu)成部分，這一系統(tǒng)構(gòu)成包括：聚焦鏡、45°全反射鏡、積分球、分光鏡、能量計(jì)、紅色指示光、CCD相機(jī)等。在光學(xué)標(biāo)定系統(tǒng)中運(yùn)用脈沖加熱處理技術(shù)，主要是借助激光器作為脈沖加熱源，在其內(nèi)部設(shè)置開(kāi)關(guān)模塊，以長(zhǎng)脈沖激光的形式經(jīng)過(guò)內(nèi)部模塊，形成1 064 mm準(zhǔn)連續(xù)激光。激光器的輸出激光脈沖寬度為1～20 ms，激光波長(zhǎng)為532～10 600 nm激光，在同一脈沖時(shí)間之內(nèi)，熱流會(huì)隨著時(shí)間的變化而發(fā)生轉(zhuǎn)變。在這一部分的運(yùn)用中，需要設(shè)置數(shù)據(jù)系統(tǒng)，以此采集脈沖加熱處理數(shù)據(jù)，測(cè)量脈沖加熱薄膜熱流傳感器的熱物性參數(shù)。在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，光學(xué)標(biāo)定系統(tǒng)可以借助脈沖加熱原理，吸收能確切數(shù)值，整個(gè)標(biāo)定系統(tǒng)放置于氣浮隔振的光學(xué)平臺(tái)上，促使標(biāo)定系統(tǒng)與外部振動(dòng)隔離，處于水平狀態(tài)。這一系統(tǒng)應(yīng)用中，具有較高的光路調(diào)試陶秋，這是有標(biāo)定系統(tǒng)所使用的激光波長(zhǎng)為1 064 nm，因此在系統(tǒng)內(nèi)增加了一路紅色激光，促使激光與紅色激光形成同光路。通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，充分發(fā)揮了脈沖加熱處理技術(shù)的熱控制優(yōu)勢(shì)，同時(shí)將其熱控制能力以激光的形式呈現(xiàn)出來(lái);此時(shí)1 064 nm激光通過(guò)分光鏡的透過(guò)率，與激光的入射角度相關(guān)，通過(guò)調(diào)整入射角度，能夠獲得不同的透過(guò)率。本系統(tǒng)所使用的分光鏡都是經(jīng)過(guò)專用的儀器標(biāo)定，必須使用調(diào)節(jié)激光調(diào)整分光鏡的入射角度。這樣才能保證入射角度的精準(zhǔn)性，保證脈沖加熱控制的精度與時(shí)間變化。

4 結(jié)束語(yǔ)

脈沖加熱處理技術(shù)在熱壓機(jī)設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用，能夠滿足多種不同類型熱壓機(jī)設(shè)備的運(yùn)行需求，提升熱壓機(jī)設(shè)備整體性能，進(jìn)一步增強(qiáng)設(shè)備功能性。在今后的熱壓機(jī)設(shè)備中運(yùn)用脈沖加熱處理技術(shù)，需要考慮熱壓機(jī)設(shè)備部上下壓頭同時(shí)壓接的動(dòng)作需求，把握脈沖加熱原理，精準(zhǔn)控制熱壓瞬間的溫度與壓力，保證設(shè)備整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、整個(gè)生產(chǎn)流程流暢自然，具有較高的自動(dòng)化水平。另外，在熱壓機(jī)設(shè)備的運(yùn)行中，需要考慮加熱、斷電冷卻的配合情況，考慮熱壓板的升溫速度與時(shí)間，加強(qiáng)對(duì)溫度變化時(shí)間的控制。

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