Gia nhiệt cảm ứng từ là một quá trình làm nung nóng khơng tiếp xúc. Nó sử dụng điện tần số cao để vật liệu dẫn điện sinh ra nhiệt. Gia nhiệt cảm ứng từ tạo ra nhiệt trong lịng phơi. Cách gia nhiệt bằng cảm ứng từ nhƣ sau:
- Một nguồn điện tần số cao đƣợc sử dụng để điều khiển một dòng điện xoay chiều lớn thông qua một cuộn dây. Cuộn dây này đƣợc gọi là các cuộn dây cảm ứng.
- Sự biến thiên dòng điện qua cuộn dây này tạo ra một từ trƣờng rất mạnh và thay đổi nhanh chóng trong các khơng gian bên trong các cuộn dây làm việc. Các phơi đƣợc làm nóng đƣợc đặt trong từ trƣờng xoay chiều dữ dội.
- Từ trƣờng xoay chiều gây ra một dịng điện trong các phơi dẫn. Sự sắp xếp của các cuộn dây làm việc và các phơi có thể đƣợc coi nhƣ một biến áp điện. Các cuộn dây làm việc giống nhƣ chính nơi mà năng lƣợng điện đƣợc đƣa vào, và các phôi là phần thứ cấp của biến thế bị ngắn mạch. Điều này phát sinh dòng cảm ứng qua các phôi. Chúng đƣợc gọi là dịng điện xốy (dịng cảm ứng).
- Thêm vào đó, tần số cao đƣợc sử dụng trong các ứng dụng nhiệt cảm ứng đƣa đến một hiện tƣợng gọi là hiệu ứng bề mặt. Hiệu ứng bề mặt này buộc các dòng điện xoay chiều chảy trong một lớp mỏng về phía bề mặt của phơi. Hiệu ứng
làm tăng điện trở hiệu dụng của kim loại. Do đó nó làm tăng đáng kể hiệu ứng nhiệt do dòng điện cảm ứng trong các phôi.
Phƣơng pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ thƣờng đƣợc sử dụng trong quá trình gia nhiệt cho các vật liệu dẫn điện nhằm nâng nhiệt độ lên đến giới hạn chảy (quá trình hàn), hoặc đến nhiệt độ chuyển đổi pha (q trình tơi cao tần). Hiện nay, trong các phƣơng pháp gia công tiên tiến, phƣơng pháp gia nhiệt này có ƣu điểm vƣợt trội về tốc độ gia nhiệt, độ ổn định, cũng nhƣ khả năng điều khiển quá trình gia nhiệt. Nhìn chung, phƣơng pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ thuộc nhóm phƣơng pháp gia nhiệt khơng tiếp xúc. Phƣơng pháp này dựa trên ảnh hƣởng của dòng điện cao tần trong cuộn dây cảm ứng từ tạo nên dòng điện cảm ứng trên bề mặt cần gia nhiệt. Nhờ dòng điện cảm ứng này, bề mặt cần gia nhiệt sẽ đƣợc nung nóng đến giá trị cần thiết. Do đặc điểm về dòng điện cảm ứng từ, trong quá trình gia nhiệt, hầu nhƣ chỉ phần vật liệu gần lớp bề mặt bị ảnh hƣởng (nung nóng), do đó, hiệu quả của quá trình gia nhiệt đƣợc nâng cao. Ngồi ra, trong q trình phun ép, sau khi bề mặt khuôn đƣợc gia nhiệt và đạt đến giá trị nhiệt độ nhất định, nhựa nóng sẽ đƣợc phun vào lịng khn, sau đó, q trình giải nhiệt cho khn sẽ diễn ra. Vì phƣơng pháp cảm ứng từ chỉ gia nhiệt tại bề mặt khn, do đó, q trình giải nhiệt cho khn sẽ diễn ra dễ dàng và tốc độ giải nhiệt sẽ nhanh hơn so với các phƣơng pháp gia nhiệt khác.
Nguyên lý hoạt động của phƣơng pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ đƣợc trình bày nhƣ hình 2.4 và 2.5. Thiết bị gia nhiệt bằng cảm ứng từ sẽ cấp nguồn điện, tạo ra dòng điện cao tần chạy trong cuộn dây (Cuộn sơ cấp - coil). Dòng điện này sẽ tạo ra từ trƣờng thay đổi xung quanh cuộn dây với cùng tần số của nguồn cao tần. Theo định luật Faraday, nếu có một cuộn dây khác nằm trong vùng ảnh hƣởng của từ trƣờng này, dòng điện cảm ứng sẽ đƣợc tạo ra bên trong cuộn thứ cấp (Secondary coil). Vì vậy, trong phƣơng pháp gia nhiệt cho bề mặt khuôn theo phƣơng pháp cảm ứng từ, cuộn dây sẽ đóng vai trị nhƣ cuộn sơ cấp, và bề mặt khn sẽ đóng vai trị nhƣ cuộn thứ cấp (hình 2.5). Khi có dịng điện cao tần chạy trong cuộn dây, từ trƣờng biến thiên với tần số cao sẽ đƣợc tạo ra. Nếu bề mặt cần gia nhiệt của khuôn
đƣợc đặt gần cuộn dây, dòng điện cảm ứng sẽ xuất hiện trên bề mặt khn, và q trình gia nhiệt sẽ đƣợc thực hiện.
Hình 2.4: Nguyên lý hoạt động của phƣơng pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ
Hình 2.5: Dịng điện cảm ứng trong phƣơng pháp gia nhiệt bằng cảm ứng từ