專利名稱：拉鍛集成式玻璃微噴嘴制作儀的制作方法
技術領域：
本發明屬于玻璃微噴嘴制作領域，特別是一種拉鍛集成式玻璃微噴嘴制作儀。
背景技術：
目前，常見的微噴嘴制作裝置有水平式和垂直式拉針儀、鍛 針儀，拉針儀有水平式、垂直式，一般依靠電磁力、氣動力、重力等將加熱的玻璃管道從中部拉開，鍛制儀的工作過程為將玻璃管道或經過拉制的微噴嘴出口處加熱，由于粘度降低表面張力作用使玻璃發生殘余變形，端口收縮，形成所需的幾何形狀。在被應用于微液滴發生時，具有快速收斂的微流道內表面有利于微噴射現象；應用于細胞顯微操作、細胞注射時，需要針尖內徑為微米甚至納米級別的微噴嘴；當被做為細胞微鉗時需要經過鍛制的微噴嘴，將拉制出的微噴嘴進行熱處理可以明顯改善微噴嘴在拉制過程中形成的殘余應力。這些操作均需要特定幾何形狀的玻璃微噴嘴，要求微噴嘴一致性良好，以實現可重復性實驗。所以需要制作出操作簡單、高度自動化的微噴嘴制作儀，擺脫對操作熟練性的依賴，節省勞力和工作時間；需要制作出幾何形狀、應力性質等使用特性一致性良好的微噴嘴，以取得良好應用效果，需要將拉制和鍛制微噴嘴集成至同一臺儀器，進行拉制、高溫拋光、鍛口等操作，以節約成本，需要能夠實現二次拉制制作微噴嘴，以得到大錐度的微噴嘴。為了解決這一問題，許多國家的研究人員作了相關研究工作，如US6363750BI、US4111677、US4530712等專利申請的設計思想基本上是相同的，即都是將玻璃微針局部加熱拉伸，以形成出口處內徑比較小的微噴嘴，通過改變拉力等操作來控制微針幾何形狀，雖然專利US6363750B1中提出了一種可以同時進行拉制和鍛制的微噴嘴制作儀，但這種儀器結構復雜，增加了使用者的成本。

發明內容
本發明的目的在于提供一種可以同時進行拉制和鍛制且成本較低的拉鍛集成式玻璃微噴嘴制作儀。實現本發明目的的技術解決方案為
一種微嗔嘴制作僅，包括微針夾持結構，拉針運動結構，加熱絲夾持結構，鍛針運動結構，鍛針運動結構由步進電機、電機固定板、聯軸器、上限位開關、絲杠、下限位開關、絲杠固定結構、鍛針滑塊以及拉鍛切換結構和步進電機控制器構成，所述步進電機通過螺栓固定于電機固定板，電機固定板采用螺栓連接固定于背板，電機與絲杠通過聯軸器連接，絲杠通過軸承裝配于絲杠固定結構，絲杠固定結構沿垂直方向裝配于背板，上限位開關和下限位開關裝配于絲杠固定結構，控制鍛針滑塊不超過行程，拉鍛切換結構包括拉鍛切換器和輔助板，其中，拉鍛切換器由螺栓連接于輔助板，輔助板以螺栓裝配于鍛針滑塊。本發明與現有技術相比，其顯著優點
設計了延時控制結構，可以實現大的錐度的微噴嘴制作和二次拉制成型的微噴嘴制作；以可調的重物塊和砝碼的重力作為拉制力；將微針拉制和微針鍛制集成于一體，設計了拉制鍛制切換結構，以步進電機控制鍛針運動，提高了鍛針的精度，實現了微針鍛制自動化，結構簡單，操作簡單，成本低廉，拉制、鍛制技術參數可控。所以，所述的微噴嘴制作儀能夠進行微針拉制、鍛制操作，制作出能夠適用于多種不同使用場合的玻璃微針。下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。


圖I是本發明拉鍛集成式微噴嘴制作儀的主視結構示意圖。圖2是本發明拉鍛集成式微噴嘴制作儀的俯視結構示意圖。圖3是本發明拉鍛集成式微噴嘴制作儀的左視構示意圖。 圖4是本發明拉鍛集成式微噴嘴制作儀的微噴嘴拉制示意圖。圖5是本發明拉鍛集成式微噴嘴制作儀的延時拉制示意圖。圖6是本發明拉鍛集成式微噴嘴制作儀的拉制結束階段示意圖。圖7是本發明拉鍛集成式微噴嘴制作儀的微噴嘴鍛制過程示意圖。圖8是本發明拉鍛集成式微噴嘴制作儀的立體結構示意圖。
具體實施例方式本發明一種拉鍛集成式玻璃微噴嘴制作儀，包括微針夾持結構，拉針運動結構，力口熱絲夾持結構，鍛針運動結構，鍛針運動結構由步進電機6、電機固定板7、聯軸器8、上限位開關9、絲杠10、下限位開關13、絲杠固定結構14、鍛針滑塊29以及拉鍛切換結構和步進電機控制器構成，所述步進電機6通過螺栓固定于電機固定板7，電機固定板7采用螺栓連接固定于背板18，電機6與絲杠10通過聯軸器8連接，絲杠10通過軸承裝配于絲杠固定結構14，絲杠固定結構14沿垂直方向裝配于背板18，上限位開關9和下限位開關13裝配于絲杠固定結構14，控制鍛針滑塊29不超過行程，拉鍛切換結構包括拉鍛切換器11和輔助板12，其中，拉鍛切換器11由螺栓連接于輔助板12，輔助板12以螺栓裝配于鍛針滑塊29。微針夾持結構由微針上端夾持器2、上部螺釘4、微針下端夾持器23、下部螺釘24構成，微針上端夾持器2通過螺栓裝配于背板18的條形孔，上部螺釘4安裝在微針上端夾持器2的上部V型槽3的一側，上部螺釘4的螺帽覆蓋住上部V型槽3，微針下端夾持器23固定在滑塊28上，下部螺釘24安裝在微針下端夾持器23的下部V型槽22的一側，下部螺釘24的螺帽覆蓋住下部V型槽22。拉針運動結構包括導軌19、滑塊28、微針下端夾持器23、配重21及延時結構20，導軌19通過螺栓安裝于背板18上，滑塊28安裝與導軌19，可沿導軌19滑動，微針下端夾持器23通過螺栓固定于滑塊28，配重21通過螺栓固定于微針下端夾持器23，延時結構20通過螺栓固定在背板18上，延時結構20是可抽拉的電磁鐵。加熱絲夾持結構包括加熱絲I、金屬墊片5、夾持結構27、螺栓26及彈簧25，夾持結構27通過螺栓26及彈簧25固定于微噴嘴制作儀基座背板18的條型通孔中，分布在夾持結構27兩側對稱的金屬墊片5連接于加熱絲控制導線30，加熱絲I的兩端連接至兩端的金屬墊片5上，導線30連接于加熱絲控制器。實施例微針夾持結構由裝配于背板18的條型通孔的微針上端夾持器2、上部螺釘4，裝配于滑塊28上的微針下端夾持器23、下部螺釘24構成，微針夾持器上加工有V型槽。所述的拉針運動結構由導軌19、滑塊28、裝配于滑塊的微針下端夾持器23及延時結構20構成，所述的滑塊28為沿導軌19滑動的滾珠滑塊，可以通過市場購買獲得，微針拉制過程中由滑塊28及裝配于其上的微針下端夾持器23，配重21 (金屬配重塊)提供拉力，所述的配重21 (金屬配重塊)構成了拉力調節部分，當需要調節拉力時可以增減配重塊數量。背板18由對稱側板17固定于基板15,構成機身。所述的延時結構20由直動框架式電磁鐵及基于STC8051延時控制電路構成，所述的加熱絲I由鎳鎘合金電阻絲繞成螺旋狀，加熱絲I的圈數及螺旋線圈直徑均可以調節，所述的加熱絲I由對稱金屬墊片5及螺釘固定于由絕緣PDMS材料加工制作的夾持結構27上，夾持結構27通過螺栓26及彈簧25固定于微噴嘴制作儀基座背板18的條型通孔中，所述的金屬墊片5連接于加熱絲控制導線30，同時起到導電作用，所述的導線30連接于加熱絲控制器，在導軌19下端裝有限位開關16，當拉制過程結束時由滑塊28觸動，控制加熱絲I加熱回路斷開。所述的鍛針過程由加熱絲部分和運動部分構成，由于所述的鍛制加熱絲I與拉制過程工作加熱絲為同一個電阻絲，其控制部分為共用模式，所述的鍛針運動部分由步進電機6、電機固定金屬板7、絲杠10、絲杠固定結構14、拉鍛切換結構部分和步進電機控制部分構成，所述電機6通過螺栓固定于電機固定板7，用螺栓將電機固定板7裝配于背板18，步進電機6與絲杠10通過聯軸器8連接，絲杠10通過軸承裝配于絲杠固定結構14，絲杠固定結構14沿垂直方向裝配于背板18，上限位開關9和下限位開關13固定于絲杠固定結構14，控制鍛針滑塊29不超過行程，所述的拉鍛切換結構能夠使拉制過程與鍛制過程分時復用同一個工作電阻絲，實現方式為設計了拉鍛切換器11，將其用螺栓連接于輔助板12，再將輔助板12以螺釘固定于鍛針滑塊29，所述的步進電機控制部分采用C++編程，以上位PC機串口通信控制STC8051單片機控制，能夠實現上升、延時、下降等連續及單步過程，能夠設置速度等參數。
本發明拉鍛集成式微噴嘴制作儀的工作過程為拉制過程為如圖4所示首先設置加熱溫度、選擇合適幾何形狀加熱絲I (匝數、內徑)，選擇合適的配重塊的數目，將微噴嘴31裝夾固定于上端V型槽3、下端V型槽22，分別以上部螺釘4、下部螺釘24壓緊微針上下端，打開控制開關，當拉制完成時，滑塊28觸及限位開關16，加熱絲停止加熱。延時控制模式分為兩種一、首先裝夾微針31上端，然后將滑塊28上滑后拉出延時結構20支撐滑塊28，停穩后裝夾微針31下端，設置延時時間(原則上大于非延時模式拉制時間)，開始微針拉制；~■、首先裝夾微針31上端，然后將滑塊28上滑至延時結構20上方一定距尚，裝夾微針31下端，設置延時時間(原則上大于非延時模式拉制時間)，待加熱拉出一段變形，如圖5所示，延時結構20支撐住滑塊28，待延時結束后完成微針拉制，如圖6所示。鍛制過程為如圖7所示將經過拉制或者經過拉制、截斷等工序的微針31裝夾于微針夾持器下部V型槽22，以下部螺釘24壓緊，調節步進電機6將微針31的出口端對準加熱絲I螺旋線圈下端，此時下降微針下端夾持器23距離LI，再選擇微針鍛制時進入線圈距離L2，則設置微針下端夾持器23上升總距離為L1+L2，設置上升速度VI、下降速度V2，加熱時間t，設置加熱絲I溫度，打開加熱絲控制器待溫度場穩定后，點擊開始，微針31完成上升、加熱、下降過程，可以完成鍛制、熱拋光、熱處理等加工。
權利要求
1.一種拉鍛集成式玻璃微嗔嘴制作僅，包括微針夾持結構，拉針運動結構，加熱絲夾持結構，鍛針運動結構，其特征在于，鍛針運動結構由步進電機(6)、電機固定板(7)、聯軸器(8)、上限位開關(9)、絲杠(10)、下限位開關(13)、絲杠固定結構(14)、鍛針滑塊(29)以及拉鍛切換結構和步進電機控制器構成，所述步進電機(6)通過螺栓固定于電機固定板(7)，電機固定板(7)采用螺栓連接固定于背板(18)，步進電機(6)與絲杠(10)通過聯軸器(8)連接，絲杠(10)通過軸承裝配于絲杠固定結構(14)，絲杠固定結構(14)沿垂直方向裝配于背板(18)，上限位開關(9)和下限位開關(13)裝配于絲杠固定結構(14)，控制鍛針滑塊(29)不超過行程，拉鍛切換結構包括拉鍛切換器(11)和輔助板(12)，其中，拉鍛切換器(11)由螺栓連接于輔助板(12)，輔助板(12)以螺栓裝配于鍛針滑塊(29)。
2.根據權利要求I所述的一種拉鍛集成式玻璃微噴嘴制作儀，其特征在于，微針夾持結構由微針上端夾持器(2)、上部螺釘(4)、微針下端夾持器(23)、下部螺釘(24)構成，微針上端夾持器(2)通過螺栓裝配于背板(18)的條形孔，上部螺釘(4)安裝在微針上端夾持器(2)的上部V型槽(3)的一側，上部螺釘(4)的螺帽覆蓋住上部V型槽(3)，微針下端夾持器(23 )固定在滑塊(28 )上，下部螺釘(24)安裝在微針下端夾持器(23 )的下部V型槽(22 )的一側，下部螺釘(24)的螺帽覆蓋住下部V型槽(22 )。
3.根據權利要求I所述的一種拉鍛集成式玻璃微噴嘴制作儀，其特征在于，拉針運動結構包括導軌(19)、滑塊(28)、微針下端夾持器(23)、配重(21)及延時結構(20)，導軌(19)通過螺栓安裝于背板(18)上，滑塊(28)安裝與導軌(19)，可沿導軌(19)滑動，微針下端夾持器(23)通過螺栓固定于滑塊(28)，配重(21)通過螺栓固定于微針下端夾持器(23)，延時結構(20 )通過螺栓固定在背板(18 )上。
4.根據權利要求I所述的一種拉鍛集成式玻璃微噴嘴制作儀，其特征在于，加熱絲夾持結構包括加熱絲(I)、金屬墊片(5)、夾持結構(27)、螺栓(26)及彈簧(25)，夾持結構(27)通過螺栓(26)及彈簧(25)固定于微噴嘴制作儀基座背板(18)的條型通孔中，分布在夾持結構(27)兩側對稱的金屬墊片(5)連接于加熱絲控制導線(30)，加熱絲(I)的兩端連接至兩端的金屬墊片(5)上，導線(30)連接于加熱絲控制器。
5.根據權利要求3所述的一種拉鍛集成式玻璃微噴嘴制作儀，其特征在于，延時結構(20)是可抽拉的電磁鐵。
全文摘要
本發明公開了一種拉鍛集成式玻璃微噴嘴制作儀，包括微針夾持結構，拉針運動結構，加熱絲夾持結構，鍛針運動結構，鍛針運動結構由步進電機、電機固定板、聯軸器、上限位開關、絲杠、下限位開關、絲杠固定結構、鍛針滑塊以及拉鍛切換結構和步進電機控制器構成，本發明設計了延時控制結構，可以實現大的錐度的微噴嘴制作和二次拉制成型的微噴嘴制作；以可調的重物塊和砝碼的重力作為拉制力；將微針拉制和微針鍛制集成于一體，設計了拉制鍛制切換結構，以步進電機控制鍛針運動，提高了鍛針的精度，實現了微針鍛制自動化，結構簡單，操作簡單，成本低廉，拉制、鍛制技術參數可控。
文檔編號C03B23/045GK102633427SQ20121012363
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月25日 優先權日2012年4月25日
發明者侯麗雅, 朱麗, 李宗安, 章維一 申請人:南京理工大學