一种复层金属微通道结构复合与成形一体化装置及方法转让专利
申请号 : CN201910008197.6
文献号 : CN109647986B
文献日 : 2021-01-01
发明人 : 王传杰 , 张鹏 , 陈刚 , 栾冬 , 郭斌
申请人 : 哈尔滨工业大学(威海)
摘要 :
权利要求 :
1.一种复层金属微通道结构复合与成形一体化装置,其特征在于,包括配套的上模座(1)和下模座(2),所述上模座(1)和所述下模座(2)通过导套(3)和导柱(4)进行连接组成封闭的框架结构,所述上模座(1)通过所述导套(3)和所述导柱(4)可实现上下往复运动;所述上模座(1)的下表面上固设有竖直向下的凸模(5),所述下模座(2)的上表面上固设有与所述凸模(5)配套使用的凹模(13),所述凹模(13)通过与其配套的凹模固定板(14)固设于所述下模座(2)的上表面上,所述凹模固定板(14)与所述凹模(13)围成内陷的模具型腔,所述凹模(13)的上表面向内凹陷设有水平纵向的微通道凹槽(17),所述微通道凹槽(17)的宽度为0.05-1.0mm,高度为0.2-4.0mm,相邻所述微通道凹槽(17)的间距0.15-1.2mm;所述凸模(5)通过与其配套的凸模固定板(6)固设于所述上模座(1)的下表面上,所述凸模(5)的上端与所述上模座(1)接触的上表面向内凹陷设有凹槽,所述凹槽内固定连接设有贯穿所述上模座(1)的振子(9),位于所述凸模固定板(6)内的所述凸模(5)的下端边缘通过蝶形弹簧(11)与所述凸模固定板(6)内部的下端内壁边缘相连接;
将切割后的两个单层金属坯料(12)依次叠放于模具型腔内的凹模(13)的上表面处;通过压力机向下运行驱动凸模(5)向下快速运动,待凸模(5)距离坯料(12)的距离为1mm位置时,降低压力机向下运行并驱动凸模(5)向下运动的速度,同时启动振子(9)工作;当凸模(5)与坯料(12)接触时,坯料(12)在凸模(5)的载荷及振子(9)振动下产生塑性变形,在较大载荷和振动的复合作用下,双层金属界面发生连接,并在靠近凹模(13)一侧的坯料(12)上成形出与模具型腔的微通道凹槽(17)结构一致的微通道;
所述凹模(13)的下方还设有用于支撑所述凹模(13)的凹模垫块(15),所述凹模(13)和所述凹模垫块(15)可拆卸固定连接;当需要取出成形件时,首先取出凹模垫块(15),凸模(5)在压力机的驱动下继续下行,凹模(13)和坯料(12)在凸模(5)的作用下从凹模固定板(14)上脱离,再利用模具型腔内设置的拔模斜度和外力取出成形件。
2.根据权利要求1所述的一种复层金属微通道结构复合与成形一体化装置,其特征在于,所述凸模固定板(6)通过螺栓(8)和定位销(7)固定连接在所述上模座(1)的下表面上;
所述凹模(13)通过穿过所述下模座(2)和凹模固定板(14)的螺钉(16)固定在下模座(2)上;
所述振子(9)的顶端通过螺母(10)固定于所述上模座(1)上。
3.根据权利要求1所述的一种复层金属微通道结构复合与成形一体化装置,所述凸模(5)和所述凹模(13)材料均为模具钢SKD61,并进行淬火处理,硬度达到HRC50-55。
4.一种复层金属微通道结构复合与成形一体化方法,其特征在于,使用如权利要求1~
3任一项所述的复层金属微通道结构复合与成形一体化装置,所述复层金属微通道结构复合与成形一体化方法,包括以下步骤:
步骤一:上模座(1)在压力机的驱动下带动凸模(5)一起上行,上行至凸模(5)距凹模固定板(14)上表面指定位置处停止;
步骤二:将切割后的两个单层金属坯料(12)依次叠放于模具型腔内的凹模(13)的上表面处;
步骤三:通过压力机向下运行驱动凸模(5)向下快速运动,待凸模(5)距离坯料(12)的距离为1mm位置时,降低压力机向下运行并驱动凸模(5)向下运动的速度,同时启动振子(9)工作;当凸模(5)与坯料(12)接触时,坯料(12)在凸模(5)的载荷及振子(9)振动下产生塑性变形,在较大载荷和振动的复合作用下,双层金属界面发生连接,并在靠近凹模(13)一侧的坯料(12)上成形出与模具型腔的微通道凹槽(17)结构一致的微通道。
5.根据权利要4所述的一种复层金属微通道结构复合与成形一体化方法,其特征在于,步骤一中所述凸模(5)距凹模固定板(14)上表面10-20mm的位置时停止。
6.根据权利要4所述的一种复层金属微通道结构复合与成形一体化方法,其特征在于,步骤三中所述压力机以50-100mm/min的速度向下运行驱动凸模(5)向下快速运动,待凸模(5)距离坯料(12)的距离为1mm位置时,将压力机速度调至0.5-1mm/min的速度再向下运行并驱动凸模(5)向下运动。
7.根据权利要4所述的一种复层金属微通道结构复合与成形一体化方法,其特征在于,还包括以下步骤:步骤四:压力机达到预先设定的位移或载荷时,保压1-2分钟,然后关闭压力机和振子(9)的电源后,制得复层金属微通道结构复合与成形一体的成形件。
8.根据权利要7所述的一种复层金属微通道结构复合与成形一体化方法,其特征在于,还包括以下步骤:步骤五:取出凹模垫块(15),凸模(5)在压力机的驱动下继续下行,凹模(13)和坯料(12)在凸模(5)的作用下从凹模固定板(14)上脱离,再利用模具型腔内设置的拔模斜度和外力取出成形件。
说明书 :
一种复层金属微通道结构复合与成形一体化装置及方法
技术领域
背景技术
感性所带来的芯片热控制问题也不断突显。电子器件工作的可靠性对温度十分敏感,任何
设计精良的电子设备在长期过热及不均匀热应力的作用下都会发生故障或失效。一般电子
器件工作温度应在130℃以下。著名的10℃法则指出:当电子器件的温度在70-80℃水平上
每增加10℃,可靠性就会下降50%。美国曾对机载电子设备全年的故障进行了分析,发现
50%以上的故障是由各种环境因素所致,而这其中55%是超温而引起的。散热问题成为制
约微电子设备发展的瓶颈。因此开发新型的强化散热技术及高效率散热器以完善热设计和
热控制方案已迫在眉睫。微通道散热器是解决上述问题有效途径之一。
点,具有工艺简单、成形件性能优异、精度高以及加工成本低等特点,非常适合微型零件的低成本批量制造,在微通道精密制造方面具有广泛的应用前景。但是由于介观尺度下材料
充填能力较差,成形质量之类的不能保证,需要开发辅助手段以提高材料的充填能力。因
此,开展铜铝等复层金属微通道结构高效加工技术研究,具有十分重要的经济意义。
(PDMS),并借助软光刻技术制作,而本微流控芯片浇铸所用的阳模则采用SU-8无掩模光刻
加工,该技术虽然具有柔性高、制作成本低及周期短等优点,但是其制备装置结构复杂、操作要求严格,且不适用于关于金属材料领域的微流道研究。
发明内容
通过导套和导柱可实现上下往复运动;上模座的下表面上固设有竖直向下的凸模,下模座
的上表面上固设有与凸模配套使用的凹模,凹模通过与其配套的凹模固定板固设于下模座
的上表面上,凹模固定板与凹模围成内陷的模具型腔,位于模具型腔内的凹模的上表面向
内凹陷设有水平纵向的微通道凹槽;凸模通过与其配套的凸模固定板固设于上模座的下表
面上,凸模的上端与上模座接触的上表面向内凹陷设有凹槽,凹槽内固定连接设有贯穿上
模座的振子,位于凸模固定板内的凸模的下端边缘通过蝶形弹簧与凸模固定板内部的下端
内壁边缘相连接;
用下,双层金属界面发生连接,并在靠近凹模一侧的坯料上成形出与模具型腔的微通道凹
槽结构一致的微通道;
置的拔模斜度和外力取出成形件。
步骤:
当凸模与坯料接触时,坯料在凸模的载荷及振子振动下产生塑性变形,在较大载荷和振动
的复合作用下,双层金属界面发生连接,并在靠近凹模一侧的坯料上成形出与模具型腔的
微通道凹槽结构一致的微通道。
并驱动凸模向下运动。
力,即通过超声振动辅助方法同时实现双金属材料制备和大特征比微通道结构的精密成
形,成形微通道结构质量显著提高,工艺流程短、装置结构简单、成本低、效率高、材料利用率高、易于实现批量化生产。
附图说明
具体实施方式
架结构,上模座1通过导套3和导柱4可实现上下往复运动;上模座1、下模座2之间的导向是靠导套3和导柱4来保证的。上模座1的下表面上固设有竖直向下的凸模5,下模座2的上表面上固设有与凸模5配套使用的凹模13,凹模13通过与其配套的凹模固定板14固设于下模座2
的上表面上,凹模固定板14与凹模13围成内陷的模具型腔,位于模具型腔内的凹模13的上
表面向内凹陷设有水平纵向的微通道凹槽17;微通道凹槽17的宽度为0.05-1.0mm,高度为
0.2-4.0mm,相邻微通道凹槽17的间距0.15-1.2mm,特征比3.0-6.0。
接。位于下模座2和凹模固定板14之间的凹模13的下方还设有用于支撑凹模13的凹模垫块
15,凹模13和凹模垫块15可拆卸固定连接。凸模固定板6通过螺栓8和定位销7固定连接在上模座1的下表面上;凹模13通过穿过下模座2和凹模固定板14的螺钉16固定在下模座2上;振子9的顶端通过螺母10固定于上模座1上。
动凸模5向下运动,同时启动振子9工作;当凸模5与坯料12接触时,坯料12在凸模5的载荷及振子9振动下产生塑性变形,在较大载荷和振动的复合作用下,双层金属界面发生连接,并在靠近凹模13一侧的坯料12上成形出与模具型腔的微通道凹槽17结构一致的微通道;
形件;
使得贴近凹模13的下层金属在上层金属的压力作用发生塑性变形,并在下层金属的下表面
上成形出所要的大特征比微通道结构,同时在大塑性变形作用下上、下层金属发生塑性连
接,两层金属复合成一个整体。本发明采用超声振动辅助成形方法,能够有效降低材料变形抗力及摩擦系数,提高介观尺度下材料充填能力,使两层金属复合结构更稳固,同时变形产生的大特征比微通道结构更简便易行,成形微通道结构质量显著提高。即通过超声振动辅
助方法同时实现双金属材料制备和大特征比微通道结构的精密成形,具有工艺流程短、装
置结构简单、成本低、效率高、材料利用率高、易于实现批量化生产特点。
性能,同时显著节约成本。本发明提供一种复层金属微通道结构复合与成形一体化装置及
方法,成形微通道结构质量显著提高,具有结构简单、工艺流程短、效率高、成形件质量优良、成本低等优点。
需求选择不同速度,均可以实现本发明的复层金属微通道结构复合与成形一体化装置及方
法。