一种双金属微通道挤压复合与成形一体化装置和方法转让专利
申请号 : CN201910008224.X
文献号 : CN109719206B
文献日 : 2020-09-18
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 :
1.一种双金属微通道挤压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A(12)和凹模B(13),所述凹模A(12)和所述凹模B(13)围成中间带有通孔的环状结构的凹模型腔(16),所述凹模型腔(16)内的所述凹模A(12)和所述凹模B(13)的侧壁上分别设有相互对称的微通道(17);
将经过切割的坯料A(9)和坯料B(10)放置于凹模固定板(11)中心的凹模型腔(16)上端后;再通过压力机向下运行驱动凸模(5)向下快速运动,所述凸模(5)迫使坯料A(9)和坯料B(10)在凸模(5)压力作用下同时分别沿着凹模A(12)和凹模B(13)的微通道(17)进入凹模型腔(16)内,坯料A(9)和坯料B(10)在凹模A(12)和凹模B(13)围成的凹模型腔(16)内产生剧烈塑性变形:使得坯料A(9)和坯料B(10)在接触界面处相结合,同时在坯料A(9)和坯料B(10)的外侧边缘处形成与凹模A(12)和凹模B(13)表面微通道(17)结构相同的加工微通道,制成AB组合成形件。
2.根据权利要求1所述的一种双金属微通道挤压复合与成形一体化装置,其特征在于,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A(12)和所述凹模B(13)通过与其配套的凹模固定板(11)固设于所述下模座(2)的上表面上;
所述凹模A(12)和所述凹模B(13)通过穿过所述凹模固定板(11)的螺钉(14)固定在下模座(2)上。
3.根据权利要求1所述的一种双金属微通道挤压复合与成形一体化装置,其特征在于,位于所述凹模型腔(16)下端的所述下模座(2)上还贯穿设有出件通道(15),所述出件通道(15)的口径大于所述凹模型腔(16)的口径大小。
4.根据权利要求1所述的一种双金属微通道挤压复合与成形一体化装置,其特征在于,所述微通道(17)的侧壁顶端均设有向所述凹模型腔(16)内部倾斜的倒角结构(18),所述倒角结构(18)将所述凹模型腔(16)顶部围成向内倾斜的锥体结构。
5.根据权利要求1所述的一种双金属微通道挤压复合与成形一体化装置,其特征在于,所述凹模A(12)、所述凹模B(13)和所述凸模(5)的材质均为钢Cr12MoV,并均进行淬火处理制成。
6.一种双金属微通道挤压复合与成形一体化方法,其特征在于,使用如权利要求1~5任一项所述的双金属微通道挤压复合与成形一体化装置,所述双金属微通道挤压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(11)上表面指定位置时停止;
步骤二:将经过切割的坯料A(9)和坯料B(10)放置于凹模固定板(11)中心的凹模型腔(16)上端后;
步骤三:再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A(9)和坯料B(10)上端面附近位置时,降低压力机向下驱动凸模(5)向下运动的速度,迫使坯料A(9)和坯料B(10)在凸模(5)压力作用下同时分别沿着凹模A(12)和凹模B(13)的微通道(17)进入凹模型腔(16)内,坯料A(9)和坯料B(10)在凹模A(12)和凹模B(13)围成的凹模型腔(16)内产生剧烈塑性变形:使得坯料A(9)和坯料B(10)在接触界面处相结合,同时在坯料A(9)和坯料B(10)的外侧边缘处形成与凹模A(12)和凹模B(13)表面微通道(17)结构相同的加工微通道,制成AB组合成形件。
7.根据权利要求6所述的一种双金属微通道挤压复合与成形一体化方法,其特征在于,步骤一中所述凸模(5)距所述凹模固定板(11)上表面50-70mm的位置时停止。
8.根据权利要求6所述的一种双金属微通道挤压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200mm/min的速度向下运行,待凸模(5)距离坯料A(9)和坯料B(10)上端面1-2mm位置时,将压力机速度调至10-50mm/min的速度后再向下运行驱动凸模(5)向下运动。
9.根据权利要求6所述的一种双金属微通道挤压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:压力机继续下行到预定位置后,压力机再反向运行并上行到初始位置,然后将另一组坯料A(9)和坯料B(10)放置于凹模固定板(11)内的凹模型腔(16)的上端;步骤五:重复步骤三,并将上一组AB组合成形件从凹模型腔(16)内挤出,从出件通道(15)取出AB组合成形件。
10.根据权利要求9所述的一种双金属微通道挤压复合与成形一体化方法,其特征在于,步骤四中所述压力机下行到预定位置为压力机挤压坯料A(9)和坯料B(10)至二者顶端高于所述凹模型腔(16)顶端高度1-2mm时,压力机再反向运行并上行到初始位置。
说明书 :
一种双金属微通道挤压复合与成形一体化装置和方法
技术领域
背景技术
温度敏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。
量级,当微通道尺度微细化之后,面积体积比显著增大,表面作用增强,热传递效率能比常规尺度提高2-3个数量级。相对于风冷方式、热管喷雾冷却等传统冷却方式,微结构冷却方式以其散热量大、结构紧凑、低热阻、薄片型、轻便等特点将成为解决未来电子器件散热问题的最佳途径之一。微通道散热器的核心部件是微通道,其通道宽度为10-1000μm,属于介观尺度范畴,因此微通道构件精密制造对微细加工技术提出了更高的要求。近年来,各种各样的微细加工技术被应用于加工微型换热器,如化学蚀刻技术、X射线光刻法(LIGA)、微铣削加工技术以及离子束加工技术等。化学刻蚀技术通过化学腐蚀方法去除材料,可以加工
微米级微通道,存在成本高、环境污染、化学刻蚀剂不安全等缺点。X射线光刻法包括X光深度同步辐射光刻,电铸制模和注模复制三个工艺步骤,可以加工大高宽比、高质量微通道,存在成本高、加工效率低等缺点。微铣削加工技术具有可加工材料较为广泛、加工表面精度高等优点,存在加工效率低、需要价格昂贵的微钻头、成本高等缺点。离子束加工技术可以加工微纳尺度高精度的微通道,存在成本高、加工效率低等缺点。为了进一步促进微通道散热器在微型化产品中的推广应用,迫切需要开发具有效率高、成本低、易于实现批量化生产的新的微细加工技术。
光,利用半波片和偏振片的组合调整能量,通过脉冲整形器把飞秒激光调制为飞秒间隔的
脉冲序列;步骤二:把步骤一所得到的脉冲序列激光通过反射镜反射到物镜中聚焦,并借助CCD和照明光源成像,移动6维精密电控平台,使激光焦点位于水平放置于6维精密电控平台的样品的下表面;步骤三:计算机控制6维精密电控平台沿激光的传播方向运动,即可在样品上加工出微通道。本发明通过脉冲整形器把飞秒激光调制为飞秒间隔的脉冲序列,从而
提高了微通道的制备效率。而且无需引入振动源,所以该方法不会降低精密加工的可控性。
牺牲层,再结合湿法刻蚀制作玻璃微通道。制作过程无需使用光刻方法所需的试剂与设备,加工快速简便,成本低,特别适合于玻璃微流控芯片快速、大批量的制备。使用本发明提供的方法还可以应用于硅、石英或金属基底上的微通道制作。
发明内容
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A和凹模B,凹模A和凹模B围成中间带有通孔的环状
结构的凹模型腔,凹模型腔内的凹模A和凹模B的侧壁上分别设有相互对称的微通道;
沿着凹模A和凹模B的微通道进入凹模型腔内,坯料A和坯料B在凹模A和凹模B围成的凹模型
腔内产生剧烈塑性变形:使得坯料A和坯料B在接触界面处相结合,同时在坯料A和坯料B的
外侧边缘处形成与凹模A和凹模B表面微通道结构相同的加工微通道,制成AB组合成形件。
板固设于下模座的上表面上;凹模A和凹模B通过穿过凹模固定板的螺钉固定在下模座上。
和凹模B围成的凹模型腔内产生剧烈塑性变形:使得坯料A和坯料B在接触界面处相结合,同时在坯料A和坯料B的外侧边缘处形成与凹模A和凹模B表面微通道结构相同的加工微通道,
制成AB组合成形件。
动。
具精度和表面质量的提高,提高零件成形质量。
厚度,无需单独制备不同组成方式的双金属材料,省去了复层金属的制备工艺,缩短了工艺流程,提高了生产效率。
附图说明
具体实施方式
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A12和凹模B13,凹模A12和凹模B13围成中间带有通孔的环
状结构的凹模型腔16,凹模型腔16内的凹模A12和凹模B13的侧壁上分别设有相互对称的微
通道17。凹模A12和凹模B13的加工精度由精密机械加工制造来保证。本发明的一种双金属
微通道挤压复合与成形一体化装置,采用分瓣式组合凹模结构设计:凹模A12和凹模B13围
成凹模型腔16,一方面便于更换凹模模具结构或有利于凹模损坏后的快速维修,另一方面
有利于模具加工时凹模模具精度和表面质量的提高,提高零件成形质量。
固定板11固设于下模座2的上表面上;凹模A12和凹模B13通过穿过凹模固定板11的螺钉14
固定在下模座2上。位于凹模型腔16下端的下模座2上还贯穿设有出件通道15,出件通道15
的口径大于凹模型腔16的口径大小,便于加工完成后成形件的取出,操作使用方便,便于连续化生产,提高工作效率,易于实现批量化生产。
度设计,有利于材料的流入,减小入口处的剧烈变形程度,提高微通道结构的表面质量。凹模A12、凹模B13和凸模5的材质均为钢Cr12MoV,并均进行淬火处理制成,保障了挤压成形过程中,凹模A12、凹模B13和凸模5不发生变形或破坏,进一步确保工件加工的精确度。
度至10-50mm/min,迫使坯料A9和坯料B10在凸模5压力作用下同时分别沿着凹模A12和凹模
B13的微通道17进入凹模型腔16内,坯料A9和坯料B10在凹模A12和凹模B13围成的凹模型腔
16内产生剧烈塑性变形:使得坯料A9和坯料B10在接触界面处相结合,同时在坯料A9和坯料B10的外侧边缘处形成与凹模A12和凹模B13表面微通道17结构相同的加工微通道,制成AB
组合成形件。
时成形出加工微通道结构,首先双金属材质,与单金属相比,可以同时利用双金属各自不同的性能特点,例如铜导热性好、铝散热性好,结合之后的双金属复合材料同时具有良好的导热性和散热性,提高双金属复合材料的性能,同时显著节约成本。本发明采用挤压方式,一步同时实现双金属的复合和微通道结构的成形,同时复层金属制备和零件的成形,省去了
复层金属的制备工艺,缩短了工艺流程,节约成本,提高了生产效率。本发明的双金属微通道挤压复合与成形一体化方法,还可以根据需要改变双金属的组成和改变不同金属的厚
度,无需单独制备不同组成方式的双金属材料,节省成本,显著提高生产加工效率。
工材料的需求选择不同速度,均可以实现本发明的双金属微通道挤压复合与成形一体化装
置和方法。