一种复层金属微通道结构复合与成形一体化装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种复层金属微通道结构复合与成形一体化装置及方法，其解决了现有结构设计，存在模具装置结构复杂、金属微通道结构加工工艺流程复杂且制作成本高、单金属材质单独加工成形微通道结构质量差且自身性能得不到改善的技术问题，包括配套的上模座和下模座，上模座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凸模，下模座的上表面上固设有凹模，凹模设于下模座的上表面上且与凹模固定板围成模具型腔，凹模的上表面向内凹陷设有微通道凹槽；凸模通过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，可广泛应用于双金属微通道结构精密制造领域。

An Integrated Device and Method for Composite and Forming of Multi-layer Metal Microchannel Structure

The invention discloses an integrated device and method for composite and forming of multi-layer metal microchannel structure, which solves the technical problems of existing structure design, such as complex structure of die device, complex processing process of metal microchannel structure and high manufacturing cost, poor quality of single metal material processed separately to form microchannel structure and its own performance can not be improved, including matching up. The upper die base and the lower die base can move up and down through the guide sleeve and the guide pillar; the lower surface of the upper die base is fixed with a punch, and the upper surface of the lower die base is fixed with a concave die; the concave die is located on the upper surface of the lower die base and surrounded by a die cavity with the fixed plate of the die; the upper surface of the die is inwardly concave with a micro-channel groove; the punch is fixed on the lower surface of the upper die base through the fixed plate of the punch. On the surface, the upper surface of the punch contacted with the upper die base has a groove inward, and the oscillator through the upper die base is fixed in the groove, which can be widely used in the field of precision manufacturing of bimetallic microchannel structure.

【技术实现步骤摘要】
一种复层金属微通道结构复合与成形一体化装置及方法
本专利技术属于双金属微通道结构精密制造领域，具体涉及一种复层金属微通道结构复合与成形一体化装置及方法。
技术介绍
随着微小型器件结构的不断微型化，器件内部的能量输运均受到了微小空间的限制，使得高功率器件面临功率过高所带来高能量及快速热输运问题。由微电子器件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。微通道构件作为微通道散热器的核心部件，目前常用的金属材料主要有铜和铝，铜的导热系数为401W/m*K，比热容为385J/kg*K；铝的导热系数为237W/m*K，比热容为903J/kg*K，铜的导热系数是铝的1.69倍，但热容却比铝小很多。同时铜的密度是铝的3.3倍，价格是铝的2倍。使用同一种金属很难同时满足经济性和高性能的要求。铜铝复合材料的出现解决这一问题提供了可能，其成本仅为铜的50％。微通道是微通道散热器的核心部件，其微通道宽度在10-1000μm范围，属于介观尺度范畴。塑性微成形技术继承了传统塑性加工的优点，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。中国专利文献CN102411060A(专利申请号201110401804.9)公开了一种本专利技术公开了一种具有高深宽比微流道的微流控芯片及其制作方法，材质为聚二甲基硅氧烷(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。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的缺点和不足，根据根据金属材料力学原理，提出了一种结构简单、科学合理、成形微通道结构质量稳定、复合金属的物理化学性能显著提高的复层金属微通道结构复合与成形一体化装置及方法。为此，本专利技术提供一种复层金属微通道结构复合与成形一体化装置，包括配套的上模座和下模座，上模座和下模座通过导套和导柱进行连接组成封闭的框架结构，上模座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。优选的，位于下模板和凹模固定板之间的凹模的下方还设有用于支撑凹模的凹模垫块，凹模和凹模垫块可拆卸固定连接。优选的，凸模固定板通过螺栓和定位销固定连接在上模座的下表面上；凹模通过穿过下模座和凹模固定板的螺钉固定在下模座上；振子的顶端通过螺母固定于上模座上。优选的，微通道凹槽的宽度为0.05-1.0mm，高度为0.2-4.0mm，相邻所述微通道凹槽的间距0.15-1.2mm，特征比3.0-6.0。优选的，凸模和凹模材料均为模具钢SKD61，并进行淬火处理，硬度达到HRC50-55。一种复层金属微通道结构复合与成形一体化方法，使用上述任一项的复层金属微通道结构复合与成形一体化装置，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：上模板在压力机的驱动下带动凸模一起上行，上行至凸模距凹模固定板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依次放置于模具型腔内的凹模的上表面处重叠堆放；步骤三：通过压力机以一定的速度向下运行驱动凸模向下快速运动，待凸模接近坯料距离位置时，将降低压力机向下运行并驱动凸模向下运动的速度，同时启动振子工作；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。优选的，步骤一中凸模距凹模固定板上表面10-20mm的位置时停止。优选的，步骤三中压力机以50-100mm/min的速度向下运行驱动凸模向下快速运动，待凸模距离坯料的距离为1mm位置时，将压力机速度调至0.5-1mm/min的速度向下运行并驱动凸模向下运动。优选的，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的电源后，制得复层金属微通道结构复合与成形一体的构件成形。优选的，还包括以下步骤：步骤五：取出凹模垫块，凸模在压力机的驱动下继续下行，凹模和坯料在凸模的作用下从凹模固定板上脱离，再利用模具型腔内设置的拔模斜度和外力取出成形件。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的一种复层金属微通道结构复合与成形一体化装置及方法，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，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。(2)本专利技术采用超声振动辅助成形方法能够同时实现双层金属的界面结合及微结构的精密成形，双金属材质复合结构更稳固，与单金属相比，可以同时利用双金属各自不同的性能特点，显著提高双金属复合材料的性能，显著节约成本，提高生产效率。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是图1中A的局部放大图的结构示意图。图中标记：1.上模板，2.下模板，3.导套，4.导柱，5.凸模，6.凸模固定板，7.定位销，8.螺栓，9.振子，10.螺母，11.蝶形弹簧，12.坯料，13.凹模，14.凹模固定板，15.凹模垫块，16.螺钉，17.微通道凹槽。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以助于理解本专利技术的内容。本专利技术中所使用的方法如无特殊规定，均为常规的方法；所使用的原料和装置，如无特殊规定，均为常规的市售产品。如图1-图2所示，本专利技术提供一种复层金属微通道结构复合与成形一体化装置，包括配套的上模座1和下模座2，上模座1和下模座2通过导套3和导柱4进行连接组成封闭的框架结构，上模座1通过导套3和导柱4可实现上下往复运动；上模板1、下模板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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，位于所述模具型腔内的所述凹模(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。

【技术特征摘要】
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，位于所述模具型腔内的所述凹模(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。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，位于所述下模板(2)和所述凹模固定板(14)之间的所述凹模(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。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，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。4.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，特征比3.0-6.0。5.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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王传杰，张鹏，陈刚，栾冬，郭斌，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：山东,37