一种制备针形阵列结构金属翅片的方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种制备针形阵列结构金属翅片的方法及其装置；包含前后两个成形过程，即沟槽成形和针形阵列结构成形。金属表面先通过“小堆积

【技术实现步骤摘要】
一种制备针形阵列结构金属翅片的方法及其装置


[0001]本专利技术涉及金属换热翅片制造
，尤其涉及一种制备针形阵列结构金属翅片的方法及其装置。

技术介绍

[0002]在现代电气工业中，随着制造工艺和微电子技术的快速发展，芯片的体积越来越小，集成度也越来越高，普通冷却方式已经无法满足高集成度芯片的散热需求，这将导致元器件内部的热量堆积，从而影响电子产品的正常使用与性能发挥，缩短其使用寿命，这已然成为此类技术发展的一大限制。因此，需要提出更高传热效率的散热方案。
[0003]微针阵列是汽
‑
液两相转化的通用基底，具有极高的能量转换效率。微针阵列作为汽
‑
液强化冷凝基底时，可实现水的收集和清洁，适用于沙漠集水和冷却塔水回收等领域。微针阵列作为液
‑
汽沸腾转化基底时，通过液
‑
汽两相转化快速实现高热转移，可应用于电子散热和太阳能发电等领域。微针阵列极具应用价值，围绕微针阵列制造方面的研究一直是热门话题。
[0004]微针阵列结构是指在目标表面上，突出表面的细长针状单元呈阵列分布的结构，其单元尺寸通常处于100～1000微米的介观尺度范畴，几何限制(尺寸和外形)使得其制造非常困难，制造成本也十分昂贵。目前的加工方法有电化学刻蚀、模印刷、烧结等方法。Ju等采用电化学刻蚀方法刻蚀铜线制备微针单元结构，所制备针状单元呈现规整的细直针形结构，可应用于气体滴状冷凝，然而针状单元成形过程中，仅刻蚀工序就需时间超过20分钟，加工效率低。为提高针状单元的制备效率，多单元针形单元并行加工方法被提出。进展较快的是增材制造的整体沉积技术，即通过激光或刻蚀加工对应微针阵列形貌的多孔模具，然后进行电铸等金属材料沉积加工，实现整体微针阵列的大面积制备，但其成形过程需要经过模具加工、材料沉积、脱模等多道工序，工艺繁琐且所需设备复杂。此外，粉末烧结技术也可用于制造微针阵列，将粉末注入具有预设图案的模具中加热，粉末达到或接近熔点温度而相互连接形成预设的结构。烧结技术不仅可适用于金属粉末，也可用于聚合物粉末烧结，所制备的结构内部含有大量的空隙，可提升液体传输效率。此外，减材制造的微铣削和电火花切割技术也可制备微针结构，但减材过程需要多次加工，成形效率低。
[0005]可见，现有的制备方法虽能制造几何(形状和尺寸)可控的微针阵列，但存在制造成本昂贵、换热效率较低、加工工艺复杂等问题。因此，提出简便且高效的针形阵列结构翅片的制备方法和开发出相应的制备装置是现实且迫切的需求。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种制备针形阵列结构金属翅片的方法及其装置。以期能提高切屑回收质量、翅片传热性能，适于产业化应用推广。
[0007]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0008]一种制备针形阵列结构金属翅片的装置，包括：
[0009]组合刀具200，该组合刀具200装夹在车床上，用于加工针形阵列结构金属翅片；
[0010]矫直切割单元，用于对加工出的针形阵列结构金属翅片，进行矫直和切割；
[0011]翅片收集单元，用于对矫直和切割后的针形阵列结构金属翅片进行收集；
[0012]所述组合刀具200包括刀柄230、安装在刀柄230上的犁切刀具220和切削刀具240；
[0013]所述刀柄230包括上下两个台阶；上台阶通过第一定位孔231固定犁切刀具220；下台阶为一个容纳槽235，通过第二定位孔232安装切削刀具240；
[0014]所述犁切刀具220用于对工件进行犁切，它由多个彼此平行、等距排列在刀体上的犁刀221构成，每个犁刀221的刀刃为双边对称结构；
[0015]切削刀具240用于对工件进行切削，它包括前刀面241、切削刃243。
[0016]所述犁刀221的犁刃倾角为30
°
、犁削成形角为30
°
、挤压成形角为0
°
、挤压间隙角为0
°
。
[0017]所述切削刀具240的前角为15
°
、后角为5
°
，刀刃半径为0，犁切相对深度为0.05mm；
[0018]所述犁刀221与切削刃243之间的高度为4.0mm。
[0019]所述矫直切割单元包括：矫直机300，用于对针形阵列结构金属翅片的带材进行矫直；带式输送机500，用于对矫直后的针形阵列结构金属翅片的带材进行运输；切割机600，用于对来自带式输送机500的针形阵列结构金属翅片的带材进行切割。
[0020]所述翅片收集单元包括：空箱体730，用于收纳来自切割机600剪切后的针形阵列结构金属翅片；斜板720，斜板720位于空箱体730顶侧，空箱体730的斜板720顶端与切割机600的下刀片630顶端紧贴，使针形阵列结构金属翅片平稳被收纳。
[0021]所述空箱体730底部安装有万向轮710。空箱体730应盛约半箱体积的水，一方面可以使制备的高温翅片快速冷却，另一方面可以防止翅片收集落下时的摩擦碰撞，保护其主要结构。
[0022]所述犁切刀具220上设有两个定位孔222，便于在犁切刀具220与刀柄230之间放置垫片260，以改变犁切深度。
[0023]所述切削刀具240上设有两个通孔242，这两个通孔242与刀柄230上的两个大小相同的第二定位孔232对应，便于切削刀具240的安装与拆卸。
[0024]所述刀柄230底部的刀座234上另设有三个并列的第三定位孔23，便于组合刀具200与车床滑台120的安装定位。
[0025]一种制备针形阵列结构金属翅片的方法，包括如下步骤：
[0026]一、沟槽成型步骤：
[0027]启动卧式车床100使主轴带动圆柱形金属工件800旋转，同时组合刀具200沿进给方向移动，对工件待加工表面进行切削，由于犁切刀具220的挤压和堆积作用，金属第一变形区受到严重的剪切变形，当剪切应力达到屈服强度，迫使金属沿着剪切滑移线流入犁切刀具220内的成形通道，进而受到通道侧壁的挤压塑形作用，切削段出现了加工硬化和材料积累，金属表面塑形成平行连续的沟槽结构；
[0028]二、翅片制备步骤：
[0029]a针状结构生成
[0030]带有沟槽结构的切削层金属进入切削区，切削刀具240使金属不断发生堆积和转
向，切屑与前刀面241之间的摩擦阻力使得切屑底层流出速度变得缓慢，形成滞留层，然而金属的堆积使得切削力越来越大，剪切分力也相应增大，切削层底部在切削刀具240的分割作用下与基材分离形成连续的带材，槽型结构的中段
‑
顶部发生堆积膨胀，而槽型结构底部产生剪切断裂力，形成针形阵列结构并沿前刀面241流出，此时一个带有完整针状结构的翅片雏形生成；
[0031]b连续翅片形成
[0032]当翅片雏形穿过第二变形区，颈缩和剪切裂纹进一步扩展，同时切削刀具240通过切削分离金属本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备针形阵列结构金属翅片的装置，包括：组合刀具(200)，该组合刀具(200)装夹在车床上，用于加工针形阵列结构金属翅片；矫直切割单元，用于对加工出的针形阵列结构金属翅片，进行矫直和切割；翅片收集单元，用于对矫直和切割后的针形阵列结构金属翅片进行收集；其特征在于，所述组合刀具(200)包括刀柄(230)、安装在刀柄(230)上的犁切刀具(220)和切削刀具(240)；所述刀柄(230)包括上下两个台阶；上台阶通过第一定位孔(231)固定犁切刀具(220)；下台阶为一个容纳槽(235)，通过第二定位孔(232)安装切削刀具(240)；所述犁切刀具(220)用于对工件进行犁切，它由多个彼此平行、等距排列在刀体上的犁刀(221)构成，每个犁刀(221)的刀刃为双边对称结构；切削刀具(240)用于对工件进行切削，它包括前刀面(241)、切削刃(243)。2.根据权利要求1所述制备针形阵列结构金属翅片的装置，其特征在于：所述犁刀(221)的犁刃倾角为30
°
、犁削成形角为30
°
、挤压成形角为0
°
、挤压间隙角为0
°
。3.根据权利要求1所述制备针形阵列结构金属翅片的装置，其特征在于：所述切削刀具(240)的前角为15
°
、后角为5
°
，刀刃半径为0，犁切相对深度为0.05mm；所述犁刀(221)与切削刃(243)之间的高度为4.0mm。4.根据权利要求1所述制备针形阵列结构金属翅片的装置，其特征在于，所述矫直切割单元包括：矫直机(300)，用于对针形阵列结构金属翅片的带材进行矫直；带式输送机(500)，用于对矫直后的针形阵列结构金属翅片的带材进行运输；切割机(600)，用于对来自带式输送机(500)的针形阵列结构金属翅片的带材进行切割。5.根据权利要求1所述制备针形阵列结构金属翅片的装置，其特征在于：所述翅片收集单元包括：空箱体(730)，用于收纳来自切割机(600)剪切后的针形阵列结构金属翅片；斜板(720)，斜板(720)位于空箱体(730)顶侧，空箱体(730)的斜板(720)顶端与切割机(600)的下刀片(630)顶端紧贴，使针形阵列结构金属翅片平稳被收纳。6.根据权利要求5所述制备针形阵列结构金属翅片的装置，其特征在于：所述空箱体(730)底部安装有...

【专利技术属性】
技术研发人员：张保玉，钟佩璇，邓文君，庞学勤，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：