专利名称：一种微沟槽的制造设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子器件的传热元件的制造设备，具体是一种铜管内壁微 沟槽的制造设备。
背景技术：
随着微电子领域芯片热流密度急剧增加及有效散热空间日益狭小等新特点 和新现象的出现，传统的利用增大有效散热面积进行散热的方法已经不能满足 散热需求，具有高导热率、良好的等温性、热响应快、结构简单、无需额外电 力驱动等优点的小型/微型热管成为高热流密度芯片导热的理想元件。热管的传 热性能主要取决于管内壁吸液芯结构。传统铜粉烧结式吸液芯结构虽然具有较 强毛细压力，但由于烧结层与管内壁的接触热阻大、液体回流阻力大，且吸液
芯结构易损坏，更致命的是烧结层较厚，重量比沟槽式重40 60%。内置金属丝 网式吸液芯结构虽然空隙率可以达到45 75%，但同样是增加了热管的重量， 另外其加工环境要在带有真空系统的真空焊室内进行，所以对加工环境要求相 当高，同时，对于小型薄壁热管，在管内置入金属丝网，操作就显得极不方便， 而且金属编织网与热管内壁存在接触不紧密现象，导致其径向热阻增大，影响 传热性能，并且生产成本较高，该方法现在基本上已经不再采用。而光滑沟槽 式吸液芯结构的热管具有壁薄、重量轻、不存在接触热阻、热响应快、吸液芯 结构不易损坏等优点，符合电子器件轻薄短小型化发展趋势，但存在毛细压力 较小的缺点。因此，开发一种新的微沟槽吸液芯结构及其制造设备与方法，以 改善热管传热能力，是亟待解决的难题。 实用新犁内容
本实用新型目的在于提供一种内壁具有微沟槽结构的铜管的制造设备，该 设备机械加工性能好，加工效率高，容易实现自动化，可加工出重量轻的内壁 具有微沟槽结构的铜管，且微沟槽结构可靠，不易损坏。
本实用新型的目的通过如下技术方案实现
一种微沟槽的制造设备，包括固定轴、转动轴、机座、整体式刀具和定位 模，整体式刀具位于被加工铜管内，被加工铜管位于固定轴内，固定轴位于转 动轴内，转动轴位于机座内，固定轴与转动轴、转动轴与机座之间通过轴承装 置连接；位于被加工铜管内整体式刀具设置在旋压器处；带有油孔和迷宫式密 封机构的定位模安装在固定轴顶端上，带迷宫式密封机构的旋压器通过法兰安 装在转动轴顶端上；带迷宫式密封机构的整形模位于旋压器前端；所述的带迷 宫式密封机构的旋压器包括旋压球保持架、旋压球、带迷宫式密封机构的滑动 模和带迷宫式密封机构的固定模；所述定位模与固定模连接、滑动模分别与整 形模和固定模连接，定位模、固定模、滑动模、整形模和铜管组成可通入油液 的密闭腔体，带有旋压球的旋压球保持架位于密闭腔体中，保持架靠近铜管端 带有缺口，便于旋压球挤压铜管，固定模和滑动模上设有斜面结构，限定旋压 球保持架的位置。
所述整体式刀具包括刀具体、刀杆；所述刀具体通过螺母锁紧在刀杆的轴 肩位置处，并且刀具体置于铜管旋压部分变形区位置。
所述刀具体的齿形是整体式矩形直齿，直径为4>3 4>6，齿数为30 70， 齿高为0.1 0.25mm，齿宽为0.10~0.20mm。
本实用新型原理铜管内壁微沟槽的制造设备主要由三部分组成， 一是由 定位模、旋压器、整形模组成的旋压装置；二是由固定轴、转动轴和机座等组 成的旋压加工常用的动力传递和固定装置；三是位于被加工铜管内的整体式刀 具。其中被加工铜管位于固定轴内，固定轴位于转动轴内，转动轴位于机座内， 固定轴、转动轴与机座之间通过轴承装置连接；定位模与固定轴连接，旋压器 与转动轴连接，使旋压器接入动力，产生旋转和挤压，整体式刀具与旋压装置 配合加工出铜管内壁微沟槽。
相对于现有技术本实用新型具有如下特点
(1)与烧结工艺相比，该设备加工工艺简单，操作容易。
(2) 与管体置入金属编织网工艺相比，此设备的加工方法容易和可靠，而且 传热性能优良。
(3) 采用本实用新型设备，通过旋压工艺制作的带有微沟槽结构的铜管重量 较轻，微沟槽结构可靠，不易损坏，加工得到的铜管质量好，而且机械加工性 能好，加工效率高，容易实现自动化。
图1是本实用新型微沟槽制造设备的结构示意图； 图2是加工过程中刀具在铜管中的位置； 图3是本实用新型制造设备中的定位模结构图； 图4是本实用新型制造设备中的整形模结构图； 图5是铜管加工过程各阶段状态；
图6是利用本实用新型设备所加工出来的内表面具有矩形微沟槽结构的铜 管横截面图7是利用本实用新型设备加工图6所示内表面具有矩形微沟槽结构的铜 管的刀具体结构横截面图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明，但本实用新型 的实施方式不限于此。
如图1所示， 一种微沟槽的制造设备包括固定轴6、转动轴7、机座8、整 体式刀具4、定位模l、旋压器2和整形模3。整体式刀具4位于被加工铜管5 内，被加工铜管5位于固定轴6内，固定轴6位于转动轴7内，转动轴7位于 机座8内，固定轴6、转动轴7与机座8之间通过轴承装置连接。位于被加工铜 管5内的整体式刀具4设置在旋压器2处；带有油孔11和迷宫式密封机构的定 位模1通过螺纹连接安装在固定轴6顶端上，带迷宫式密封机构的旋压器2通 过螺钉与法兰9连接后安装在转动轴7顶端上；带迷宫式密封机构的整形模3 位于旋压器2前端；旋压器2包括旋压球保持架24、旋压球22、带迷宫式密封
机构的滑动模23和带迷宫式密封机构的固定模21;定位模1与固定模21连接、 滑动模23分别与整形模3和固定模21连接，定位模l.、固定模21、滑动模23、 整形模3和铜管5组成可通入油液的密闭腔体，带有旋压球22的旋压球保持架 24位于密闭腔体中，旋压球保持架24靠近铜管端带有缺口，便于旋压球22挤 压铜管，固定模21和滑动模23上设有斜面结构，旋压球在这两个斜面上滚动 并限定了旋压球保持架24的位置。
旋压器2是本实用新型设备的主要工作部分，主要由固定模21、旋压球22、 滑动模23和旋压球保持架24组成，滑动模23和固定模21是过盈配合。其中 固定模21和滑动模23上分别有迷宫式密封机构，以与定位模1和整形模3上 的迷宫式密封机构相配合。固定模21为固定模是相对于滑动模23而言的，并 不是说工作时它是不动的，相反，工作时，它连同滑动模23、旋压球22和旋压 球保持架24都做高速旋转，因为可以通过调解滑动模23做轴向运动推动旋压 球22做径向运动，进而来调解旋压球旋压铜管的直径大小，可以说滑动模23 是在固定模21的腔内滑动的，所以称21为固定模。
图2表示加工过程中刀具4在铜管5中的位置。如图所示，铜管5穿过定 位模1进入旋压器2，旋压球22旋压铜管5产生一个塑性变形区52 (见图5)， 刀具体42即位于该变形区内并靠近由与铜管5接触的旋压球22顶点22B所组 成的面22A。
图3是本实用新型设备中的定位模结构图。定位模l上设有油孔ll，工作 时高压油液从油孔11进入。迷宫式密封机构12以和旋压器2上的固定模21上 的迷宫式密封机构相配合，高压油液进入二者之间的间隙，形成髙压油模密封。 定位模1的主要功能是用来定位和预压縮铜管5，并起到支撑铜管5的作用，其 工作部分宽度hl不宜太长，在0.5 lmm之间，以减小定位和预压缩工作过程 中的摩擦力。
图4是本实用新型设备中的整形模结构图。它与定位模1的结构差别不大， 也有迷宫式密封机构31以和旋压器2上的滑动模23上的迷宫式密封机构相配合，区别在于整形模3上没有油孔，而且其内径也较定位模1的内径小一些。 整形模3的主要功能是用来整形旋压成形的铜管，以消除旋压时产生的回弹应 力，防止铜管再变形，并起到支撑铜管5的作用，所述的整形就是将铜管穿过 整形模，整形模将涨大的铜管重新挤压到原来的直径。同样，其工作部分宽度 h2不宜太长，在0.5 lmm之间，以减小在整形过程中的摩擦力。 所述微沟槽的方法包括如下步骤
(1) 安装、定位、预压縮铜管5—端通过工作台上的工件夹具加紧，另 一端悬空，使刀具4穿过铜管5，定位至铜管旋压变形区52位置，工件夹具拉 动铜管5在导轨上做轴向运动，将铜管5穿过定位模1进行轴向定位，同时将 铜管预压縮到一定直径，为后序步骤做准备；
(2) 旋压将预压縮的铜管穿过旋压器2，旋压器中的旋压球42旋压铜管 产生一个塑性变形区，使铜管5内径縮小到期望大小；
(3) 微沟槽成形在上述旋压步骤进行中，铜管5的内径縮小的同时，旋 压球22高速旋转旋压铜管5，在变形区与刀具体42产生挤压作用，使铜管5内 表面产生塑性变形，从而加工出微沟槽；
(4) 整形铜管5在旋压成型后会产生回弹，把铜管5经过整形模3整形， 其过程是将产生回弹的铜管5穿过整形模3，整形模3挤压回弹的铜管5，消除 回弹应力，完成整形。
具体说，工作时，油液经过定位模l上的油孔ll进入由定位模l、旋压器 2、整形模3和铜管5形成的腔体中，旋压器2的高速旋转带动腔体中的高压油 液也高速旋转，此时，在旋压球22和铜管5之间、旋压球22和旋压器2上的 固定模21之间、旋压球22和旋压器2上的滑动模23之间形成一层极薄的高压 油层，即工作过程中，旋压球22和铜管5、固定模21以及滑动模23是非接触 的，旋压球22旋压铜管5的力通过高压油层传递到铜管5上面，这样不但可以 大大减少旋压过程中旋压球22和铜管5、固定模21以及滑动模23之间的摩擦 力，而且也可以大大改善铜管5的表面质量。
刀具体42的轴向位置由刀杆43长度来确定。刀具体42位置在加工过程中 需要保持不变；根据需要加工出的微沟槽尺寸及形状，确定刀具体42与旋压球 22的位置关系(包括径向与轴向尺寸关系)，刀具体的齿形、齿数以及其它几何 参数，选择相应的轴向拉拔速度、旋压球转速，铜管5和刀具体42在旋压球22 的作用下作相对运动，在局部产生塑性变形，进而加工出大深宽比且均匀的沟 槽。整个工作过程需要在定位模l、旋压器2和整形模3三者的相互配合下才能 提高被拉拔铜管5的质量，整个微沟槽成形过程见图5所示，其中，A为铜管5 的运动方向。由图5可见，内表面具有微沟槽结构的铜管的形成可以分为三个 部分，四个加工区，即经过定位模1预压縮后的预压縮部分51,旋压球旋压铜 管变形部分及微沟槽成形部分52，微沟槽己成形部分及铜管整形部分53;其中， 预压縮部分51为待旋压加工区，微沟槽成形部分52又可以分为铜管变形部分 微沟槽正在加工区55和铜管变形部分微沟槽待加工区54，铜管整形部分53为 已成形微沟槽的铜管整形加工区。
微沟槽成形过程的实质是铜管5内壁金属在刀具体42、旋压球22及轴向拉 力的连续拉拔一挤压作用下的局部塑性变形过程。在整个加工过程中，内壁金 属受到复杂的挤压力和拉拔力，另外也受到旋压过程中旋压球22产生的周向摩 擦力，所以该塑性变形过程相当复杂，沟槽成形过程主要有两个阶段， 一是由 刀具42先挤压出微沟槽，然后在拉拔力与旋压力与摩擦力的作用下进一步成形。
加工中，刀具体42的外径和铜管5的内径及旋压量必须相符合，这样才能 保证拉出理想的微沟槽。通过控制刀具体42的几何形状、旋压球22的旋压量 与旋压速度、定位模1与整形模3的内径尺寸及拉拔工作台拉拔速度等参数可 以得到多种形状、传热性能优良的微沟槽结构。
下面以矩形槽的加工过程为例，设计得到刀具的几何参数。如图6所示， 要求得到的内壁具有矩形微沟槽结构的铜管参数如下
铜管外经D 6mm;
铜管剩余壁厚t 0.3mm;
微沟槽个数n 60个；
微沟槽名义深度hp 0.15mm;
微沟槽间隔tg 0.1mm; 根据结构设计参数设计得到的刀具体如图7所示，其参数如下:
刀具外径d 0) 5.6mm;
刀具齿数rid 60个；
齿槽深度hd 0.23mm;
齿宽h 0.19mm;
槽宽ta 0.1mm;
具表面硬度 HRC58-62。 选取铜管基管参数为
铜管基管外径Do ①7.0mm;
铜管壁厚to 0.42mm。
通过实际加工和试验得出，制造得到的铜管表面质量优良，微沟槽的质量 较其它方法制造得到的微沟槽有较大改善，并且铜管具有较佳的传热性能。
权利要求1、一种微沟槽的制造设备，包括固定轴(6)、转动轴(7)、机座(8)和整体式刀具(4)，整体式刀具(4)位于被加工铜管(5)内，被加工铜管(5)位于固定轴(6)内，固定轴(6)位于转动轴(7)内，转动轴(7)位于机座(8)内，固定轴(6)与转动轴(7)、转动轴(7)与机座(8)之间通过轴承装置连接；其特征在于位于被加工铜管(5)内整体式刀具(4)设置在旋压器处；带有油孔和迷宫式密封机构的定位模(1)安装在固定轴(6)顶端上，带迷宫式密封机构的旋压器(2)通过法兰安装在转动轴顶端上；带迷宫式密封机构的整形模(3)位于旋压器前端；所述旋压器(2)包括旋压球保持架(24)、旋压球(22)、带迷宫式密封机构的滑动模(23)和带迷宫式密封机构的固定模(21)；所述定位模(1)与固定模(21)连接、滑动模(23)分别与整形模(3)和固定模(21)连接，定位模(1)、固定模(21)、滑动模(23)、整形模(3)和铜管(5)组成可通入油液的密闭腔体，带有旋压球(22)的旋压球保持架(24)位于密闭腔体中，旋压球保持架(24)靠近铜管端带有缺口，便于旋压球(22)挤压铜管(5)，固定模(21)和滑动模(23)上设有斜面结构，限定旋压球保持架(24)的位置。
2、 根据权利要求1所述的微沟槽的制造设备，其特点在于整体式刀具(4) 包括刀具体(42)、刀杆(43);所述刀具体(42)通过螺母(41)锁紧在刀杆(43)的轴肩位置处，并且刀具体(42)置于铜管(5)旋压部分变形区(52) 位置。
3、 根据权利要求2所述的微沟槽的制造设备，其特点在于所述刀具体(42) 的齿形是整体式矩形直齿，直径为4>3 4> 6，齿数为30 70，齿高为0.1 0.25mm， 齿宽为0.10 0.20mm。
专利摘要本实用新型公开了一种微沟槽的制造设备。该设备包括固定轴、转动轴、机座、整体式刀具和定位模，定位模与固定模连接、滑动模分别与整形模和固定模连接，定位模、固定模、滑动模、整形模和铜管组成可通入油液的密闭腔体，带有旋压球旋压球保持架位于密闭腔体中，保持架靠近铜管端带有缺口，便于旋压球挤压铜管，固定模和滑动模上设有斜面结构，限定旋压球保持架的位置。微沟槽的制造时是通过高压油层，使旋压球旋压铜管来传递旋压力，铜管在旋压球的高速旋转以及和刀具的共同作用下受复杂挤压力作用，局部产生塑性变形，加工出微沟槽。本实用新型通过旋压工艺制作的带有微沟槽结构的铜管重量较轻，微沟槽结构可靠，加工工艺简单，操作容易。
文档编号B21D37/00GK201008911SQ20062015480
公开日2008年1月23日 申请日期2006年12月15日 优先权日2006年12月15日
发明者卢朝晖, 勇 李, 李西兵, 勇 汤, 潘敏强, 肖博武, 陆龙生 申请人:华南理工大学