一种超薄立体水冷装置及其加工方法与流程

文档序号:11175040
一种超薄立体水冷装置及其加工方法与流程

本发明涉及一种超薄立体水冷装置及其加工方法,属于水冷板加工领域。



背景技术:

现有技术中大多采用平面散热的方式,鲜有立体散热结构,平面散热效率低,有些情况 平面散热无法满足散热要求,空间散热可以大大提升散热效率,可以达到快速散热的目的, 因此,空间散热是本领域的一个研究重点。

现有解决高温散热的问题一般有三种方法:1、水冷方式,2、风冷方式,3、采用隔热材 料的方式,其中:

1、水冷方式

常规的水冷方式是平板形式,无法解决空间热量传递问题。拼接的立体结构存在热量泄 露及散热不均匀问题,且空间体积较大无法安装在腔体内。

2、风冷方式

采用风冷方式可以将热量带到腔体外如在家用投影仪中采用风冷散热,但风冷散热噪音 大,会产生振动影响显微效果。根据对投影仪市场产品的调研,目前采用风冷方式的投影仪 产品在工作1小时左右热平衡态表面温度普遍高于60度。此种方式不能快速解决器件瞬间产生 的热量散出的问题,散热效率较低,容易使得器件由于散热慢导致高温融化器件的问题。

3、采用隔热材料

采用隔热材料阻热的方式多用于保温行业,隔绝热源与外部的热交换。但是对于空间立 体散热,如果采用采用隔热材料的方式会在使用过程中出现热量散不出去,隔热材料组成的 空间内部出现温度持续升高一直达到器件熔点,破坏器件,甚至容易使器件内部产生高压而 爆炸等危害。

因此采用水冷散热的方式较为较为安全且相对于另外两种散热效率更高。

现有技术水冷散热装置都是一块平面的水冷板,而目前现有水冷板主要分为:

1)压管式:是将金属水管与换热板片挤压联接,板片厚度约10mm;

2)埋管式:是金属水管埋于换热板片内部靠钎焊联接,板片厚度约10mm;

3)搅拌摩擦焊式,是于金属板中铣削出流道,后将流道盖板通过搅拌摩擦焊的方式焊接, 板片厚度约8mm;

上述类型的水冷板由于现有加工水冷板的工艺使得水冷板的厚度比较厚,存在由于板片 过厚而不能够实现折弯或者折弯工艺难度比较大,进而很难加工成非平面的空间散热结构。 现有技术中鲜有立体结构的水冷装置,现有的立体结构的水冷装置是由多块平面的水冷板拼 接组装而成,在每个平面板片的流道联接处需要用接管的方式实现两块板的流道的连通,这 种方式存在的弊端:在每个平面板片的流道联接处需要用接管的方式实现两块板的流道的连 通,连接管道外部没有散热部件包裹,且结构复杂不易施工,组成的形状也受限,即:只能 是多个平板的拼接形成的形状。通常接管的类型有焊接、卡套联接等,主要存在如下缺点:1、 各板片厚度大导致整体体积大,且板片厚度直接导致板片平面面积大,无法做成小型组件;2、 连接处存在漏热点。在板片连接处由于管路较粗导致管路转弯半径较大,在连接时会在两板 片之间存在漏热点,存在空隙处有热量泄露等问题,影响换热效率;3、连接处占用体积大, 无论焊接或卡套接头在连接过程中都必须留有加工空间,制约板片内流道的密度。使板片中 热分布不均匀。

因此,现有技术中缺少一体成型的立体水冷装置以及能够完成一体立体水冷装置的加工 方法。而在制备一体成型立体水冷装置,存在在面拐角点处产生流道凹陷、使流道变窄影响 换热效果的难题有待攻克。



技术实现要素:

为解决现有技术中缺少一体成型的立体水冷装置,现有技术中通常采用多个平面的水冷 板拼接组成,这种方式存在许多弊端,如形状受限、体积过大、流道联接处存在热量泄漏点 导致热分布不均匀等问题。本发明提供了一种超薄立体水冷装置及其加工方法,采用的技术 方案是:

一种超薄立体水冷装置,该装置由一块水冷板加工成立体形状,所述水冷板的厚度为 0.5mm-3.5mm,水流流道垂直于水冷板板面的宽度为所述水冷板厚度的50%-70%。

进一步地,所述水流流道垂直于水冷板板面的宽度为所述水冷板厚度的70%。

进一步地,所述水流流道沿水冷板板面方向的宽度在0.1mm-6mm之间。

更进一步地,所述水流流道沿水冷板板面方向的宽度为4mm。

本发明的一种实施方式,所述水冷板由两块板片相互叠加且通过扩散焊实现固定连接, 其中至少一个板片侧壁上蚀刻有水流流道,所述水流流道位于两个板片之间,所述两个板片 中的任意一个板片上设置有与水流流道的进水端和出水端对应的进水口和出水口。

进一步地,所述水流流道垂直于所在板片板面的宽度为所述板片厚度的50%-70%;所述 水流流道沿水冷板板面方向的宽度为0.1mm-6mm。

更进一步地,所述水流流道垂直于所在板片板面的宽度为所述板片厚度的70%。

更进一步地,所述水流流道沿水冷板板面方向的宽度为4mm。

本发明的另一种实施方式,所述水冷板由三块板片相互叠加且通过扩散焊实现固定连接, 其中位于中间的板片上设置有镂空的水流流道,位于两侧的板片中任意一个板片上设置有与 水流流道的进水端和出水端对应的进水口和出水口。

进一步地,所述镂空的水流流道是通过线切割或者激光切割或者等离子切割形成的。

进一步地,所述水流流道沿所在板片板面方向的宽度在0.1mm-6mm之间。

更进一步地,所述水流流道沿所在板片板面方向的宽度为4mm。

进一步地,上述任意所述水冷板的厚度为0.5mm-3mm。

更进一步地,上述任意所述水冷板的厚度为0.5mm-2mm。

更进一步地,上述任意所述水冷板的厚度为0.5mm-1mm。

更进一步地,上述任意所述水冷板的厚度为0.5mm-1.5mm。

更进一步地,上述任意所述水冷板的厚度为0.5mm。

进一步地,所述水流流道为变截面的流道,所述装置的立体形状中有折弯角度小于180° 折弯处,穿过该折弯处的水流流道的截面增大。

更进一步地,截面增大1.1倍-1.3倍。

本发明还提供了上述立体水冷装置(两块板)的加工方法,该方法是,按照所需尺寸裁 剪基板,将需要蚀刻水流流道的板片进行蚀刻处理,然后将两块板片相互叠加放置,然后通 过扩散焊接进行固定连接获得水冷板,然后将水冷板通过热塑成型或冷压或折弯或卷板或冲 压的方式加工成立体形状;所述蚀刻处理是先用油墨喷涂非流道部分,然后裸露出需要蚀刻 的流道部分,用35~42波美度三氯化铁溶液喷淋完成蚀刻处理;所述扩散焊接是先真空至真空 度在0.001Pa以下,然后加压至0.8MPa-15MPa,最后加热升温至500℃-980℃,保温 10min-180min。

本发明还提供了一种上述立体水冷装置(三块板)的加工方法,该方法是按照所需尺寸 裁剪基板,在需要切割水流流道的板片上切割形成水流流道,然后将三块板片相互叠加放置, 设有水流流道的板片位于中间,然后通过扩散焊接进行固定连接获得水冷板,,然后将水冷板 通过热塑成型或冷压或折弯或卷板或冲压的方式加工成立体形状;所述扩散焊接是先真空至 真空度在0.001Pa以下,然后加压至0.8MPa-15MPa,最后加热升温至500℃-980℃,保温 10min-180min。

本发明超薄水冷板中各组件的材质可以是铝,钛,铜,不锈钢等常见金属,且可不同金 属之间进行焊接,同时也可以陶瓷,石墨等非金属材料,或金属与非金属之间进行焊接。

本发明装置适用于电力电子行业、汽车行业、化学电池行业、军工行业、轨道交通、航 空航天、兵器装备、直线电机、显微镜投影仪光源散热等领域。

本发明有益效果:

本发明克服了现有技术偏见:现有技术中水冷装置都是一块平面的水冷板,鲜有立体结 构的水冷装置,现有的立体结构的水冷装置是由多块平面的水冷板拼接组装而成,在每个平 面板片的流道联接处需要用接管的方式实现两块板的流道的连通。本申请虽然为立体结构, 但没有采用现有的立体水冷装置的设计思路,去研究多块水冷板的拼接技术,而是由一块水 冷板加工成立体形状。

现有技术中水冷板的板片厚度约8mm-10mm,该厚度的半片使得板片难以实现弯折,很 难加工成一体成型结构的水冷装置,上述问题是本领域技术人员一直无法突破的技术瓶颈, 本发明提供了一种超薄水冷板,大大降低了板片的厚度,该水冷板的厚度可低达 0.5mm-3.5mm,最薄可达0.5mm(现有技术中厚度从未达到如此薄度),在降低板片厚度的同 时还能保证板片的换热效果和耐压能力,并且利用该超薄水冷板一体加工成型制备成立体水 冷装置,突破了现有技术瓶颈,填补了现有技术中未有一体加工成型的立体水冷装置的空白, 取得了预料不到的技术效果。

现有技术中立体水冷装置通常采用多个平面水冷板拼接组成,这种方式存在的弊端:在 每个平面板片的流道联接处需要用接管的方式实现两块板的流道的连通,连接管道外部没有 散热部件包裹,且结构复杂不易施工,组成的形状也受限,即:只能是多个平板的拼接形成 的形状,并且现有拼接而成的立体水冷结构存在:1、板片厚度过大导致整体体积大,无法做 成小型组件;2、连接处存在漏热点,空隙处有热量泄露影响换热效率;3、连接处占用体积 大,无论焊接或卡套接头在连接过程中都必须留有加工空间,制约板片内流道的密度,使板 片中热分布不均匀等诸多问题,而本发明一体成型水冷装置能够克服上述全部缺点,如板片 较薄可以根据需求加工成任意大小的一体空间立体结构,并且加工成的立体形状不受限,且 本发明在降低板片厚度、减小装置体积和重量同时还能保证板片的换热效果和耐压能力;在 拐点处/弯折处不存在泄漏点,不会因存在热量泄露点局部散热不均匀。

本发明装置能够根据发热元件的外形而设计成相应的立体形状,进而对发热元件具有更 好的适应性,使得整体水冷装置更加贴合发热器件,减少辐射散热达到最佳散热效果,可以 在传播途径上直接中断发热元件对于系统的加热作用,最大限度的吸热发热元件产生的无效 热量,降低发热元件对于整个系统的热影响。

一体加工成型的立体水冷装置由于由一块板片构成、板片内部流道相互连通,在弯折处 极容易出现流道因弯折而变形的问题,而本发明装置,由于板片厚度小,流道的截面积小, 流道不易变形,同时本发明为了减小流道受弯折处受影响,将水流流道设置成变截面的流道, 在弯折处可以采用加宽流道的方式(增大水流流到的截面)来实现流道截面积补偿,并通过 合理布局使通过折弯处的流道尽量最少,经试验发现截面增大1.1倍-1.3倍即可满足大大降低 流道换热和变形的影响,其中截面增大1.3倍效果最好,换热效率不受影响。

本发明水流流道垂直于水冷板板面的宽度为所述水冷板厚度的70%,流阻最小,流速最 快,换热效果最好。

本发明由于采用超薄的板片厚度,能够在不降低冷却效果的前提下,极大的降低了换热 器的重量,提升了系统的综合性能。

本发明提供的超薄水冷板和超薄水冷装置为本领域开辟了一种全新的产品,为水冷换热 装置提供了一个新的发展趋势。

在本发明提供的两种加工方法中,由于每层板片都比较薄,在扩散焊过程中,如果施加 较大压力的话会导致在流道处出现凹陷现象,压力小会产生焊接不牢靠问题。本发明通过设 置合理的扩散焊接工艺条件(先真空至真空度在0.001Pa以下,然后加压至0.8MPa-15MPa, 最后加热升温至500℃-980℃,保温10min-180min),能够既避免凹陷现象产生,又能避免焊 接不牢靠。

本发明的加工方法中还可以将板片表面进行抛光处理,保证板片表面的光滑及平整性通 过反复试验调整保证流道处凹陷在0.05mm以下,后续经过表面处理可以使得在板片表面无流 道痕迹。

本发明提供的水冷板通过在流道板上蚀刻/切割形成水流流道并且通过扩散焊接的方式 进行固定连接能够使得水冷板的厚度大大减小,厚度低达0.5mm-3mm,最薄可达0.5mm,此 种水冷板厚度薄,能够用于加工成非平面的立体散热结构。

本发明装置适用于电力电子行业、汽车行业、化学电池行业、军工行业、轨道交通、航 空航天、兵器装备、显微镜投影仪光源散热等领域。如利用本发明的立体水冷装置制备成一 套散热系统用于超高倍数显微镜的散热,由于想要制作更高放大倍数的显微镜,就需要解决 显微镜散热的问题,由于显微镜的体积受限,散热装置既要满足体积不能过大,又要满足快 速散热、且散热效率较好的要求,本发明装置正好能够克服上述提高显微镜倍数后遇到的散 热问题,攻克了制备超高倍数显微镜无法解决散热的难题。又如本发明可以根据电机表面形 状制备成立体散热结构。

附图说明

图1为本发明所述立体水冷装置中蚀刻有水流流道的板片俯视结构示意图。

图2为本发明所述立体水冷装置中蚀刻有水流流道的板片立体结构示意图。

图3为本发明所述立体水冷装置中水冷板(两块板+单板蚀刻)爆炸示意图。

图4为本发明所述立体水冷装置中水冷板(两块板+双板蚀刻)爆炸示意图。

图5为本发明所述立体水冷装置加工成圆筒体的立体结构示意图。

图6为本发明所述立体水冷装置加工成圆筒体的立体透视结构示意图。

图7为本发明所述立体水冷装置加工成圆筒体除去最外层板片的立体结构示意图。

图8为本发明所述立体水冷装置中水冷板的平面展开图。

图9为本发明所述所述立体水冷装置中水冷板的爆炸示意图。

图10为本发明所述立体水冷装置加工成一侧开口的箱体形状的立体透视结构示意图。

图11为本发明所述立体水冷装置加工成一侧开口的箱体形状的立体结构示意图。

图12为本发明所述立体水冷装置加工成一侧开口的箱体形状的立体结构示意图。

图13为本发明所述立体水冷装置加工成一侧开口的箱体形状的除去最外层板片的立体结构 示意图。

图14为本发明所述立体水冷装置加工成一侧开口的箱体形状的除去最外层板片的立体结构 示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明,以下实施例将有助于本领域的技术人员进 一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。

在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、 “后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”和“竖着”等指示的方位或位置关系为基于 附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指 的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的 限制。

在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确规定和限定,术语“安装”、“相连”、 “连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可 以是直接连接,亦可以是通过中间媒介间接连接,可以是两个部件内部的连通。对于本领域 的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外,在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”、“多组”、“多根”的含义是两个或两 个以上。

实施方式一:

结合图3-7说明本实施方式,本实施方式的一种超薄立体水冷装置,该装置由一块水冷板 加工成立体形状,水冷板的厚度为0.5mm-3.5mm,该水冷板由两块板片相互叠加且通过扩散 焊实现固定连接,其中至少一个板片侧壁上蚀刻有水流流道,水流流道位于两个板片之间, 两个板片中的任意一个板片上设置有与水流流道的进水端和出水端对应的进水口和出水口。

本实施方式中,可以采用一个板片侧壁上蚀刻有水流流道,另一个板片为平板的方式, 如图3所示;还可以需采用两个板片侧壁上都蚀刻水流流道,然后将两个板片带有水流流道的 一面相扣合的方式,如图4所示。

本实施方式中的水冷板的厚度为可以在0.5mm-3.5mm范围内任意取值,根据不同需求制 备获得不同厚度的薄水冷板,如3.5mm、3mm、2.5mm、2mm、1mm、0.5mm,最薄的可以做 到0.5mm,本领域技术人员公知薄板不容易制备,如果能够成功制备获得最薄的板,那么厚 于最薄板的厚度的板片也是能够制备获得的,如4mm、5mm、6mm、7mm等等。

本实施方式中水流流道的宽度可以在0.1mm-6mm之间任意取值,如3.5mm、3mm、2.5mm、 2mm、1mm、0.5mm、4mm、5mm、6mm。综合考虑加工过程中流道的凹陷程度以及流阻, 水流流道的宽度4mm时效果最好。

本实施方式中可以根据不同的换热需求可以设计不同深度的水流流道,水流流道垂直于 水冷板板面的宽度为所述水冷板厚度的50%-70%,在上述范围内可以任意取值均能够满足加 工要求,换热效果好,其中水流流道垂直于所在板片板面的宽度为所述板片厚度的50%-70% 范围内取值时可以获得更好的换热效果,并且当水流流道的深度,即垂直于所在板片板面的 宽度为所述板片厚度的70%时,流阻最小,流速最快,换热效果最好。

本实施方式中的水流流道的形状和具体参数可以根据实际的使用需求而设计成任意形 状,如图1-8中所示水流流道的形状。

本实施方式中的水流流道为变截面的流道,本实施例方式的水冷板在加工成立体形状的 过程中会涉及到弯折,会存在折弯角度小于180°折弯处,本实施方式中穿过该折弯处的水流 流道的截面增大,通过实验发现,截面增大1.1倍-1.3倍即可满足大大降低流道换热效率和变 形的影响,其中截面增大1.3倍效果最好,换热效率不受影响。类似于本发明的这种一体加工 成型的立体水冷装置由于由一块板片构成、板片内部流道相互连通,在弯折处极容易出现流 道因弯折而变形的问题,而本实施方式提供的水冷装置由于板片厚度较薄,流道的截面积小, 流道不易变形,受影响较小,为了进一步避免流道受弯折处受影响,将水流流道设置成变截 面的流道,在弯折处可以采用加宽流道的方式(增大水流流到的截面)来实现流道截面积补 偿,并通过合理布局尽量减少通过折弯处的流道。

本实施方式中板片的材质可以是铝,钛,铜,不锈钢等常见金属,且可不同金属之间进 行焊接,同时也可以陶瓷,石墨等非金属材料,或金属与非金属之间进行焊接。

本实施方式中板片的大小、形状等具体参数可以根据实际要加工成的立体装置的平面展 开的尺寸而定。

本实施例方式中进水口和出水口的位置可以根据实际使用要求而定。

本实施方式的水冷装置的工作原理是水从进水口进入入,在水流流道内流动,通过与周 围空气热传递,在流动过程中将热量带走,经过换热的水从出水口流出。

本实施方式的立体水冷装置可以按照如下方法进行加工:按照所需尺寸裁剪基板,将需 要蚀刻水流流道的板片进行蚀刻处理,然后将两块板片相互叠加放置,然后通过扩散焊接进 行固定连接获得水冷板,然后将水冷板通过热塑成型或冷压或折弯或卷板或冲压的方式加工 成立体形状;所述蚀刻处理是先用油墨喷涂非流道部分,然后裸露出需要蚀刻的流道部分, 用35~42波美度三氯化铁溶液喷淋完成蚀刻处理;所述扩散焊接是先真空至真空度在0.001Pa 以下,然后加压至0.8MPa-15MPa,最后加热升温至500℃-980℃,保温10min-180min。

本实施方式中扩散焊接的较优条件因板片材质不同而略有不同,具体扩散焊工艺可以按 照本实施方式提供的具体方法进行优化获得,经试验确定板片材质为不锈钢时,扩散焊的条 件为:先真空至真空度在0.001Pa以下,然后加压至8MPa-15MPa,最后加热升温至900~980℃, 保温10~120分钟。板片材质为铝合金时,扩散焊的条件为:先真空至真空度在0.001Pa以下, 然后加压至3.4MPa-5.6MPa,最后加热升温至500~560℃,保温10~90分钟。板片材质为钛合 金时,扩散焊的条件为:先真空至真空度在0.001Pa以下,然后加压至0.8MPa-2.4MPa,最后 加热升温至850~980℃,保温50~180分钟。

本实施方式中通过将扩散焊接的条件设置成先真空至真空度在0.001Pa以下,然后加压至 0.8MPa-15MPa,最后加热升温至500℃-980℃,保温10min-180min,可能够保证两个板片通 过扩散焊连接时,保证没有流道的板片在流道处凹陷控制在0.05mm以下,避免了压力过大出 现水冷板盖板出现凹陷的现象,或者压力过小产生盖板与流道板之前焊接不牢靠的现象。

本实施方式中的热塑成型工艺可以采用如下加工条件:在720℃-1180℃下保温2-5分钟, 保压2-5分钟,压力设定为:工件表面积*(1.5-3)MPa。本实施方式中热塑成型工艺方法的 较优条件因板片材质不同而略有不同,具体热塑成型工艺可以按照本实施方式提供的具体方 法进行优化获得,经试验确定板片材质为TC4钛合金时,温度设置为720~780摄氏度,保温 (2-5)分钟,保压2-5分钟,压力设定为:工件表面积*(1.5-3)MPa。板片材质为不锈钢时, 温度设置为900~1180摄氏度,保温(2-5)分钟,保压2-5分钟,压力设定为:工件表面积* (1.5-3)MPa。

本实施方式中加工成立体形状除了采用热塑成型工艺以外,还可以采用冷压、折弯、卷 板、冲压等机械手段完成,1mm以下的铝材料及不锈钢材料产品还可以手工折弯完成。

本实施方式上述加工方法中,在经过扩散焊接处理后,还可以采用表面处理工艺进行抛 光,经过表面处理后的板片表面无流道痕迹,不锈钢表面可以采用研磨抛光或拉丝处理,铝 合金表面可以采用阳极化处理,钛合金表面可以采用金属拉丝或阳极化处理。

本实施方式中的立体装置可以根据需求加工成任意立体形状的水冷装置,只需要按照立 体形状的平面展开尺寸切割板材,通过热塑成型或冷压或折弯或卷板或冲压的方式加工成立 体形状;如圆筒体或者一侧开口的箱体形,如图5-8所示。

本实施方式中加工成圆筒体立体水冷装置(两个板片构成),如图5-7,可以按照如下加 工方法加工:

1)板片加工:水冷板可以选取两块1mm不锈钢板片作为基板,按照所需尺寸(立体形状 的平面展开尺寸)裁剪基板,采用金属蚀刻方式将两块板片的非流道部分用油墨喷涂,裸露 出需要蚀刻的流道部分,不锈钢材料使用40波美度三氯化铁溶液喷淋,蚀刻深度0.5mm,

2)扩散焊接:将不锈钢材料板片先真空至真空度在0.001Pa以下,然后加压至8MPa,最 后加热升温至950℃,保温120分钟,焊接获得水冷板,水冷板整体厚度2mm;

3)表面处理:采用金属砂光机对板片表面进行抛光去厚度处理,采用120目砂带,调整 抛光间隙使设备工作电流控制在15A以下,正反面循环抛光每次去除量0.01mm,厚度达到1.6 毫米后不锈钢表面采用研磨抛光处理。

4)将水冷板通过热塑成型的方式加工成圆筒体:

先将工件在热塑成型机中放置在下半圆成型模具内,将温度增加至1150摄氏度保温3分 钟,对工件施加压力到表面积*2MPa,计算得到压力为21000牛顿。(能不能不要数值可能 有问题)保压5分钟。取出工件自然冷却到室温,再将工件在热塑成型机中放置在上半圆成 型模具内,将温度增加至1150摄氏度保温3分钟,对工件施加压力到表面积*2MPa,计算得 到压力为21000牛顿,保压5分钟。

上述加工方法获得的圆筒体立体水冷装置的平面展开尺寸为:70mm×150mm,水冷板 的两块板片均蚀刻有水流流道,加工完成后每块板片厚度为0.8mm,每块板上的水流流道尺 寸:深度0.5mm×宽度4mm,通过实验发现该水冷板可以将200℃的热源表面降温至40℃, 经试验发现立体水冷装置最高可以承受25bar的压力。

本实施方式中的装置还可以通过热塑成型或冷压或折弯或卷板或冲压等方式加工成一侧 开口的箱体形(弯折90°)的立体水冷装置。

实施方式二

结合图8-14说明本实施方式,本实施方式的一种超薄立体水冷装置,该装置由一块水冷 板弯折加工成立体形状,水冷板的厚度为0.5mm-3.5mm,该水冷板由三块板片相互叠加且通 过扩散焊实现固定连接,其中位于中间的板片上设置有镂空的水流流道,位于两侧的板片中 任意一个板片上设置有与水流流道的进水端和出水端对应的进水口和出水口。

本实施方式中的镂空的水流流道可以是通过线切割或者激光切割或等离子切割形成的, 其中线切割更好,因为线切割方式尺寸精度较高,可高达0.02mm,切口表面不产生废屑,板 片变形量小。

本实施方式中水冷板的厚度为可以在0.5mm-3.5mm范围内任意取值,根据不同需求制备 获得不同厚度的薄水冷板,如3.5mm、3mm、2.5mm、2mm、1mm、0.5mm,最薄的可以做到 0.5mm,本领域技术人员公知薄板不容易制备,如果能够成功制备获得最薄的板,那么厚于 最薄板的厚度的板片也是能够制备获得的,如4mm、5mm、6mm、7mm、7.8mm等等。

本实施方式中水流流道的宽度可以在0.1mm-6mm之间任意取值,如3.5mm、3mm、2.5mm、 2mm、1mm、0.5mm、4mm、5mm、6mm。综合考虑加工过程中流道的凹陷程度以及流阻, 水流流道的宽度4mm时效果最好。

本实施方式中的水流流道垂直于水冷板板面的宽度可以在所述水冷板厚度的50%-70%范 围内任意取值,根据不同的换热需求可以设计不同深度的水流流道,其中当水流流道的深度, 即水流流道垂直于水冷板板面的宽度,为所述水冷板厚度的70%时,流阻最小,流速最快, 换热效果最好。

本实施方式中的水流流道的形状和具体参数可以根据实际的使用需求而设计成任意形 状,如图9-14中所示水流流道的形状。

本实施方式中的水流流道为变截面的流道,本实施例方式的水冷板在加工成立体形状的 过程中会涉及到弯折,会存在折弯角度小于180°折弯处,本实施方式中穿过该折弯处的水流 流道的截面增大,通过实验发现,截面增大1.1倍-1.3倍即可满足大大降低流道换热效率和变 形的影响,其中截面增大1.3倍效果最好,换热效率不受影响。类似于本发明的这种一体加工 成型的立体水冷装置由于由一块板片构成、板片内部流道相互连通,在弯折处极容易出现流 道因弯折而变形的问题,而本实施方式提供的水冷装置由于板片厚度较薄,流道的截面积小, 流道不易变形,受影响较小,为了进一步避免流道受弯折处受影响,将水流流道设置成变截 面的流道,在弯折处可以采用加宽流道的方式(增大水流流到的截面)来实现流道截面积补 偿,并通过合理布局尽量减少通过折弯处的流道。

本实施方式中板片的材质可以是铝,钛,铜,不锈钢等常见金属,且可不同金属之间进 行焊接,同时也可以陶瓷,石墨等非金属材料,或金属与非金属之间进行焊接。

本实施方式中板片的大小、形状等具体参数可以根据实际要加工成的立体装置的平面展 开的尺寸而定。

本实施例方式中进水口和出水口的位置可以根据实际使用要求而定。

本实施方式的水冷装置的工作原理是水从进水口进入,在水流流道内流动,通过与周围 空气热传递,在流动过程中将热量带走,经过换热的水从出水口流出。

本实施方式的立体水冷装置(三块板)的加工方法可以按照如下方法进行加工:按照所 需尺寸裁剪基板,在需要切割水流流道的板片上切割形成水流流道,然后将三块板片相互叠 加放置,设有水流流道的板片位于中间,然后通过扩散焊接进行固定连接获得水冷板,然后 将水冷板通过热塑成型或冷压或折弯或卷板或冲压的方式加工成立体形状;所述扩散焊接是 先真空至真空度在0.001Pa以下,然后加压至0.8MPa-15MPa,最后加热升温至500℃-980℃, 保温10min-180min。

本实施例方式中切割可以采用激光切割或线切割或等离子切割的方式,其中激光切割的 条件可以采用:激光功率0.5~2千瓦,保护气压力0.3~0.8兆帕,控制进给速度3~5cm/s。

本实施方式中扩散焊接的较优条件因板片材质不同而略有不同,具体扩散焊工艺可以按 照本实施方式提供的具体方法进行优化获得,经试验确定板片材质为不锈钢时,扩散焊的条 件为:先真空至真空度在0.001Pa以下,然后加压至8MPa-15MPa,最后加热升温至900~980℃, 保温10~120分钟。板片材质为铝合金时,扩散焊的条件为:先真空至真空度在0.001Pa以下, 然后加压至3.4MPa-5.6MPa,最后加热升温至500~560℃,保温10~90分钟。板片材质为钛合 金时,扩散焊的条件为:先真空至真空度在0.001Pa以下,然后加压至0.8MPa-2.4MPa,最后 加热升温至850~980℃,保温50~180分钟。

本实施方式中通过将扩散焊接的条件设置成先真空至真空度在0.001Pa以下,然后加压至 0.8MPa-15MPa,最后加热升温至500℃-980℃,保温10min-180min,可能够保证两个板片通 过扩散焊连接时,保证没有流道的板片在流道处凹陷控制在0.05mm以下,避免了压力过大出 现水冷板盖板出现凹陷的现象,或者压力过小产生盖板与流道板之前焊接不牢靠的现象。

本实施方式中的立体装置可以根据需求加工成任意立体形状的水冷装置,只需要按照立 体形状的平面展开尺寸切割板材,然后通过热塑成型或冷压或折弯或卷板或冲压的方式加工 成立体形状,如圆筒体或者一侧开口的箱体形。

本实施方式中的热塑成型工艺可以采用如下加工条件:在720℃-1180℃下保温2-5分钟, 保压2-5分钟,压力设定为:工件表面积*(1.5-3)MPa。本实施方式中热塑成型工艺方法的 较优条件因板片材质不同而略有不同,具体热塑成型工艺可以按照本实施方式提供的具体方 法进行优化获得,经试验确定板片材质为TC4钛合金时,温度设置为720~780摄氏度,保温 (2-5)分钟,保压2-5分钟,压力设定为:工件表面积*(1.5-3)MPa。板片材质为不锈钢时, 温度设置为900~1180摄氏度,保温(2-5)分钟,保压2-5分钟,压力设定为:工件表面积* (1.5-3)MPa。

本实施方式中加工成立体形状除了采用热塑成型工艺以外,还可以采用冷压、折弯、卷 板、冲压等机械手段完成,1mm以下的铝材料及不锈钢材料产品还可以手工折弯完成。

本实施方式上述加工方法中,在经过扩散焊接处理后,还可以采用表面处理工艺进行抛 光,经过表面处理后的板片表面无流道痕迹,不锈钢表面可以采用研磨抛光或拉丝处理,铝 合金表面可以采用阳极化处理,钛合金表面可以采用金属拉丝或阳极化处理。

本实施方式中加工成一侧开口的箱体形立体水冷装置(三个板片构成),如图8-14,可以 按照如下加工方法加工:

1)板片加工:水冷板可以选取0.5mmTC4钛合金板片作为基板,按照所需尺寸(立体结 构的平面展开尺寸)裁剪基板,采用激光切割的方式,控制激光功率1千瓦,保护气压力0.4 兆帕,控制进给速度4cm/s。另两块板片选取0.3mm不锈钢板切割对应的进出口;

2)扩散焊接:将TC4钛合金板片先真空至真空度在0.001Pa以下,然后加压至2MPa,最 后加热升温至950℃,保温120分钟,焊接后整体厚度1.1mm;

3)表面处理:采用金属砂光机对板片表面进行抛光去厚度处理,采用120目砂带,调整 抛光间隙使设备工作电流控制在15A以下,正反面循环抛光每次去除量0.01mm,厚度达到1 毫米后TC4钛合金表面采用拉丝或阳极化处理。

4)将水冷板通过热塑成型的方式通过将四面折弯90°加工成一侧开口的箱体形:

先将工件在热塑成型机中放置在长方体成型模具内,将温度增加至750摄氏度保温3分 钟,对工件施加压力到表面积*2MPa,计算得到压力为31000牛顿。保压5分钟。

上述加工方法获得的立体水冷装置的尺寸为:长70mm*宽50mm*高50mm,水冷板中间 板切割有水流流道,水冷板的厚度为1mm,水流流道尺寸:深度0.5mm×宽度4mm,通过 实验发现该水冷板可以将170℃的热源表面降温至45℃,经试验发现水冷板片最高可以承受 15bar的压力。

本实施方式中的装置还可以通过热塑成型或冷压或折弯或卷板或冲压等方式加工成圆筒 体的立体水冷装置。

虽然本发明已以较佳的实施例公开如上,但其并非用以限定本发明,任何熟悉此技术的 人,在不脱离本发明的精神和范围内,都可以做各种改动和修饰,因此本发明的保护范围应 该以权利要求书所界定的为准。

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