铝合金冷却板铸造工艺的制作方法

本发明属于铝合金冷却板生产技术领域，特别涉及铝合金冷却板铸造工艺。

背景技术：

在工业生产中，时常会用到冷却板对产品进行冷却，其中，采用不锈钢管作为冷却通道的铝合金冷却板由于耐用、制作成本较低等优点而得到广泛使用。部分铝合金冷却板用于大型雷达阵面的冷却系统，且主要用于冷却安装在阵面上的电子元器件，使用过程中通循环冷却液进行冷却。由于该铝合金冷却板长达3440mm，椭圆孔尺寸15mm×23mm，孔太长且孔径太小，无法采用打孔的方法成型。

因此，该类铝合金冷却板现有的制作方法是：在铝合金预制板上将放冷却管道的地方加工成型，然后放入不锈钢管，再将两块铝合金预制板采用焊接的方式将其组合焊接成型，进而将不锈钢管固定在两块铝合金构成的用于放置不锈钢管的模腔内。采用该加工工艺存在较大的缺点，其一是需要先将两块铝合金预制板制作好后，再使用其与不锈钢管进行焊接，使得铝合金冷却板的制作工艺复杂化；其二是在焊接时，只要不锈钢管的一致性稍有差异，将不锈钢管放入模腔，不锈钢管与铝合金之间就会存在较大的间隙，导致不锈钢管与铝合金预制板之间热量交换不足，进而使得铝合金冷却板的散热效果不好。

针对这种情况，当前采取的主要手段是采用铸造的方式生产铝合金冷却板，铸造的方式有三种，分别是采用不锈钢管、铜管和通孔作为冷却通道。采用不锈钢管和铜管作为冷却通道时，由于铝合金冷却板长宽冷却板厚加工完成后平面度要求0.1。中间两处减重腔尺寸分别为3340mm×60mm×17mm、3108mm×38mm×16mm，冷却管呈椭圆形，尺寸为15mm×23mm。冷却管外壁与大平面之间的壁厚为4mm，在长度为3430mm的范围内，加工后不允许露管，且加工后保证减重腔两侧壁厚，减重腔与大平面之间的壁厚为3mm。对此冷却管及减重腔砂芯在铸造模腔中的定位要求高，其直接决定了铝合金冷却板的成型质量，由于铸造方式存在该定位难点，产品不合格率高达43％以上，所以当前无人采用此两种方式进行生产。另外，由于铜管强度低，在铸造过程中容易将管子压扁而导致冷却管截面积变小或堵死，最终冷却液流量不够导致电子元器件散热不均匀或局部高温而损坏。

而将通孔作为冷却通道时，由于该铝合金冷却管在使用时有气密性要求，即要求在1mpa气压下保压1小时不允许漏气，采用铸造的方法直接成型通孔，由于铸件内部本身可能有铸造缺陷产生，不能保证孔的气密性要求，泄漏风险大且报废率高达85％以上，导致直接浇注通孔也不可行。

因此，当前对较长的铝合金冷却板进行加工生产时，仍然是采用将不锈钢管放入两块铝合金预制板内，再将两块铝合金预制板采用焊接的方式将其组合焊接成型的方式。

技术实现要素：

本发明意在提供铝合金冷却板铸造工艺，以解决现有技术采用焊接的方式加工铝合金冷却板，导致铝合金冷却板散热效果不佳的问题。

本方案中的铝合金冷却板铸造工艺，包括以下步骤：

步骤一、造型：制作用于浇铸铝合金冷却板的模具；

步骤二、制芯：制作用于浇铸铝合金预制板的砂芯；

步骤三、通过定位工装将不锈钢管固定到模具中；所述定位工装包括固定部、用于连通两个不锈钢管的连接部和多个用于套接不锈钢管的管套，所述连接部包括第一连接板和第二连接板，第二连接板内设有密闭的空腔，第二连接板同一侧的壁体上设有两个连通所述空腔的连接孔；所述第一连接板上设有两个密闭的腔室，每个腔室的壁上均设有进水孔和出水孔，两个所述腔室壁上的出水孔位于第一连接板的同一侧；

所述固定部包括多组固定件，固定件包括第一安装板、第二安装板和两个支柱块，第一安装板和第二安装板通过两个所述支柱块固定连接，两个所述支柱块上均设有与不锈钢管间隙配合的限位孔；两块所述支柱块相对的一侧均设有用于放置砂芯的支撑台；所述第二安装板上可拆卸连接有用于抵持砂芯的抵持块；

使用定位工装将不锈钢管固定到模具中的具体步骤包括：

(1)不锈钢管焊接

a、将堵块焊接在第一连接板和第二连接板的调节孔处，使其完全密封；

b、将套管和支柱块对应套接在两根不锈钢管上，然后将两根不锈钢管的两端分别焊接在第二连接板的连接孔和第一连接板的出水孔；

c、将管接头焊接在第一连接板的进水孔；

(2)不锈钢管定位

a、将第一安装板放在模具模腔对应的位置上；

b、将焊接好的不锈钢管上的支柱块设有支撑台的一侧固定连接在第一安装板上；

c、将抵持块固定连接在第二安装板上；

d、将砂芯放入模具模腔内，并使砂芯中间部位放置在支柱块的支撑台上，然后将装有抵持块的第二安装板盖在支柱块上，确保抵持块与支撑台将砂芯固定后，将第二安装板与支柱块固定连接；

e、闭合模具的上模和下模，然后将第一安装板伸出模具的两头用紧固钢绳固定在模具上，即完成不锈钢管的定位；

步骤四、浇铸：将融化后的铝合金液浇入到模具中，并使其充满整个模腔，得到浇铸件；

步骤五、开模：取出浇铸件，并清砂、去除浇冒口和整形，确保浇铸件平面度小于1mm；

步骤六、热处理：将浇铸件随炉升温至160℃～180℃，并保温3小时，然后空冷至室温得到铝合金冷却板。

本方案的有益效果：通过采用第一连接板和第二连接板对不锈钢管进行焊接固定，再通过管套降低不锈钢管在厚度方向的偏移；再利用支柱块将固定后的不锈钢管与第一安装板和第二安装板连接，同时利用支柱块上的支撑台并结合抵持块实现对砂芯的固定，再通过第一安装板将不锈钢管及其定位装置固定在砂箱内，进而完成对不锈钢管的固定，确保了后续浇注工作的有效进行。由于浇注得到的铝合金冷却板中铝合金板与不锈钢管完全贴合，减少了两者之间的间隙，从而提高了铝合金冷却板的散热效果；同时采用本方案可以将较长的铝合金冷却板铸造合格率提高到96％以上。铸造的铝合金冷却板相比现有技术采用焊接的方式加工的铝合金冷却板，其散热效果提升25％～36％。

进一步，不锈钢管焊接完成后，对焊接后的不锈钢管进行整形校正，确保不锈钢管的平面度在1mm以内。通过整形校正，可有效降低不锈钢管在厚度方向的偏移，有利于确保不锈钢管的有效定位。

进一步，不锈钢管定位前，对焊接后的不锈钢管进行试压检测，确保焊接后的不锈钢管在1mpa气压下保压1小时无泄漏。通过试压检测，确保焊接后的不锈钢管具有较好的气密性。

进一步，浇铸时，确保浇入到模具中的铝合金液中不含氧化皮。浇注时合金液中不含氧化皮，可有效减少铸件产生冷隔或缩松缺陷。

进一步，步骤六中，热处理时，将浇铸件随炉升温至170℃，并保温3小时，然后空冷至室温得到铝合金冷却板。采用该方式可更好将铸件的铸造应力去除。

附图说明

图1为采用本发明铝合金冷却板铸造工艺铸造出的铝合金冷却板的结构示意图；

图2为图1的a-a视图；

图3为本发明铝合金冷却板铸造工艺中定位工装定位不锈钢管的总装图；

图4为图3中的b-b剖视图；

图5为图3中的不锈钢管焊接装配图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：堵块1、第一连接板2、管接头3、管套4、支柱块5、不锈钢管6、第二连接板7、第一安装板8、第二安装板9、螺钉10、抵持块11、砂芯12、堵头13、砂台14、第一减轻孔15、第二减轻孔16、清砂孔17。

实施例基本如附图3～4所示：定位工装，包括固定部、用于连通两个不锈钢管6的连接部和多个用于套接不锈钢管6的管套4，管套4的外径等于铝合金冷却板的厚度，连接部包括第一连接板2和第二连接板7，第二连接板7内设有密闭的空腔，第二连接板7同一侧的壁体上设有两个连通空腔的连接孔，第二连接板7的两端设有连通空腔的调节孔，调节孔内焊接有密封调节孔的堵块1；第一连接板2上设有两个密闭的腔室，每个腔室的壁上均设有进水孔和出水孔，两个腔室壁上的出水孔位于第一连接板2的同一侧；第一连接板2的两端也设有分别连通两个腔室的调节孔，调节孔内焊接有封堵其的堵块1；第一连接板2的两个进水孔均焊接有管接头3，管接头3可拆卸连接有堵头13。

固定部包括多组固定件，固定件包括抵持块11、第一安装板8、第二安装板9和两个支柱块5，第一安装板8上设有两组用于连接支柱块5的螺纹孔；第二安装板9设有两组用于连接支柱块5的螺纹孔、一个用于连接抵持块11的螺纹孔；支柱块5的中心处设有与不锈钢管6间隙配合的限位孔，支柱块5的一侧设有用于放置砂芯12的支撑台，支柱块5的两端分别设有用于连接第一安装板8和第二安装板9的螺纹孔；抵持块11呈类“凸”字形；

第一安装板8和第二安装板9均使用螺钉10与支柱块5螺纹连接，两块支柱块5设有支撑台的一侧相对；抵持块11通过螺钉10固定连接在第二安装板9上。

铝合金冷却板铸造工艺，包括以下步骤：

步骤一、造型：制作用于浇铸铝合金冷却板的模具；

步骤二、制芯：制作用于浇铸铝合金预制板的砂芯12；

步骤三、通过定位工装将不锈钢管6固定到模具中，具体包括以下步骤：

(1)、不锈钢管6焊接

a、将堵块1焊接在第一连接板2和第二连接板7的调节孔处，使其完全密封；

b、将套管和支柱块5对应套接在两根不锈钢管6上，然后将两根不锈钢管6的两端分别焊接在第二连接板7的连接孔和第一连接板2的出水孔；

c、将管接头3焊接在第一连接板2的进水孔，不锈钢管6焊接后的装配图如附图5所示；

(2)、不锈钢管6定位

a、不锈钢管焊接完成后，将堵头13与管接头3固定连接，使用木榔头对焊接后的不锈钢管6进行整形校正，确保不锈钢管6的平面度在1mm以内；

b、在1mpa的气压下对校正后的不锈钢管6进行密闭性检测，确保不锈钢管6在保压状态下至少1h不漏气；

c、将第一安装板8放在模具模腔对应的位置上；

d、将焊接好的不锈钢管6上的支柱块5设有支撑台的一侧固定连接在第一安装板8上；

e、将抵持块11固定连接在第二安装板9上；

f、将砂芯12放入模具模腔内，并使砂芯12中间部位放置在支柱块5的支撑台上，修补好分型面、出气道和填补砂档位置；对一箱多型要分型修整，扫清灰尘，检查无误后吹净散砂；使用皮管吹灰时要注意吹灰方向，以免吹出的散砂冲击到人或其他砂型中去；对卧做竖浇的砂型，应将砂芯12落好，合箱紧固后再竖立稳当；然后将装有抵持块11的第二安装板9盖在支柱块5上，确保抵持块11与支撑台将砂芯12固定后，将第二安装板9与支柱块5固定连接；砂芯12上设有砂台14，砂台14远离砂芯12的一侧与模具模腔内壁贴合；

g、闭合模具的上模和下模，然后将第一安装板8伸出模具的两头用紧固钢绳固定在模具上，即完成不锈钢管6的定位；

步骤四、浇铸：将融化并去除氧化皮后的铝合金液浇入到模具中，并使其充满整个模腔，得到浇铸件；

步骤五、开模：取出浇铸件，并清砂、去除浇冒口和整形，确保浇铸件平面度小于1mm；

步骤六、热处理：将浇铸件随炉升温至170℃，并保温3小时，然后空冷至室温得到铝合金冷却板。

采用本发明铝合金冷却板铸造铸造出的铝合金冷却板如附图1～2所示，铝合金冷却板含有第一减轻孔15和第二减轻孔16，铝合金冷却板铸造后，去除第一减轻孔15和第二减轻孔16内物质后，铝合金冷却板存在清砂孔17，可通过焊接密封板将其密封。