一种框架式冷板及其加工方法与流程

本发明涉及涉及铝制框架式冷板技术领域，具体涉及一种节能降耗的框架式冷板和冷板加工方法。

背景技术：

框架式冷板是一种新型高效热传导设备，它以结构紧凑、重量轻、体积小和传热效率高等优点，广泛应用于航天、航空、激光、高铁、风电、电力、工程机械、医疗、石化等领域。随着冷板应用市场越来越广，一方面，传统结构式冷板在某些高要求的场合已经不能满足换热性能的要求，另一方面在生产周期、生产成本方面面临很大压力，要求框架式冷板生产过程进一步节能降耗并提高效率。

如图1所示，为现有冷板的主要水道布置形式，该种形式的冷板表面温度梯度已不符合使用需求，同时其换热效率也无法满足设备使用要求。

如图3所示，为框架式冷板的最终产品平面图，目前框架式冷板的加工方法如下：冷板加工——冷板清洗——冷板装配——冷板真空钎焊——冷板热处理——冷板校平——机加工——气密——阳极化——清洗——提交。如图2所示，冷板总厚度50.8mm(其中，槽基板厚44.8mm+平基板厚6mm)。需要注意的是，上述方案在冷板真空钎焊后需要将图3中槽基板虚线内区域向下切削26.8mm。

由于上述方法中冷板较厚，影响了真空钎焊时的装炉量，另一方面，由于冷板需要切削掉超过1/2的厚度，造成材料的严重浪费，同时延长了加工周期。因此，传统框架式冷板及其加工方法已经不能满足客户和市场的要求，节能降耗的框架式冷板及其加工方法的更新和改进显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种新型节能降耗的框架式冷板及其加工方法，在结构强度和外形均能满足客户要求的前提下通过对现有结构和加工方法进行优化设计，降低冷板表面温度梯度，提高换热效率，减少加工周期，降低原材料的浪费，同时将冷板毛坯厚度减少，提高真空钎焊的装炉量，达到节能降耗目的。

本发明的技术方案实现如下：

一种框架式冷板，包括依次相连的槽基板、平基板和框架；

所述槽基板表面设置有两条镜像对称且首尾不闭合的水道，每一条水道包括相互平行且等宽的多条首尾连接的不等长的竖向水道，竖向水道之间通过水平水道或弧形水道相连，竖向水道平行于槽基板的长度方向，竖向水道之间非依次连接(即不是按照相邻顺序依次连接)；

所述平基板为一平板件，且与槽基板平面平行并钎焊连接形成冷板基体；

所述框架为一矩形框架，其四条棱边通过搅拌摩擦焊与冷板基体相连。

优选的，每一条所述水道包括由槽基板内侧向外侧分布的第一、第二、第三、第四、第五和第六竖向水道，且连接顺序为第一→第二→第五→第四→第三→第六竖向水道，其中第二、第三、第四、第五和第六竖向水道的间距相等，且第三、第四竖向水道的连接段位于第二、第五竖向水道的连接段内侧，第四、第五竖向水道的连接段位于第三、第六水道的连接段内侧(这里的内侧是指两条连接段相对于最接近的槽基板边缘的距离，距离大者，则定义为内侧)；

所述第一竖向水道与第二竖向水道之间的间距等于两条镜像对称的水道之间的间距。

一种框架式冷板的加工方法，包括依次进行的槽基板和平基板加工、清洗、装配和真空钎焊，从而形成冷板基体，然后将冷板基体热处理和校平，再将框架通过搅拌摩擦焊与冷板基体连接。

优选的，所述框架由铝块切割而成，其长度和宽度分别与冷板基体的长度和宽度相等。

优选的，所述冷板基体与框架搅拌摩擦焊时沿冷板与框架对接处外表面周向焊接。

优化后的水道布置结构充分利用了槽基板的长度和宽度，多条平行于槽基板长度方向且间隔的竖向水道不仅增加了换热面积，还通过间距不同控制并降低了冷板表面温度梯度。竖向水道之间未按照从槽基板内侧向外侧依次相连的常规方式，而是跨跃相邻竖向水道连接，从而形成相互嵌套区域，嵌套区域内的竖向水彼此影响，进而影响温度梯度分布。竖向水道的具体数目以及宽度与槽基板的尺寸以及换热需求有关，可根据实际需求进行调整。

优化后的加工方法将传统的槽基板切削形成框架改变为搅拌摩擦连接，在框架的成型上同时节省了材料和时间，由于无需保留切削框架的材料，因此槽基板的厚度可以降低，从而提高了槽基板与平基板钎焊的装炉数量，提高了单位时间的钎焊效率。

与现有技术相比，本发明优化了槽基板上水道的布置结构，增加了冷板的换热面积又降低了冷板表面温度梯度，达到了高效换热目的，同时减少了厚板料直接加工成框架的加工周期，也降低了原材料的浪费，将冷板毛坯厚度减少，提高了真空钎焊的装炉量，达到节能降耗的目的。

附图说明

图1是现有槽基板上水道的布置结构；

图2是框架式冷板的成品侧视图；

图3是框架式冷板的成品平面图(虚线内区域为槽基板需要切销的部分)；

图4是本发明中的冷板基体和框架的装配示意图；

图5是本发明中冷板基体与框架搅拌摩擦焊后的侧视图；

图6是冷板焊接成品立体图；

图7是槽基板的三视图；

图8是平基板的零件图；

图9和图10是框架的零件图和立体图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步说明：

如图4所示，框架式冷板包括依次相连的槽基板、平基板(如图8)和框架2(如图9和图10)；槽基板表面设置有两条镜像对称且首尾不闭合的水道，每一条水道包括六条相互平行且等宽的首尾连接的不等长竖向水道，竖向水道之间通过水平水道或弧形水道相连；平基板为一平板件，且与槽基板平面平行并钎焊连接形成冷板基体；框架2为一矩形框架，其四条棱边通过搅拌摩擦焊与冷板基体相连。

如图7，具体来说，每一条水道包括由槽基板内侧向外侧分布的第一、第二、第三、第四、第五和第六竖向水道，具体连接顺序为第一、第二、第五、第四、第三、第六竖向水道，其中第二、第三、第四、第五和第六竖向水道的间距相等，第一和第二，第二和第五，第三和第六之间通过水平水道相连，第四和第三，第四和第五之间通过弧形水道连接，且第三、第四竖向水道的连接段位于第二、第五竖向水道的连接段内侧，第四、第五竖向水道的连接段位于第三、第六水道的连接段内侧；第一竖向水道与第二竖向水道之间的间距等于两条镜像对称的水道之间的间距。经过模拟仿真，在表面散热功率为3000w，冷却液流量为10l/min时，槽基板尺寸和材料相同的情况下，采用该水道布置形式，相比图1中的布置形式，换热性能平均提高30％，冷板表面最高温度下降15℃，冷板表面温度梯度由22℃下降到9℃。

如图2～图6所示，冷板基体1和框架2分别加工，其中，冷板1总厚度24mm，包括槽基板(厚18mm)+平基板(厚6mm)。框架2由12mm宽(框架的棱边宽并非整个框架的宽度)，31mm厚的铝块裁剪切割而成。冷板基体1和框架2采用搅拌摩擦焊进行焊接。

具体流程如下：槽基板，平基板及框架2分别加工——槽基板、平基板清洗——槽基板和平基板装配——槽基板和平基板真空钎焊形成冷板基体1——冷板基体1热处理——冷板基体1校平——冷板基体1与框架2搅拌摩擦焊——机加工——气密——阳极化——清洗——提交。

采用本发明的方法，搅拌摩擦焊接头强度能达到母材强度的80％，本结构框架2由于不承受外力作用，因此该结构和加工方式不影响最终成品的使用，搅拌摩擦焊不需要焊接倒角，只要零件平齐保证间隙即可。本发明将传统的切削式、浪费大的加工方式，改进成增材式、浪费小的加工方法，真空钎焊装炉量为传统方案的2倍，原材料节约19kg/套，加工周期缩短10h/套。