具有v字形分形結構的微通道換熱板及其製備方法
2023-05-18 09:03:01 2
專利名稱：具有v字形分形結構的微通道換熱板及其製備方法
技術領域：
本發明涉及換熱板，主要應用於強化傳熱領域，具體是指具有V字形分形結構的微通道換熱板及其製備方法。
背景技術：
換熱裝置是工業過程中必不可少的設備，廣泛應用於化工，機械，微電子等領域。 尤其是在微電子領域飛速發展的今天，散熱問題已經成為了影響產品性能和壽命的主要問題。隨著產品的集成度的提高，系統複雜化，加工製造的精密化和小型化，導致散熱問題越來越嚴重。以大功率LED為例，LED性能與其工作溫度密切相關，隨著溫度的上升，發光效率逐步降低，使用壽命呈指數下降，其晶片表面熱流密度遠超過採用鋁/銅等材料空氣強制對流散熱的極限，可見，傳統的散熱技術已經難以滿足要求。目前電子領域最高熱流密度已經超過了 lOOW/cm2。電子元器件所產生的高溫使產品的性能降低，可靠性，穩定性，精度下降，嚴重影響產品質量。而散熱技術的更新，對節約能源，提高產品的品質，可靠性和壽命有著重要意義。同時，隨著發展的加快，換熱裝置的發展也將向著小型化，微型化，高效化發展。
1981年，美國的Tuckerman和Pease率先提出了「微槽散熱器」的概念，將微通道應用於換熱領域。經過幾十年的發展，微通道的加工和製造取得了諸多成就，目前微通道的加工方法主要包括IC技術、光刻電鍍(LIGA)、化學腐蝕、電火花、線切割、微銑削等。IC技術僅限於矽材料的薄板上的微通道加工；光刻電鍍法成本高，實現難度大；化學腐蝕、電火花、線切割等耗時長，效率低；微銑削加工刀具磨損嚴重，不易於產業化。以上這些技術方法制約了微通道換熱結構的更新和發展，同時對開發出新型高效的微通道換熱裝置也顯得越來越迫切。發明內容
本發明的首要目的在於針對現有換熱板的結構單一，比表面積小的不足，提出了具有優良強化傳熱性能的具有V字形分形結構的微通道換熱板。
本發明的另一目的在於提供具有V字形分形結構的微通道換熱板的製備方法。
本發明通過下述技術方案實現
具有V字形分形結構的微通道換熱板，微通道具有3階V字形分形結構，第2階V 字形微通道深度為1. 5 2. Omm,在第1階V字形微通道兩側壁分別均勻分布2個第2階V 字形微通道，第2階微通道深度為0. 5 0. 6mm，在第2階V字形微通道兩側壁分別均勻分布2個第3階V字形微通道，第3階微通道深度為0. 1 0. 2mm。換熱板厚度為2mm 3mm。
上述具有V字形分形結構的微通道換熱板的製造方法，包括如下步驟
(1)將所要加工的板料進行去除毛刺處理，然後將其用夾具安裝在刨床的虎鉗上；
(2)用平面刨刀對板料表面進行平整處理，去除表面粗糙的材料，保證所加工平面的平面度以及與底面的平行度；
(3)將多級複合分形犁切刀具安裝在刨床刀架上，利用垂直度校正器校正刀具角度，保證刀具與待加工板料的垂直度；
(4)對已進行平整處理的板料進行V字形分形微通道的一次複合犁切加工，通過工作檯採用自動或手動進給來調整微通道的間距；
(5)去除毛刺，清理，得到具有V字形分形結構的微通道換熱板。
上述步驟(3)多級複合分形犁切刀具是指利用線切割和萬能磨床加工出的具有兩級或三級的複合刀具，利用線切割鉬絲軌跡控制切削刃形狀，使其具有多階V字形分形結構。
上述板料的材料為銅板、鋁板或者鋼板中的任意一種。
與現有技術相比，本發明具有如下優點和有益效果
(1)本發明具有V字形分形結構微通道大大增加了比表面積，其中2階分形微通道比1階分形微通道比表面積增加了 67%，3階分形微通道比2階分形微通道比表面積增加了 46%。多級V字形結構可大大增加汽化核心數量，極有利於氣泡的形成和成核，增強蒸發沸騰的過程中的汽化過程，使其具有優良的沸騰強化換熱能力。同等條件下，比普通光板的換熱能力提高2倍以上，綜合換熱係數達到482. 9W · m_3 · Γ1 · Pa—1。此結構具有廣泛的應用領域，諸如熱虹吸器，環路熱管蒸發器，大功率換熱器等，不僅在微電子領域的高密度散熱領域，更在大型的石油，化工等領域具有較大的應用前景和使用價值。
(2)提出具有V字形分形結構微通道的製造方法生產成本低，對設備的要求不高， 工藝過程簡單，相比目前常見的微通道加工技術，諸如IC技術、光刻電鍍(LIGA)、化學腐蝕、電火花、線切割、微銑削等，其生產效率極高，省去了大量的設備投入，而且工藝技巧也極為容易掌握，對人員的加工技術要求不高。
(3)由於微通道的V字形分型結構的表面精度要求較高，如果採用普通犁切刀具， 易產生大量切屑阻塞微通道，因此本發明採用特製的多級複合分形犁切刀具加工微通道表面。刀具的3級結構對應微通道的3階分型結構，先犁切出第1階微通道，然後在保證同一軸線的基礎上連續犁切出第2階、第3階微通道。通過工作檯的移動加工出間隔符合尺寸要求的微通道。該方法能夠最大程度上克服刨削時產生的縱向阻力，避免一次性加工對表面的破壞及加工產生的切屑阻塞微通道，增加表面精度，提高加工效率。
圖1為多級複合分形犁切刀具結構示意圖。
圖2為圖1局部A放大結構示意圖。
圖3為1階分形結構微通道的主視圖。
圖4為2階分形結構微通道的主視圖。
圖5為3階分形結構微通道的主視圖。
圖6為2階分形結構微通道的加工示意圖。
具體實施方式
下面對本發明的具體實施方式
作進一步詳細的說明，但本發明的實施方式不限於此。
圖1圖2為多級複合分形犁切刀具結構示意圖，從圖中可以看出，該刀具端部呈由多個V形結構構成，該V形結構構成多個尖端呈V形的刀刃。
如圖3至圖6所示。本發明具有V字形分形結構的微通道換熱板，該換熱板具有微通道，所述微通道具有3階V字形分形結構，第2階V字形微通道深度為1. 5 2. Omm, 在第1階V字形微通道兩側壁分別均勻分布2個第2階V字形微通道，第2階微通道深度為0. 5 0. 6mm,在第2階V字形微通道兩側壁分別均勻分布2個第3階V字形微通道，第 3階微通道深度為0. 1 0. 2mm，所述換熱板厚度為2mm 3mm。
換熱板的微通道採用紫銅板，用圖1圖2所示的多級複合分形犁切刀具在紫銅板單面加工。
本發明具有V字形分形結構的微通道換熱板的製備過程，通過如下實施例說明
實施例1
以紫銅作為加工換熱板的板料，2階V字形分形微通道為例，過程如下
(1)原材料初步加工。首先對50 X 100 X 3mm板料進行去除毛邊，然後將其固定在夾具上，安裝在BC606;3B型刨床虎鉗上，利用百分表進行板料表面校平。
(2)刀具裝夾。選用的多級複合分形犁切刀具，其安裝在刀架上，安裝時利用垂直度校正器保證刀具與待加工板料表面角度為90°。刀具材料為高速鋼，刀具是利用線切割鉬絲軌跡控制切削刃形狀，使其具有3階V字形分形結構，如圖1、圖2所示。以2級複合分犁切形刀具為例，1階V字形微通道深度為1. 5mm,微通道夾角為60° ；2階V字形微通道深度為0.3mm，微通道夾角為60°。
(3)微通道的犁削加工。在BC606;3B型刨床上加工具有V字形分形結構微通道，切削深度為1. 5mm，平均切削速度為3m/s，採用自動進給方式，進給量為2. 5mm，幹切削，一次加工完成後清除刀具夾雜的切削。
(4)去毛刺，清洗，得到具有V字形分形結構的微通道換熱板。
實施例2
以紫銅作為加工換熱板的板料，2階V字形分形微通道為例，過程如下
(1)原材料初步加工。首先對50 X 100X 15mm板料進行去除毛邊，然後將其安裝在 BC606;3B型刨床上，利用平面刨刀對待加工表面進行平面刨削，完成後將板料翻轉180°， 繼續用平面刨刀加工另一面，以保證兩平面的平行度以及平面度。
(2)刀具裝夾。選用的多級複合分形犁切刀具，其安裝在刀架上，安裝時利用垂直度校正器保證刀具與待加工板料表面角度為90°。刀具材料為高速鋼，刀具是利用線切割鉬絲軌跡控制切削刃形狀1，使其具有V字形分形結構，如圖1、圖2所示，。以2級複合分犁切形刀具為例，1階V字形微通道深度為1. 5mm,微通道夾角為60° ；2階V字形微通道深度為0.3mm，微通道夾角為60°。
(3)微通道的犁削加工。在BC606;3B型刨床上加工具有V字形分形結構微通道，切削深度為1. 5mm，平均切削速度為3m/s，採用自動進給方式，進給量為3. 2mm，幹切削，一次加工完成後清除刀具夾雜的切削。
(4)去毛刺，清洗，得到具有V字形分形結構的微通道換熱板。
如上所述，便可較好地實現本發明。上述實施例僅為本發明的較佳實施例，並非用5來限定本發明的實施範圍；即凡依本發明內容所作的均等變化與修飾，都為本發明權利要求所要求保護的範圍所涵蓋。
權利要求
1.具有V字形分形結構的微通道換熱板，其特徵在於微通道具有3階V字形分形結構， 第2階V字形微通道深度為1. 5mm 2. Omm,在第1階V字形微通道兩側壁分別均勻分布2 個第2階V字形微通道，第2階微通道深度為0. 5mm 0. 6mm,在第2階V字形微通道兩側壁分別均勻分布2個第3階V字形微通道，第3階微通道深度為0. Imm 0. 2mm。
2.權利要求1所述具有V字形分形結構的微通道換熱板，其特徵在於所述換熱板厚度為 2mm 3mm0
3.權利要求2所述具有V字形分形結構的微通道換熱板的製造方法，其特徵在於包括如下步驟(1)將所要加工的板料進行去除毛刺處理，然後將其用夾具安裝在刨床的虎鉗上；(2)用平面刨刀對板料表面進行平整處理，去除表面粗糙的材料，保證所加工平面的平面度以及與底面的平行度；(3)將多級複合分形犁切刀具安裝在刨床刀架上，利用垂直度校正器校正刀具角度，保證刀具與待加工板料的垂直度；(4)對已進行平整處理的板料進行V字形分形微通道的一次複合犁切加工，通過工作檯採用自動或手動進給來調整微通道的間距；(5)去除毛刺，清理，得到具有V字形分形結構的微通道換熱板。
4.根據權利要求3所述的具有V字形分形結構的微通道換熱板的製造方法，其特徵在於所述步驟(3)多級複合分形犁切刀具是指利用線切割和萬能磨床加工出的具有兩級或三級的複合刀具，利用線切割鉬絲軌跡控制切削刃形狀，使其具有多階V字形分形結構。
5.根據權利要求3所述的具有V字形分形結構的微通道換熱板的製造方法，其特徵在於所述板料的材料為銅板、鋁板或者鋼板中的任意一種。
全文摘要
本發明公開了具有V字形分形結構的微通道換熱板及其製備方法。換熱板的單面加工有微通道，微通道具有3階V字形分形結構，在第1階V字形微通道兩側壁分別均勻分布2個第2階V字形微通道。在第2階V字形微通道兩側壁分別均勻分布2個第3階V字形微通道。利用平面刨刀對待加工板料進行平整處理，然後利用多級複合分形犁切刀具進行一次犁切加工，通過刨床工作檯及刀架的移動，控制分形微通道的間距以及深度，形成具有V字形分形結構的微通道。本發明的換熱板具有較大的比表面積，可大大增加汽化核心，有利於蒸發沸騰的過程中的汽化過程，使其具有優良的沸騰強化換熱能力，其加工效率大大增高，加工工藝簡單，成本低廉。
文檔編號B23P15/26GK102519292SQ201110449708
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月28日 優先權日2011年12月28日
發明者丁鑫銳, 李宗濤, 李輝, 湯勇, 簡漳智 申請人:華南理工大學