CN101898204B - 一种微细沟槽管多级拉拔制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种微细沟槽管多级拉拔制造方法，先将直径为6mm的紫铜管一端在锻锤式缩管机上缩小外径至2.8-3mm；然后将缩管模夹紧固定于卧式车床上；将紫铜管缩径段穿过缩管模，压紧固定于卧式车床的刀架上，启动卧式车床，拉动整根紫铜管通过缩管模；缩管模包括导入段和整形段；所述导入段为锥形面，锥角A为20°-40°；整形段为圆形通孔，在缩管模的挤压下，紫铜管坯体发生塑性变形，外径缩小；完成第一次拉拔后，更换整形段通孔更小的缩管模，多次重复拉拔，直到紫铜管外径不大于3mm的要求。本发明设备简单，加工容易，且突破现有沟槽式热管制造工艺的制约，可以批量化获得外径不大于3mm，具有良好微沟槽特征的微细沟槽管。
Description
技术领域
本发明涉及一种热管的制造方法，特别是涉及一种微细沟槽管多级拉拔制造方法。
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减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的散热方法已不能满足其散热需求，而具有结构简单、高导热率、良好的等温性、热响应快、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具有较强毛细压力，但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，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，该方法现已基本不再采用。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的发展趋势。
沟槽式热管的生产工艺已经相当成熟。中国发明专利200610124232.3以及中国发明专利申请200410051825.2公开了热管内壁毛细组织微沟槽的制造设备及其制造方法，该方法采用高速充液旋压法和多齿芯头使铜管基管内壁金属产生连续塑性成形，形成微沟槽。内壁面的金属在多齿芯头与旋压球的压力作用下，经过复杂的塑性流动后发生塑性变形，从而形成最终的内壁面微沟槽。铜管内壁面形成微沟槽后，拉动铜管进给，就可以获得具有微沟槽结构的热管坯体。但受多齿芯头尺寸极限和旋压工艺的限制，此种方法只适宜于加工直径6mm左右甚至直径更大的热管，而对于直径3mm以下，特别是用到微创医疗器械上的直径更小的热管则无能为力。
同时，对于沟槽式热管，沟槽的深宽比是影响其毛细压力的重要因素。深宽比越大，毛细压力越大。因此，为进一步提高微热管内部沟槽结构的深宽比以提高其毛细力，特别是为了制造直径更小的微热管，必须在旋压加工的基础上采用拉拔法对已加工成的沟槽式热管坯体进行进一步的加工。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种微热管内部沟槽结构的深宽比大、直径3mm以下的微细沟槽管多级拉拔制造方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种微细沟槽管多级拉拔制造方法，包括以下步骤：
(1)将直径为6mm的紫铜管一端在锻锤式缩管机上缩小外径至2.8-3mm；缩径段长度为80-120mm；所述紫铜管内壁附有轴向延伸的微齿形翅片，将铜管内壁面分隔成具有毛细结构特征的轴向微沟槽构造；齿形翅片数为15-35，齿高为0.25-0.35mm，齿宽不大于0.20mm；
(2)将缩管模夹紧固定于卧式车床上；将紫铜管缩径段穿过缩管模，压紧固定于卧式车床的刀架上，启动卧式车床，拉动整根紫铜管通过缩管模；所述缩管模包括导入段和整形段；所述导入段为锥形面，锥角A为20°-40°；所述整形段为圆形通孔，整形段的直径小于紫铜管的直径；导入段和整形段连接处采用圆弧光滑过渡，导入段和整形段的内表面硬度不低于HRC35；在缩管模的挤压下，紫铜管坯体发生塑性变形，外径缩小；
(3)完成第一次拉拔后，更换整形段通孔更小的缩管模，多次重复拉拔，直到紫铜管外径不大于3mm的要求。
为进一步实现本发明目的，按缩管模的整形段圆形通孔直径由大至小编号，所述相邻两段整形段的通孔直径按照0.5-1mm依次缩小，第一次所用的整形段通孔直径为5.5mm。
所述缩管模优选由钢材制成。
所述导入段和整形段连接处的过渡圆弧半径优选为0.5mm-2mm。
所述导入段和整形段中跟铜管接触的表面粗糙度不小于Ra1. 6。
所述缩管模夹紧固定于卧式车床的三爪卡盘上。
紫铜管缩径段穿过缩管模后用螺钉压紧固定于卧式车床的刀架上。
与现有技术方法相比较，本发明具有以下优点：
(1)本发明采用旋压法加工出的直径为6mm的带有微沟槽结构的热管坯体为原材料，将其拉拔为直径更小的微热管坯体，解决了采用旋压法不能加工出具有微细沟槽结构、直径小于6mm的微热管坯体的问题。
(2)本发明的微热管坯体的微沟槽结构相比原材料的微沟槽结构具有更大的深宽比，而且具有燕尾槽特征，可以显著地提高热管的毛细压力，有利于提升热管传热性能。
(3)本发明在传统沟槽式热管成熟的高速旋压加工后加入拉拔加工此道工序，加工工艺简单，操作容易，能够实现批量生产。
附图说明
图1为本发明拉拔过程示意图；
图2为本发明使用的模具的截面示意图；
图3为本发明直径为6mm的紫铜管横截面示意图；
图4为本发明所用拉拔装置的示意图；
图5为本发明直径为3mm的紫铜管横截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的实施方式不限于此。
如图1、2所示，缩管模1包括导入段11和整形段12。导入段11为一锥形面，锥角A为20°-40°。整形段12为圆形通孔，其直径为D。本发明需要设计制作一系列缩管模1。一系列缩管模1是指多个不同整形段12直径的缩管模，按整形段圆形通孔直径D由大至小编号依次编为01、02......N。最大通孔直径D01小于6mm，最小通孔直径DN不大于3mm，编号相邻两个圆形通孔直径相差0.5-1mm。导入段11和整形段12表面为缩管模1工作面，导入段11和整形段12连接处采用圆弧R光滑过渡，该圆弧半径为0.5mm-2mm。工作面的表面硬度不低于HRC35，表面粗糙度不大于Ra1.6。缩管模1材料优选用钢材，
如图3所示，紫铜管3外径为6mm，紫铜管3内壁附带有轴向延伸的微齿形翅片，将铜管内壁面分隔成具有毛细结构特征的轴向微沟槽构造。齿形翅片数为15-35，齿高为0.25-0.35mm，齿宽不大于0.20mm。
一种微细沟槽管多级拉拔制造方法，包括以下步骤：
(1)将紫铜管3一端在锻锤式缩管机(型号：HC-M型)上缩小外径至3mm以下，得到缩径段31，缩径段31长度为60-100mm；
(2)如图4所示，将01号缩管模1夹紧固定于CM-6140卧式车床2之三爪卡盘21；然后将缩径段31穿过缩管模1，用螺钉压紧固定于卧式车床2的刀架22，启动卧式车床2拉动整根紫铜管3依次通过缩管模1的导入段11和整形段12，在导入段11和整形段12的挤压下，紫铜管坯体发生塑性变形，外径缩小至D；
(3)完成第一次拉拔后更换02号缩管模，重复步骤(2)拉拔，然后依次更换通孔直径更小的缩管模，直到紫铜管3外径经过拉拔达到要求(不大于3mm)。
采用本发明的多次拉拔工艺，设备简单，加工容易，且突破现有沟槽式热管制造工艺的制约，可以批量化获得具有良好微沟槽特征的微细沟槽管(外径不大于3mm)，该微细沟槽管可用于微型沟槽式热管。多次拉拔逐渐减小坯体外径，可以有效减小拉拔过程中铜管内壁面毛细结构的损伤，而且最终得到的微型沟槽式管(外径不大于3mm)比原材料的微沟槽结构具有更大的深宽比，而且具有燕尾槽特征(如图5所示)，可以显著地提高热管的毛细压力，有利于提升热管传热性能。
实施例1：
采用本发明的多次拉拔工艺，制造微细沟槽管，其外径3.0mm。
如图1、2所示，首先需要设计制作一套缩管模1，包括4个缩管模，直径系列为D1＝5.5mm、D2＝5.0mm、D3＝4.0mm、D4＝3.0mm。缩管模1材料为45#钢，导入段11锥角范围30°。导入段11和整形段12之间采用圆弧R＝0.5mm光滑过渡，其表面硬度HRC40，表面粗糙度Ra0.8。
如图3所示，准备外径为6mm紫铜管3，长1米，其内壁附带有轴向延伸的微齿形翅片，将铜管内壁面分隔成具有毛细结构特征的轴向微沟槽构造。齿形翅片数为24，齿高为0.30mm，齿宽为0.20mm。
准备好上述模具和材料，按照以下步骤实现本发明：
(1)如图4所示，将01号缩管模1夹紧固定于CM-6140卧式车床2之三爪卡盘21；
(2)将紫铜管3一端在打头机(型号：)上缩小外径至2.80mm，得到缩径段31，缩径段31长度为100mm；
(3)然后将缩径段31穿过缩管模1，用螺钉压紧固定于卧式车床2之刀架22，启动卧式车床2拉动整根紫铜管3依次通过缩管模1的导入段11和整形段12，在导入段11和整形段12的挤压下，紫铜管坯体发生塑性变形，外径缩小至D1＝5.5mm；
(4)完成第一次拉拔后更换02号缩管模，重复步骤(2)拉拔，然后依次更换通孔直径更小的缩管模，直到紫铜管3外径经过拉拔后为3mm。
采用本发明的多次拉拔工艺，设备简单，加工容易，且突破现有沟槽式热管制造工艺的制约，可以批量化获得具有良好微沟槽特征的微细沟槽管(外径不大于3mm)，该微细沟槽管可用于微型沟槽式热管。多次拉拔逐渐减小坯体外径，可以有效减小拉拔过程中铜管内壁面毛细结构的损伤，而且最终得到的微型沟槽式管(外径不大于3mm)比原材料的微沟槽结构具有更大的深宽比，而且具有燕尾槽特征(如图5所示)，可以显著地提高热管的毛细压力，有利于提升热管传热性能。
Claims (7)
1.一种微细沟槽管多级拉拔制造方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将直径为6mm的紫铜管一端在锻锤式缩管机上缩小外径至2.8-3mm；缩径段长度为80-120mm；所述紫铜管内壁附有轴向延伸的微齿形翅片，将铜管内壁面分隔成具有毛细结构特征的轴向微沟槽构造；齿形翅片数为15-35，齿高为0.25-0.35mm，齿宽不大于0.20mm；
(2)将缩管模夹紧固定于卧式车床上；将紫铜管缩径段穿过缩管模，压紧固定于卧式车床的刀架上，启动卧式车床，拉动整根紫铜管通过缩管模；所述缩管模包括导入段和整形段；所述导入段为锥形面，锥角A为20°-40°；所述整形段为圆形通孔，整形段的直径小于紫铜管的直径；导入段和整形段连接处采用圆弧光滑过渡，导入段和整形段的内表面硬度不低于HRC35；在缩管模的挤压下，紫铜管坯体发生塑性变形，外径缩小；
(3)完成第一次拉拔后，更换整形段通孔更小的缩管模，多次重复拉拔，直到紫铜管外径不大于3mm的要求。
2.根据权利要求1所述的微细沟槽管多级拉拔制造方法，其特征在于：按缩管模的整形段圆形通孔直径由大至小编号，所述相邻两段整形段的通孔直径按照0.5-1mm依次缩小，第一次所用的整形段通孔直径为5.5mm。
3.根据权利要求1所述的微细沟槽管多级拉拔制造方法，其特征在于：所述缩管模由钢材制成。
4.根据权利要求1所述的微细沟槽管多级拉拔制造方法，其特征在于：所述导入段和整形段连接处的过渡圆弧半径为0.5mm-2mm。
5.根据权利要求1所述的微细沟槽管多级拉拔制造方法，其特征在于：所述导入段和整形段中跟铜管接触的表面粗糙度不小于Ra1.6。
6.根据权利要求1所述的微细沟槽管多级拉拔制造方法，其特征在于：所述缩管模夹紧固定于卧式车床的三爪卡盘上。
7.根据权利要求1所述的微细沟槽管多级拉拔制造方法，其特征在于：紫铜管缩径段穿过缩管模后用螺钉压紧固定于卧式车床的刀架上。
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