CN102706193B - 一种辐射状渐宽式翅结构沟槽平板热管及加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种辐射状渐宽式翅结构沟槽平板热管及加工方法，包括下底座、上盖板、支撑环，下底座包括一个圆形基底，圆形基底上具有一个圆形凸台，圆形凸台的顶面呈中间低、外缘高的内锥形结构的斜面，圆形凸台的顶面由中心向外呈辐射状径向分布有V型沟槽和脊，支撑环置于圆形凸台的顶面的中部；支撑环与脊接触的一面为平面，支撑环与上盖板接触的面为凹凸接触面；圆形凸台顶面的中部设置有一毛细芯，V型沟槽的宽度及深度沿着圆形凸台中心向外逐渐增加；这种结构使毛细作用得到强化，大大提高了平板热管的毛细极限，提供更高的毛细力，同时扩大了沸腾换热的表面积。本专利技术手段简便易行，成本低廉，具有广阔的应用前景。

Description

一种辐射状渐宽式翅结构沟槽平板热管及加工方法
技术领域
本发明涉及平板热管及制造工艺，尤其涉及一种辐射状渐宽式翅结构沟槽平板热管及加工方法。
背景技术
随着电子产品的集成度提高及系统越来越复杂，同时电子芯片的封装空间日益狭小，导致微电子领域芯片热流密度增加但有效散热面积减少。电子元器件的可靠性随温度上升而急剧下降，在电子设备所有的运行故障中,因温度而引起的故障占到55%以上。电子芯片内高热量聚积产生热点，也严重影响其性能和寿命。传统的靠带翅片的铝材散热器与芯片表面贴合传热，再通过空气对流将热量带走的方法，已经不能满足小体积高热流密度的散热要求。平板热管具有很高的比表面积（表面积/体积），利用相变传热的原理能最大限度的使热流趋于均匀，具有高的热导率和良好的均温性，可以有效的解决电脑芯片“热点”问题、集成电路三维一体封装问题以及分散热源的散热问题，目前已成为热管研究与开发的热点技术。
北京工业大学200710064698.3号专利公布了一种沟槽式均热板，其沟槽沿径向的深度与宽度均保持不变，横截面积为矩形。由于沟槽等宽度，相邻沟槽的不能干涉，当圆形均热板的内圆周上布满沟槽时，外圆周的沟槽却相邻间距大，排布稀疏。铜基板上，未被加工沟槽的区域称为脊，表面形貌光滑的脊将降低平板热管的毛细吸力和沸腾性能。而辐射状等宽沟槽平板热管不可避免地存在一定面积的脊，使整体比表面积不能达到理想的范围。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种辐射状渐宽式翅结构沟槽平板热管及加工方法，克服现有辐射状沟槽式平板热管的等距沟槽排布不紧密，导致毛细力不足，沸腾换热性能不佳的缺点，
本发明通过下述技术方案实现：
一种辐射状渐宽式翅结构沟槽平板热管的加工方法，包括如下步骤：
（1）用车削工艺在紫铜棒上加工出下底座的毛胚，即先后加工出外径为82～105mm的圆形基底及圆形凸台，圆形凸台的外径比圆形基底小2～4mm，基底厚度1～1.5mm，圆形凸台的高度为2.5～3.5mm，在圆形凸台的的顶面加工出中间低、外缘高的内锥形结构的斜面，在圆形凸台的中心处加工出圆形平底，圆形平底的直径8～12mm；
（2）用车床加工出下底座的上盖板，上盖板的周围为下垂边缘，在下垂边缘钻孔，作为充液口；
（3）将下底座的毛胚，安装在水平旋转分度头上，分度头上具有可调角度的水平旋转平面，水平旋转平面上凹陷的圆坑刚好嵌入圆形基底，然后把分度头水平安装在刨床上，做好加工前的准备；
（4）将犁削刀具装夹在刨床上，调整刨床工作行程，工作行程大于圆形凸台的径向尺寸，设定V形沟槽的犁削深度与圆形凸台的高度相同，启动刨床，犁削刀具在圆形凸台的顶面犁削出一道V形沟槽，V形沟槽犁削完毕后，再用犁削刀具沿着脊的顶端轴向方向依次犁削出翅结构，即U形沟槽；
（5）根据圆形凸台所设计的V形沟槽的槽道数目，计算出相邻V形沟槽的夹角，按照该夹角旋转分度头，保持步骤（3）相同的犁削参数，依次犁削出剩余的V形沟槽和翅结构，得到下底座；
（6）将犁削完成的下底座卸下，对其进行去油污和氧化层处理，之后在圆形凸台的圆形平底内放置一个圆柱型铜粉；准备一个一面为平面、另一面为凹凸面的圆环形支撑环，将支撑环置于圆形凸台的中部，支撑环的凹凸面接触上盖板，盖上上盖板，然后将转配好的下底座与上盖板整体放入烧结炉内烧结，通过扩散焊方法密封连接后，圆柱型铜粉烧结后得到毛细芯，下底座、支撑环、毛细芯、上盖板烧结后成为为一体，然后通过充液孔完成抽真空、灌注工质，最后得到辐射状渐宽式翅结构沟槽平板热管。
一种辐射状渐宽式翅结构沟槽平板热管，包括下底座、上盖板、支撑环，所述下底座与上盖板周围密封连接，所述下底座包括一个圆形基底，圆形基底上具有一个圆形凸台，圆形凸台的顶面呈中间低、外缘高的内锥形结构的斜面，圆形凸台的顶面由中心向外呈辐射状径向分布有V形沟槽和脊，所述支撑环置于圆形凸台的顶面的中部；所述支撑环与脊接触的一面为平面，支撑环与上盖板接触的面为凹凸接触面；所述圆形凸台顶面的中部设置有一毛细芯，所述V形沟槽的宽度及深度沿着圆形凸台中心向外逐渐增加；所述上盖板的边缘开设有充液口。所述内锥形结构的斜面与水平面夹角α为5.5～8度。
所述脊的顶部开设有翅结构，所述翅结构为U形沟槽。
所述V形沟槽的数目为72～85槽，V形沟槽的宽度及深度沿着圆形凸台中心向外逐渐增加，即V形沟槽的宽度从0.3mm递增到1.8mm，V形沟槽的深度从0.4mm递增到2.4mm。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
（1）下底座包括一个圆形基底，圆形基底上具有一个圆形凸台，圆形凸台的顶面呈中间低、外缘高的内锥形结构的斜面，圆形凸台的顶面由中心向外呈辐射状径向分布有V形沟槽和脊，这种结构使V形沟槽沿径向在深度和宽度尺寸上都逐渐增加，与一般的等距矩形沟槽相比，更加紧密，V形沟槽间隔更小，增大了比表面积，具有优良的沸腾强化性能。
（2）V形沟槽沿圆形凸台径向在深度和宽度尺寸上都逐渐增加，使V形沟槽排布更紧密，这种设计减少了表面形貌光滑的脊的面积，提高了表面具有粗糙形貌的沟槽的面积比例，使毛细作用得到强化，大大提高了平板热管的毛细极限。
（3）犁削加工，使沟槽顶端连续均匀地排布着翅结构，加大了沟槽的深度，可以提供更高的毛细力，同时扩大了沸腾换热的表面积。
（4）V形沟槽与脊和翅结构的形成，均是在普通刨床上通过犁削加工完成，对加工设备要求低。
本专利技术手段简便易行，成本低廉，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明下底座结构示意图；
图2为本发明上盖板结构示意图；
图3为本发明支撑环结构示意图；
图4为本发明脊、翅结构、V形沟槽结构示意图；
图5a为本发明下底座的毛胚示意图；
图5b为图5截面剖视示意图；
图6为本发明V形沟槽加工流程示意图；
图7a为本发明犁切刀具示意图，图7b为犁切刀具形角示意图；
图8为本发明辐射状渐宽式翅结构沟槽平板热管装配示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图1、2、3、4、5a、5b所示，本发明辐射状渐宽式翅结构沟槽平板热管，包括下底座1、上盖板2、支撑环3，所述下底座1与上盖板2周围密封连接，所述下底座1包括一个圆形基底1-1，圆形基底1-1上具有一个圆形凸台1-2，圆形凸台1-2的顶面呈中间低、外缘高的内锥形结构的斜面51，圆形凸台1-2的顶面由中心向外呈辐射状径向分布有V形沟槽11和脊12，所述支撑环3置于圆形凸台1-2的顶面的中部；所述支撑环3与脊12接触的一面为平面，支撑环3与上盖板2接触的面为凹凸接触面；所述圆形凸台1-2顶面的中部设置有一毛细芯13，所述V形沟槽11的宽度及深度沿着圆形凸台1-2中心向外逐渐增加；所述上盖板2的边缘开设有充液口21。
如图4，所述脊12的顶部开设有翅结构4，翅结构4为U形沟槽。
所述V形沟槽11的数目为72～85槽，V形沟槽11的宽度及深度沿着圆形凸台1-2中心向外逐渐增加，即V形沟槽11的宽度从0.3mm递增到1.8mm，V形沟槽11的深度从0.4mm递增到2.4mm。相邻的V形沟槽11之间夹角是4～5度左右。
所述内锥形结构的斜面51与水平面夹角α为5.5～8度。
一种辐射状渐宽式翅结构沟槽平板热管的加工方法，包括如下步骤：
（1）、如图5a、5b所示。用车削工艺在紫铜棒上加工出下底座1的毛胚，即先后加工出外径为82～105mm的圆形基底1-1及圆形凸台1-2，圆形凸台1-2的外径比圆形基底1-1小2～4mm，基底厚度1～1.5mm，圆形凸台1-2的高度为2.5～3.5mm，在圆形凸台1-2的的顶面加工出中间低、外缘高的内锥形结构的斜面51，在圆形凸台1-2的中心处加工出圆形平底52，圆形平底52的直径8～12mm；
（2）、如图2所示。用车床加工出下底座1的上盖板2，上盖板2的周围为下垂边缘，在下垂边缘钻孔，作为充液口21；
（3）、如图6所示，将下底座1的毛胚，安装在水平旋转分度头6上，分度头6上具有可调角度的水平旋转平面61，水平旋转平面61上凹陷的圆坑刚好嵌入圆形基底1-1，然后把分度头6水平安装在刨床上，做好加工前的准备；安装下底座1毛胚时注意毛胚底面与分度头6旋转平面良好接触，保证所要求的水平度。
（4）如图4、图7a、7b所示。将犁削刀具7（成形角β为35～45度）装夹在刨床上，调整刨床工作行程（为120mm），一般工作行程应大于圆形凸台1-2的径向尺寸，设定V形沟槽11的犁削深度（设定犁削深度为2.5mm，以每分钟往复14次的频率进行犁削），一般犁削深度等于圆形凸台1-2的高度，启动刨床，犁削刀具7在圆形凸台1-2的顶面犁削出一道V形沟槽11，V形沟槽11犁削完毕后，再用犁削刀具沿着脊12的顶端轴向方向依次犁削出翅结构4，即U形沟槽；
V形沟槽11犁削时，宽度从0.3mm递增到1.8mm，深度从0.4mm递增到2.4mm，由圆形凸台1-2的中心至圆形凸台1-2的边缘，沟槽尺寸逐渐扩大了6倍左右，其倍数是由犁削刀具7的成形角β和圆形凸台1-2的斜面51的倾斜角α共同决定的。
（5）、图7a、7b根据圆形凸台1-2所设计的V形沟槽11的槽道数目，计算出相邻V形沟槽11的夹角，按照该夹角旋转分度头，保持步骤（3）相同的犁削参数，依次犁削出剩余的V形沟槽11和翅结构4，得到下底座1；
（6）如图8所示。将犁削完成的下底座1卸下，对其进行去油污和氧化层处理，之后在圆形凸台1-2的圆形平底52内放置一个圆柱型铜粉；准备一个一面为平面、另一面为凹凸面的圆环形支撑环3，将支撑环3置于圆形凸台1-2的中部，支撑环3的凹凸面接触上盖板2，盖上上盖板2，然后将转配好的下底座1与上盖板2整体放入烧结炉内烧结，通过扩散焊方法密封连接后，圆柱型铜粉烧结后得到毛细芯13，下底座1、支撑环3、毛细芯13、上盖板2烧结后成为为一体，然后通过充液孔21完成抽真空、灌注工质（离子水），最后得到辐射状渐宽式翅结构沟槽平板热管。
下底座1外径为104mm，圆形基底1-1厚度为1mm，圆形凸台1-2外径100mm，高度2.5mm；
圆形平底52的直径为10mm。
上盖板2厚度1mm，外径103mm，内径100.5mm，所述下底座1、上盖板2和支撑环3材料是紫铜。
如上所述，便可较好地实现本发明。

Claims (1)

1.一种辐射状渐宽式翅结构沟槽平板热管的加工方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）用车削工艺在紫铜棒上加工出下底座的毛胚，即先后加工出外径为82～105mm的圆形基底及圆形凸台，圆形凸台的外径比圆形基底小2～4mm，基底厚度1～1.5mm，圆形凸台的高度为2.5～3.5mm，在圆形凸台的的顶面加工出中间低、外缘高的内锥形结构的斜面，在圆形凸台的中心处加工出圆形平底，圆形平底的直径8～12mm；
（2）用车床加工出下底座的上盖板，上盖板的周围为下垂边缘，在下垂边缘钻孔，作为充液口；
（3）将下底座的毛胚，安装在水平旋转分度头上，分度头上具有可调角度的水平旋转平面，水平旋转平面上凹陷的圆坑刚好嵌入圆形基底，然后把分度头水平安装在刨床上，做好加工前的准备；
（4）将犁削刀具装夹在刨床上，调整刨床工作行程，工作行程大于圆形凸台的径向尺寸，设定V形沟槽的犁削深度与圆形凸台的高度相同，启动刨床，犁削刀具在圆形凸台的顶面犁削出一道V形沟槽，V形沟槽犁削完毕后，再用犁削刀具沿着脊的顶端轴向方向依次犁削出翅结构，翅结构为U形沟槽；
（5）根据圆形凸台所设计的V形沟槽的槽道数目，计算出相邻V形沟槽的夹角，按照该夹角旋转分度头，保持步骤（4）相同的犁削参数，依次犁削出剩余的V形沟槽和翅结构，得到下底座；
（6）将犁削完成的下底座卸下，对其进行去油污和氧化层处理，之后在圆形凸台的圆形平底内放置一个圆柱型铜粉；准备一个一面为平面、另一面为凹凸面的圆环形支撑环，将支撑环置于圆形凸台的中部，支撑环的凹凸面接触上盖板，盖上上盖板，然后将装配好的下底座与上盖板整体放入烧结炉内烧结，通过扩散焊方法密封连接后，圆柱型铜粉烧结后得到毛细芯，下底座、支撑环、毛细芯、上盖板烧结后成为一体，然后通过充液孔完成抽真空、灌注工质，最后得到辐射状渐宽式翅结构沟槽平板热管。
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