CN107775594B - 电子设备液冷管总成的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种电子设备液冷管总成的制备方法，旨在提供一种具有突出抗腐蚀能力、耐压性能和长期工作可靠性的液冷管总成的制备方法。本发明通过下述技术方案予以实现：以带不锈钢编织的非金属软管(2)作为换热流道，非金属软管(2)两端分别插入套筒(3)，对接固联在两端的管接头(1)的塔式台阶轴的端面上，三者采用机械扣压方式构成一体。制备过程中，根据扣压量设置扣压设备对应的扣压参数，运用扣压工装模及扣压设备，完成基础冷管总成的制作后，然后将基础冷管通过带有标准接口(13)的冷管总成转接头(12)配合扩展为双通、三通、四通甚至立体五通管路组件结构形式的冷管总成。

Description

电子设备液冷管总成的制备方法

技术领域

本发明涉及一种热传管路组件，主要涉及通过冷却液带走热量的扣压式管路组件的制备方法。

背景技术

随着电子技术的迅速发展，电子元器件的总功率密度大幅度增长而物理尺寸却越来越小，而且高温的温度环境会影响电子元器件的性能。有效解决电子元器件的散热问题已成为当前电子元器件和电子设备制造的关键技术。近年来，随着电子设备小型化、模块化、高集成度设计要求的提高，热流密度经常达到传统风冷设备的7～10倍，由于采用模块集中安装方式，拥有数量众多的发热量大的模块，因此散热问题非常突出。液体冷却是应对高热流密度电子元件散热需求的有效技术手段。由于液体冷却系统的热负载能力相当于风冷系统的5倍，而且可以有控制地使热量完成定向转移，液体冷却成为越来越多的场合下的首选冷却方式。高效的液体冷却系统，需要液体冷却模块支持，液冷模块设计要考虑散热需求、实际应用环境、液体回路的驱动、冷却液体物理特性、冷却模块的制造等多方面要求，才能充分发挥液冷的效能充分发挥。不同流量下，蛇形换热流道比圆形扰流通道、正方形扰流通道的传热性能较差，流动压降稍大。由于流道形式和相关流程长短的差异，在不同的流量条件下，蛇形通道的流动阻力最大，主要由于蛇形通道的平均流速较高，扰流设计中的平均流速较低。蛇形通道流程较长，流体在出口位置对发热元件散热时温度较高，所以最高温度较大。正方形扰流对流体扰流作用强于圆柱扰流系统，流体温度的均匀化效果也优于圆形扰流。目前国内外电子设备大多采用冷却效率高的冷板液体间接冷却技术来解决散热问题，冷板之间通常采用需要冷管总成进行互联形成液冷回路。但是，目前采用冷管组件主要包括铜管、波纹管、橡胶管、聚四氟乙烯管，其中，铜管对外接口装配尺寸精度不易保证，波纹管容易疲劳开裂，橡胶管低温环境适应性差。冷管总成的装配方式一般有扣压式、焊接式、可拆装式，其中可拆装式的劳动强度大，生产效率低，且不易控制对胶管的压缩率；焊接式只能限用于部分可焊接的金属管材，且不易保证接口尺寸，同时可能存在焊接缺陷；扣压式需要专用设备，且扣压量的科学计算难度较大，基本凭借经验选取，容易造成扣压不到位降低产品的可靠性甚至引起漏液，或扣压过量造成管接头1损伤带来质量隐患。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种操作简便、耐腐蚀能力强，长期工作可靠性高、适用于大批量生产的电子设备液冷管总成的制备方法。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种电子设备液冷管总成的制备方法，其特征在于包括下列步骤：以不锈钢编织的非金属软管2作为换热流道，非金属软管2两端分别插入套筒3，对接固联在两端的管接头1的塔式台阶轴的端面上，三者采用机械扣压方式构成一体，制备过程中，运用装配工装实现金属软管2端面与管接头1的塔式台阶轴的端面接触，完成两者的过盈装配；将非金属软管2在管接头1圆弧形凹槽平直段的芯管壁厚压缩率设定为40％-50％，根据扣压量计算公式以及管接头1、非金属软管2和套筒3在装配部位的对接尺寸，计算非金属软管与管接头1在管接头1圆弧形凹槽平直段的扣压量，根据扣压量设置扣压设备对应的扣压参数；运用扣压工装模及扣压设备，完成基础冷管的制作，然后将基础冷管通过带有标准接口13的冷管总成转接头12配合扩展为双通、三通、四通甚至立体五通管路组件结构形式的冷管总成。

扣压量定义如下：运用扣压设备及扣压工装模对套筒3、非金属软管2在管接头1圆弧形凹槽平直段施加径向力使套筒3、非金属软管2产生径向变形以完成套筒3、非金属软管2与管接头1的机械扣压装配，套筒3对应的径向变形量即为扣压量。扣压量计算公式如下：Δ＝d₁-d₂-t₁+(1-k₁-k₂)t₂

其中：Δ为扣压量，单位mm，d₁为锥形宝塔的最大外径，单位mm，d₂为非金属软管2装入管接头1后的芯管外径，单位mm，t₁为套筒3的厚度(双侧厚度，即外径与内径的差值)，单位mm，k₁为非金属软管2的芯管在管接头1圆弧形凹槽平直段的扣压壁厚压缩率，推荐取值范围为40％～50％，k₂为非金属软管2的芯管在管接头1锥形宝塔最大外径过盈配合处壁厚压缩率，推荐取值范围为30％～35％，t₂为非金属软管2装入管接头1后的芯管厚度，单位mm。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

方法简便，大批量装配成本低。通过管材下料—预装—角度校核—核算扣压量—扣压装配—外观及耐压检验，完成具有高可靠性、耐腐蚀液冷管总成的制作，流程简单，单根液冷管总成的装配及耐压检验工时共计约1小时，装配工时不高，大批量装配制造成本低。

冷管总成产品一致性好。冷管总成生产过程采用装配工装和扣压工装模工装保证过程质量，保证产品的一致性，避免手工操作时长度尺寸易超差、预装配过程易产生废品等问题。

具有较好的装配适应性。本发明采用具有一定的伸缩特性的非金属软管，能够在一定范围内调整冷管总成的尺寸，冷管总成的最小转弯半径R_min＝19mm，可以在不小于最小弯曲半径的范围内进行自由弯曲，因此冷管总成具有较好的装配适应性。

长期工作可靠性高。冷管总成可靠性主要由扣压质量决定，通过科学核算扣压量，避免扣压量不合适造成扣压不到位引起漏液或扣压过量导致管接头1、非金属软管2及套筒3受损、破裂导致漏液。经已进行的大量工程试制实践，运用科学计算的扣压量进行扣压装配的冷管总成，无一例漏液质量问题，且随产品进行功能振动、耐久振动等验证试验后，仍可靠工作。因此，科学计算扣压参数能够保证扣压质量与产品的长期工作可靠性。液冷管总成通过按GJB150.11A的要求通过96小时盐雾试验、最大工作压力大于6Mpa和爆破压力大于10Mpa的试验证明，液冷管总成能满足-73℃～+204℃的环境要求。

采用具有较强环境适应性的带不锈钢编织的非金属软管2、带有圆弧形凹槽及宝塔结构形式的防锈铝基管接头1以及奥氏体不锈钢基的套筒3，三者采用机械扣压方式构成一体，通过管材下料—预装—角度校核—核算扣压量—扣压装配—外观及耐压检验，最终完成具有高可靠性、耐腐蚀液冷管总成的制作。本发明解决了传统管路组件环境适应性不强、可靠性不高的问题。本发明通过管接头1接口尺寸的标准化设计，通过带有标准接口13的冷管总成转接头，双通、三通、四通甚至立体五通均可以实现，这样能够将简单的管路组件扩展到丰富而复杂的管路形式。

附图说明

为了更清楚地理解本发明，现将通过本发明实施同时参照附图来描述本发明，其中：图1是本发明基础液冷管全剖视图。

图2是本发明的管接头构造示意图。

图3是本发明用于装配管接头与非金属软管的装配工装构造示意图。

图4是本发明的扣压工装模的构造示意图。

图5是图4的立锥体圆弧模块10的工作示意图。

图6本发明具有五通接口的冷管总成转接头构造示意图。

图7-图10本发明管路组件扩展成的两通、三通、四通及五通冷管总成的实施例构造示意图。

图中：1管接头；2非金属软管；3套筒；4圆弧形凹槽；5圆锥体；6基板；7压板；8固定装夹装置；9推送装置；10立锥体圆弧模块；11扣压齿；12冷管总成转接头；13标准接口；14基础液冷管。

具体实施方式

参阅图1。根据本发明，以不锈钢编织的非金属软管2作为换热流道，非金属软管2两端分别插入奥氏体不锈钢基套筒3，对接固联在两端的防锈铝基管接头1的塔式台阶轴的端面上，三者采用机械扣压方式构成一体。制备过程中，将非金属软管2在管接头1圆弧形凹槽平直段的壁厚压缩率设定为40％-50％，根据扣压量计算公式以及管接头1、非金属软管2和套筒3在装配部位的对接尺寸，计算非金属软管与管接头1在管接头1圆弧形凹槽平直段的扣压量，根据扣压量设置扣压设备对应的扣压参数，运用扣压工装模及扣压设备，完成基础冷管总成的制作后，然后将基础冷管通过带有标准接口13的冷管总成转接头12配合扩展为双通、三通、四通甚至立体五通管路组件结构形式的冷管总成。

液冷管总成的长度尺寸精度控制：L≤500mm时，长度尺寸精度±0.5mm；L>500mm时，长度尺寸精度±1mm；非金属软管2与管接头1之间为过盈配合，过盈量为0.2mm；冷管总成由带不锈钢编织及聚四氟乙烯芯管的非金属软管2、防锈铝基经硬质阳极氧化处理的管接头1以及奥氏体不锈钢基经钝化处理的套筒3构成。管接头1扣压量的核算依据管接头1尺寸、套筒3尺寸以及非金属软管2尺寸，按管材内聚四氟乙烯芯管壁厚的压缩率40％～50％进行核算。

参阅图2。管接头1制有阶梯圆柱座体和垂直于所述座体的锥头圆柱，锥头大端连接柱体上制有至少六圈中心间距为1.1mm的Φ0.6mm的圆弧形凹槽4及后段光杆上制有20°锥面的宝塔结构形式的圆锥体5。圆弧形凹槽为扣压密封的关键部位，锥面宝塔处不扣压；管接头1与非金属软管2为过盈配合，过盈量为0.15-0.2mm。

参阅图3。用于管接头1过盈装配非金属软管2的装配工装，包括：带有阵列螺纹孔的安装基板6，固定在基板6上呈三角形分布的压板7、通过压板7定位固定在基板6上的运用螺纹传动原理分别实现非金属软管2的装夹动作与管接头1的推送装配动作的装夹固定装置8与推送装置9；其中，安装基板6为装夹固定装置8和推送装置9提供安装平台；压板7分为一字形压板和L形压板，并通过螺栓压在固定装置8及推送装置9的梯形固定座的顶部端面上。固定装置8和推送装置9上的螺杆的大端端头制有2组径向通孔，运用起子插入通孔可向螺杆施加转动力矩，运用螺纹传动原理，带动与螺杆相连的推块产生沿螺杆轴向方向的移动，装夹固定装置8上安装于推块上的夹板零件与固定在安装座上的另一块夹板零件产生沿螺杆轴向方向的移动相向移动，将非金属软管装入两块夹板零件中间，实现非金属软管2的装夹固定；推送装置9上与螺杆相连的推块上装有安装板，管接头1通过螺钉安装于安装板的侧面，管接头1轴线与非金属软管2轴线对齐；通过对螺杆施加转动力矩，螺杆带动与螺杆连接的推块及装有管接头1的安装板产生沿螺杆轴向方向的移动，管接头1与非金属软管2间产生沿非金属软管2轴向方向的相对移动，最终实现管接头1与非金属软管2的过盈装配。

参阅图4、图5。扣压工装模由若干个以非金属软管2为圆心，围绕所述非金属软管2外圆等分圆柱体，且被锥面所截的立锥体圆弧模块10组成，相邻两块立锥体圆弧模块10的锥面接触制有圆孔，所有圆孔均随所述立锥体圆弧模块10沿圆柱体圆周等分均布，且所述等分圆柱体的内外端面制有轴向台阶盲孔，每块锥体圆弧模块10的扣压部位的顶端制有由环槽隔离的扣压齿11，扣压齿11间形成的环槽隔离带为管接头1的圆锥体5提供扣压让位空间。在扣压设备液压系统作用下，通过立锥体圆弧模块10组成的等分圆柱体的中心孔发生径向移动，将套筒3与非金属软管2扣压装配在管接头1上。等分圆柱体等分为完全相同的八等分，扣压工装模为模具钢材质。

参阅图6。冷管总成转接头12具有一个到T形座体，到T形座体两侧板上制有紧固孔，位于中部矩形立方体的五个面上制有连接基础液冷管14的标准接口13和围绕所述标准接口13的等距紧固孔。

参阅图7-图10。基础液冷管14通过图6所示冷管总成转接头12，通过冷管总成转接头12五个面上的标准接口13和等距紧固孔进行扩展装配，能够将简单的管路组件扩展为双通、三通、四通甚至立体五通的冷管总成管路形式。

Claims (10)

1.一种电子设备液冷管总成的制备方法，其特征在于包括下列步骤：以带不锈钢编织的非金属软管（2）作为换热流道，非金属软管（2）两端分别插入套筒（3），对接固联在两端的管接头（1）的塔式台阶轴的端面上，三者采用机械扣压方式构成一体；制备过程中，将非金属软管（2）在管接头（1）圆弧形凹槽平直段的壁厚压缩率设定为40%-50%，根据扣压量计算公式以及管接头（1）、非金属软管（2）和套筒（3）在装配部位的对接尺寸，计算非金属软管（2）与管接头（1）在管接头（1）圆弧形凹槽平直段的扣压量，根据扣压量设置扣压设备对应的扣压参数，运用扣压工装模及扣压设备，完成基础冷管总成的制作后，然后将基础冷管通过带有标准接口（13）的冷管总成转接头（12）配合扩展为双通、三通、四通甚至立体五通管路组件结构形式的冷管总成。

2.根据权利要求1所述的电子设备液冷管总成的制备方法，其特征在于，冷管总成由带不锈钢编织的非金属软管（2）、防锈铝基经硬质阳极氧化处理的管接头（1）以及奥氏体不锈钢基经钝化处理的套筒（3）构成。

3.根据权利要求1所述的电子设备液冷管总成的制备方法，其特征在于，管接头（1）扣压量的核算依据管接头（1）尺寸、套筒（3）尺寸以及非金属软管（2）尺寸，按管材内聚四氟乙烯芯管壁厚的压缩率40%~50%进行核算。

4.根据权利要求1所述的电子设备液冷管总成的制备方法，其特征在于，管接头（1）制有阶梯圆柱座体和垂直于所述座体的锥头圆柱，锥头大端连接柱体上制有至少六圈中心间距为1.1mm的Φ0.6mm的圆弧形凹槽（4）及后段光杆上制有20°锥面的宝塔结构形式的圆锥体（5）。

5.根据权利要求1所述的电子设备液冷管总成的制备方法，其特征在于，用于管接头（1）过盈装配非金属软管（2）的装配工装，包括：带有阵列螺纹孔的安装基板（6），固定在基板（6）上呈三角形分布的压板（7）、通过压板（7）定位固定在基板（6）上，运用螺纹传动原理分别实现非金属软管（2）的装夹动作与管接头（1）的推送装配动作的装夹固定装置（8）与推送装置（9）。

6.根据权利要求5所述的电子设备液冷管总成的制备方法，其特征在于，安装基板（6）为装夹固定装置（8）及推送装置（9）提供安装平台；压板（7）分为一字形压板和L形压板，并通过其上两端一字槽孔的立柱螺栓固联在基板（6）上，并通过上述立柱螺栓上的紧固螺母压在固定装置（8）及推送装置（9）的梯形固定座的顶部端面上。

7.根据权利要求1所述的电子设备液冷管总成的制备方法，其特征在于，扣压工装模由若干个以非金属软管（2）为圆心，围绕所述非金属软管（2）外圆的等分圆柱体，且被锥面所截的立锥体圆弧模块（10）组成，相邻两块立锥体圆弧模块（10）的锥面接触制有圆孔，所有圆孔均随所述立锥体圆弧模块（10）沿圆柱体圆周等分均布，且所述等分圆柱体的内外端面制有轴向台阶盲孔，每块锥体圆弧模块（10）的扣压部位的顶端制有由环槽隔离的扣压齿（11），扣压齿（11）间形成的环槽隔离带为管接头（1）的圆锥体（5）提供扣压让位空间。

8.根据权利要求7所述的电子设备液冷管总成的制备方法，其特征在于，扣压设备液压系统作用下，立锥体圆弧模块（10）组成的等分圆柱体的中心孔发生径向移动，将套筒（3）及非金属软管（2）扣压装配在管接头（1）上。

9.根据权利要求1所述的电子设备液冷管总成的制备方法，其特征在于，冷管总成转接头（12）具有一个倒T形座体，倒T形座体两侧板上制有紧固孔，位于中部矩形立方体的五个面上制有连接基础液冷管（14）的标准接口（13）和围绕所述标准接口（13）的等距紧固孔。

10.根据权利要求9所述的电子设备液冷管总成的制备方法，其特征在于，基础液冷管（14）通过冷管总成转接头（12）五个面上的标准接口（13）和等距紧固孔进行扩展装配，能够将简单的管路组件扩展为双通、三通、四通甚至立体五通的冷管总成管路形式。