CN109434273A - 一种制造微细通道的工具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制造微细通道的工具及方法，涉及搅拌摩擦加工领域。该制造微细通道的工具包括夹持机构和通道制造机构。其中，夹持机构用于与搅拌摩擦焊机的机头相连；通道制造机构与夹持机构相连，且位于夹持机构的下方，通道制造机构用于在搅拌摩擦焊机的作用力下扎入待处理的板材内，使得待处理的板材分别向相反的方向运动，以在板材的内部产生微细通道。该工具通过扎入搅拌工具使板材分别向相反方向运动从而使板材内部产生微通道，能够快速高效的在金属板材内部形成微细通道，从而可提高工作效率，同时降低工作成本。该方法主要利用上述的制造微细通道的工具进行制造。因此，该方法的工作效率高，工作成本低。

Description

一种制造微细通道的工具及方法

技术领域

本发明涉及搅拌摩擦加工领域，具体而言，涉及一种制造微细通道的工具及方法。

背景技术

搅拌摩擦加工是一种新型的材料塑性变形加工方法，它是在搅拌摩擦焊(FSW)的基础上提出的，其基本原理是通过搅拌头的强烈搅拌作用使被加工材料发生剧烈塑性变形、混合、破碎，实现微观结构的致密化、均匀化和细化。但当工艺参数不在合理区间时，金属流动紊乱，易在金属内部形成孔洞。

目前微细通道主要用在散热器等诸多领域中，其具有良好的散热性能，目前针对微小尺度(微米级)的微细通道主要采用光刻电镀、准分子激光微细加工等技术进行加工，对于较大尺度(厘米级)通道通常采用板材挤压后加盖板焊接后形成。

因此采用上述方法进行加工微细通道时，其投入较大，且工艺较为复杂，从而导致生产成本较高且效率降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制造微细通道的工具，该制造微细通道的工具能够快速高效的在金属板材内部形成微细通道，可提高工作效率，同时降低工作成本。

本发明的另一目的在于提供一种制造微细通道的方法，该方法主要利用上述的制造微细通道的工具进行制造。因此，该方法能够快速高效的在金属板材内部形成微细通道，可提高工作效率，同时降低工作成本。

本发明的实施例是这样实现的：

一种制造微细通道的工具，用于搅拌摩擦焊机，制造微细通道的工具包括：

夹持机构，夹持机构用于与搅拌摩擦焊机的机头相连；

通道制造机构，通道制造机构与夹持机构相连，且位于夹持机构的下方，通道制造机构用于在搅拌摩擦焊机的作用力下扎入待处理的板材内，使得待处理的板材分别向相反的方向运动，以在板材的内部产生微细通道。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，通道制造机构包括散热组件和制造组件，散热组件位于夹持机构与制造组件之间，散热组件用于散热，制造组件用于在搅拌摩擦焊机的作用力下扎入待处理的板材内，使得待处理的板材分别向相反的方向运动，以在板材的内部产生微细通道。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，制造组件包括从上至下依次设置的第一肩轴、第一搅拌针、第二肩轴以及第二搅拌针，第一搅拌针与第二搅拌针的外侧均设有螺纹，且第一搅拌针的螺纹的旋向与第二搅拌针的螺纹的旋向相反。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，第一搅拌针与第一肩轴呈预设角度A设置，且175°≥A≥15°。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，第一搅拌针的高度为H1，第一搅拌针与第一肩轴的连接处的直径为D1，第一搅拌针与第二肩轴的连接处的直径为D2，其中，D1以及D2均小于第一肩轴的直径。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，第二肩轴的高度为H2，第二肩轴的直径为D3，D3≥D2。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，第二搅拌针的高度为H3，第二搅拌针与第二肩轴的连接处的直径为D4，第二搅拌针远离第二肩轴的一端的末端直径为D5，其中，D5<D4，D4<D3。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，H1、H2以及H3的总和小于待处理的板材的厚度。

一种制造微细通道的方法，其利用上述的制造微细通道的工具制造得到微细通道，且具体包括：

S1：将制造微细通道的工具装夹到搅拌摩擦焊机上，并将待处理的板材装夹到工装夹具上；

S2：启动搅拌摩擦焊机，设定主轴转速以及下扎速度，然后将搅拌工具完全扎入待加工板材；

S3：开始加工，设定加工速度后，沿长度方向移动搅拌工具，得到微细孔洞；

S4：抬起搅拌工具，沿宽度方向移动预设距离，并重复S2步骤及S3步骤n次，得到n+1条微细通道；

S5：抬起搅拌工具，结束加工。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，该方法具体包括：

S1：将制造微细通道的工具装夹到搅拌摩擦焊机上，并将待处理的板材装夹到工装夹具上；

S2：启动搅拌摩擦焊机，设定主轴转速为1000rpm，下扎速度为50mm/min，将搅拌工具完全扎入待加工板材，下扎量为6mm；

S3：开始加工，设定加工速度为500mm/min，沿长度方向移动搅拌工具，得到微细孔洞；

S4：抬起搅拌工具，沿宽度方向移动30mm，并重复S2步骤及S3步骤7次，得到8条微细通道；

S5：抬起搅拌工具，结束加工。

本发明的实施例至少具备以下优点或有益效果：

本发明的实施例提供了一种制造微细通道的工具，该工具包括夹持机构和通道制造机构。其中，夹持机构用于与搅拌摩擦焊机的机头相连；通道制造机构与夹持机构相连，且位于夹持机构的下方，通道制造机构用于在搅拌摩擦焊机的作用力下扎入待处理的板材内，使得待处理的板材分别向相反的方向运动，以在板材的内部产生微细通道。该工具通过扎入搅拌工具使板材分别向相反方向运动从而使板材内部产生微通道，能够快速高效的在金属板材内部形成微细通道，从而可提高工作效率，同时降低工作成本。

本发明的实施例还提供了一种制造微细通道的方法，该方法主要利用上述的制造微细通道的工具进行制造。因此，该方法能够快速高效的在金属板材内部形成微细通道，可提高工作效率，同时降低工作成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的实施例提供的制造微细通道的工具的结构示意图；

图2为图1的局部放大结构示意图。

图标：100-制造微细通道的工具；101-夹持机构；103-通道制造机构；105-散热组件；107-制造组件；109-第一肩轴；111-第一搅拌针；113-第二肩轴；115-第二搅拌针。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

图1为本实施例提供的制造微细通道的工具100的结构示意图。请参阅图1，本实施例提供了一种制造微细通道的工具100，该制造微细通道的工具100主要用于与搅拌摩擦焊机一起使用，其包括：夹持机构101和通道制造机构103。

详细地，在本实施例中，夹持机构101用于与搅拌摩擦焊机的机头相连。通过夹持机构101的设置，使得整个制造微细通道的工具100的整体性和稳定性得到提高，同时使得该制造微细通道的工具100与搅拌摩擦焊机协同作用时，其效果与质量更好。

详细地，在本实施例中，通道制造机构103与夹持机构101相连，且位于夹持机构101的下方，通道制造机构103用于在搅拌摩擦焊机的作用力下扎入待处理的板材内，使得待处理的板材分别向相反的方向运动，以在板材的内部产生微细通道。该工具通过扎入搅拌工具使板材分别向相反方向运动从而使板材内部产生微通道，能够快速高效的在金属板材内部形成微细通道，从而可提高工作效率，同时降低工作成本。

请再次参阅图1，在本实施例中，通道制造机构103包括散热组件105和制造组件107，散热组件105位于夹持机构101与制造组件107之间，散热组件105用于散热，制造组件107用于在搅拌摩擦焊机的作用力下扎入待处理的板材内，使得待处理的板材分别向相反的方向运动，以在板材的内部产生微细通道。通过散热组件105的设置，使得搅拌摩擦时产生的热量能及时地散出，从而可有效地保证各部件的寿命，提高工作质量与效率。

图2为图1的局部放大结构示意图。请参阅图1与图2，在本实施例中，制造组件107包括从上至下依次设置的第一肩轴109、第一搅拌针111、第二肩轴113以及第二搅拌针115，第一搅拌针111与第二搅拌针115的外侧均设有螺纹，且第一搅拌针111的螺纹的旋向与第二搅拌针115的螺纹的旋向相反。通过第一搅拌针111和第二搅拌针115的相反旋向的螺纹的设置，使得该制造微细通道的工具100在于与拌摩擦焊机配合使用时，可在搅拌摩擦焊机的作用下下扎入待处理的板材内，使得待处理的板材分别向相反的方向运动，以在板材的内部产生微细通道。通过这样的方式得到微细通道能够快速高效的在金属板材内部形成微细通道，从而可提高工作效率，同时降低工作成本。

请再次参阅图1与图2，在本实施例中，第一搅拌针111与第一肩轴109呈预设角度A设置，且175°≥A≥15°。通过对该角度的控制，使得当该制造微细通道的工具100在于与拌摩擦焊机配合使用时，可有效地作用于板材，从而保证最后成型的微细通道的质量。

作为优选的方案，在本实施例中，第一搅拌针111的高度为H1，第一搅拌针111与第一肩轴109的连接处的直径为D1，第一搅拌针111与第二肩轴113的连接处的直径为D2，其中，D1以及D2均小于第一肩轴109的直径。第二肩轴113的高度为H2，第二肩轴113的直径为D3，D3≥D2。第二搅拌针115的高度为H3，第二搅拌针115与第二肩轴113的连接处的直径为D4，第二搅拌针115远离第二肩轴113的一端的末端直径为D5，其中，D5<D4，D4<D3。

进一步优选地，H1、H2以及H3的总和小于待处理的板材的厚度。通过对各参数的值的控制，使得当该制造微细通道的工具100在于与拌摩擦焊机配合使用时，能进一步地有效地作用于板材，从而进一步地保证最后成型的微细通道的质量。

具体地，下面详细地说明各参数可选地具体数值：

在尺寸为150×300×6mm的6061-T6板材中沿宽度方向加工8条微细通道，设计了主要尺寸为A＝85°，H1＝2.5mm，H2＝0.5mm，H3＝3mm，D1＝7mm，D2＝3.7mm，D3＝4mm，D4＝3.7mm，D5＝3mm的搅拌工具。

详细地，本发明的实施例还提供了一种制造微细通道的方法，其利用上述的制造微细通道的工具100制造得到微细通道。因此，该方法能够快速高效的在金属板材内部形成微细通道，可提高工作效率，同时降低工作成本。

该方法具体包括以下步骤：

S1：将制造微细通道的工具100装夹到搅拌摩擦焊机上，并将待处理的板材装夹到工装夹具上；

S2：启动搅拌摩擦焊机，设定主轴转速以及下扎速度，然后将搅拌工具完全扎入待加工板材；

S3：开始加工，设定加工速度后，沿长度方向移动搅拌工具，得到微细孔洞；

S4：抬起搅拌工具，沿宽度方向移动预设距离，并重复S2步骤及S3步骤n次，得到n+1条微细通道；

S5：抬起搅拌工具，结束加工。

进一步优选地，在确定各参数的基础之上，该方法可具体包括：

S1：将制造微细通道的工具100装夹到搅拌摩擦焊机上，并将待处理的板材装夹到工装夹具上；

S2：启动搅拌摩擦焊机，设定主轴转速为1000rpm，下扎速度为50mm/min，将搅拌工具完全扎入待加工板材，下扎量为6mm；

S3：开始加工，设定加工速度为500mm/min，沿长度方向移动搅拌工具，得到微细孔洞；

S4：抬起搅拌工具，沿宽度方向移动30mm，并重复S2步骤及S3步骤7次，得到8条微细通道；

S5：抬起搅拌工具，结束加工。

该方法通过第一搅拌针111和第二搅拌针115的相反旋向的螺纹的设置，使得该制造微细通道的工具100在于与拌摩擦焊机配合使用时，可在搅拌摩擦焊机的作用下下扎入待处理的板材内，使得待处理的板材分别向相反的方向运动，以在板材的内部产生微细通道。通过这样的方式得到微细通道能够快速高效的在金属板材内部形成微细通道，从而可提高工作效率，同时降低工作成本。

综上所述，本发明的实施例提供的制造微细通道的工具100，能够快速高效的在金属板材内部形成微细通道，可提高工作效率，同时降低工作成本。

本发明的实施例提供的制造微细通道的方法，主要利用上述的制造微细通道的工具100进行制造。因此，该方法能够快速高效的在金属板材内部形成微细通道，可提高工作效率，同时降低工作成本。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种制造微细通道的工具，用于搅拌摩擦焊机，其特征在于，所述制造微细通道的工具包括：

夹持机构，所述夹持机构用于与所述搅拌摩擦焊机的机头相连；

通道制造机构，所述通道制造机构与所述夹持机构相连，且位于所述夹持机构的下方，所述通道制造机构用于在所述搅拌摩擦焊机的作用力下扎入待处理的板材内，使得待处理的板材分别向相反的方向运动，以在所述板材的内部产生微细通道。

2.根据权利要求1所述的制造微细通道的工具，其特征在于：

所述通道制造机构包括散热组件和制造组件，所述散热组件位于所述夹持机构与所述制造组件之间，所述散热组件用于散热，所述制造组件用于在所述搅拌摩擦焊机的作用力下扎入待处理的板材内，使得待处理的板材分别向相反的方向运动，以在所述板材的内部产生微细通道。

3.根据权利要求2所述的制造微细通道的工具，其特征在于：

所述制造组件包括从上至下依次设置的第一肩轴、第一搅拌针、第二肩轴以及第二搅拌针，所述第一搅拌针与所述第二搅拌针的外侧均设有螺纹，且所述第一搅拌针的螺纹的旋向与所述第二搅拌针的螺纹的旋向相反。

4.根据权利要求3所述的制造微细通道的工具，其特征在于：

所述第一搅拌针与所述第一肩轴呈预设角度A设置，且175°≥A≥15°。

5.根据权利要求3或4所述的制造微细通道的工具，其特征在于：

所述第一搅拌针的高度为H1，所述第一搅拌针与所述第一肩轴的连接处的直径为D1，所述第一搅拌针与所述第二肩轴的连接处的直径为D2，其中，D1以及D2均小于所述第一肩轴的直径。

6.根据权利要求5所述的制造微细通道的工具，其特征在于：

所述第二肩轴的高度为H2，所述第二肩轴的直径为D3，D3≥D2。

7.根据权利要求6所述的制造微细通道的工具，其特征在于：

所述第二搅拌针的高度为H3，所述第二搅拌针与所述第二肩轴的连接处的直径为D4，所述第二搅拌针远离所述第二肩轴的一端的末端直径为D5，其中，D5<D4，D4<D3。

8.根据权利要求7所述的制造微细通道的工具，其特征在于：

H1、H2以及H3的总和小于待处理的所述板材的厚度。

9.一种制造微细通道的方法，其特征在于：

所述制造微细通道的方法利用权利要求1至8中任一项所述的制造微细通道的工具制造得到所述微细通道，其具体包括：

S1：将所述制造微细通道的工具装夹到所述搅拌摩擦焊机上，并将待处理的所述板材装夹到工装夹具上；

S2：启动所述搅拌摩擦焊机，设定主轴转速以及下扎速度，然后将搅拌工具完全扎入待加工板材；

S3：开始加工，设定加工速度后，沿长度方向移动搅拌工具，得到微细孔洞；

S4：抬起搅拌工具，沿宽度方向移动预设距离，并重复S2步骤及S3步骤n次，得到n+1条微细通道；

S5：抬起搅拌工具，结束加工。

10.根据权利要求9所述的制造微细通道的方法，其特征在于，具体包括：

S1：将所述制造微细通道的工具装夹到所述搅拌摩擦焊机上，并将待处理的所述板材装夹到工装夹具上；

S2：启动所述搅拌摩擦焊机，设定主轴转速为1000rpm，下扎速度为50mm/min，将搅拌工具完全扎入待加工板材，下扎量为6mm；

S3：开始加工，设定加工速度为500mm/min，沿长度方向移动搅拌工具，得到微细孔洞；

S4：抬起搅拌工具，沿宽度方向移动30mm，并重复S2步骤及S3步骤7次，得到8条微细通道；

S5：抬起搅拌工具，结束加工。