CN113001120A

CN113001120A - 一种冷板内部流道结构的加工方法及应用

Info

Publication number: CN113001120A
Application number: CN202110261466.7A
Authority: CN
Inventors: 黄丽媛; 任清川; 周永; 王强
Original assignee: Sichuan Jiuzhou Electric Group Co Ltd
Current assignee: Sichuan Jiuzhou Electric Group Co Ltd
Priority date: 2021-03-10
Filing date: 2021-03-10
Publication date: 2021-06-22

Abstract

本发明公开了一种冷板内部流道结构的加工方法及应用，加工方法包括以下步骤：S1、在冷板的侧壁钻预孔，根据预孔采用切削加工方式形成流道；S2、在流道的两端焊接堵头，所述堵头与冷板采用相同材质，焊接方式采用银钎焊或激光焊接或氩弧焊。本发明的流道加工先进行切削加工再进行焊接，一方面相对于拆分零件为两半再组件焊接的方式，其工艺流程更为简化，节约生产周期，另一方面对焊接设备要求相对较低，降低了制造难度，具有更广泛的应用范围，与现有广泛采用的加工方式相比，其效率大为提高，成本也相应降低。

Description

一种冷板内部流道结构的加工方法及应用

技术领域

本发明涉及电子产品加工技术领域，具体涉及一种冷板内部流道结构的加工方法及应用。

背景技术

随着电子产品越来越呈现出小型化、模块化、集成化的特点，应用于其上的电子器件也相应体现出小体积、多功能及高功耗的特征。同时，模块还存在集中安装的特征，因而，电子产品的发热问题愈加突出。冷却系统有自然冷却、风冷、液冷三种方案，由于器件发热功率增加及模块小型化导致的散热面积收缩，自然冷却与风冷已经越来越难以满足电子产品的需求。因而冷却效果好的液冷方案越来越多的应用在电子产品上，在发热严重的模块中增加带液冷流道的冷板日益成为解决模块发热问题的重要选择。

目前冷板主要包括带进水口与出水口的开放式冷却循环系统以及内部填充冷却液的封闭式冷却系统，根据使用环境不同，选用材料包括铜合金、铝合金及不锈钢等金属材料。市面上常见的冷板加工主要包括冷板组焊及铸造两种方案。冷板组焊：将冷板拆分，使得原位于零件内部的流道结构可由切削加工实现，然后再将拆分零件组焊(真空钎焊、搅拌磨檫焊等方式)以形成完整的流道结构；铸造：将内部流道设计为管路，通过预埋管路的铸造方案实现冷板的流道内置。

以上两种方案也存在如下不足：

1)、冷板组焊主要采用真空钎焊、搅拌摩擦焊、电子束焊等先进焊接工艺，而埋管铸造也以精密熔模铸造方案为主，均需通过专用设备实现；

2)、搅拌摩擦焊、电子束焊机精密熔模铸造作为行业内先进的特种工艺，操作复杂、专业度高，技术和人员均由该领域专业厂家掌握；

3)、对于流道结构简单、流道精度要求不高的冷板，拆分、组焊及埋管铸造的工艺虽也能实现冷板的加工；但相对于零件自身简单的结构，加工工艺过于繁琐、复杂，成本也因而提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冷板内部流道结构的加工方法，解决现有冷板内部流道结构加工方式操作复杂、专业度高、成本高的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种冷板内部流道结构的加工方法，包括以下步骤：

S1、在冷板的侧壁钻预孔，根据预孔采用切削加工方式形成流道；

S2、在流道的两端焊接堵头，所述堵头与冷板采用相同材质，焊接方式采用银钎焊或激光焊接或氩弧焊。

本发明的整体构思在于：

主要采用切削加工加工结合焊接的方式，实现金属冷板内部流道的高效加工制造。

传统的加工工艺，需采用分槽板、盖板加工，再焊接组件或者埋管铸造的方式成型，对设备要求较高。

本发明的流道加工先进行切削加工再进行焊接，一方面相对于拆分零件为两半再组件焊接的方式，其工艺流程更为简化，节约生产周期，另一方面对焊接设备要求相对较低，降低了制造难度，具有更广泛的应用范围，与现有广泛采用的加工方式相比，其效率大为提高，成本也相应降低。

进一步地，步骤S1中，在冷板的两个对称侧壁均钻预孔，采用两侧对钻工艺。

采用两侧对钻加工能够适用于流道较长的冷板加工，通过采用钻预孔，能够提高两侧钻孔的同轴度。

进一步地，步骤S1中，切削加工方式包括线切割成型工艺、深孔钻工艺或枪钻工艺。

所述线切割成型工艺、深孔钻工艺或枪钻工艺均为现有技术。

进一步地，当流道截面呈圆形或矩形时，采用先钻预孔再线切割成型的工艺。

进一步地，当流道属于深径比大于10的深孔或超深孔结构时，采用深孔钻工艺或枪钻工艺加工流道。

所述深孔钻工艺或枪钻工艺均为现有技术

进一步地，在进行焊接堵头之前，清除流道内的杂质及金属屑。

清除方式包括高压气枪、水枪或超声清洗等。

进一步地，在进行焊接堵头后依次进行热处理和焊后探伤处理。

所述热处理工艺的目的在于消除焊接应力，应根据组件结构特点和焊接实际状况，选择是否进行后续热处理。各类材料去应力热处理主要工艺参数参照下表1。

表1热处理参数

序号	材料名称	焊接方式	设定温度/℃	保温时间/h	冷却方式
						1	铝合金	激光焊接	200-220	2-3	随炉/空冷
2	不锈钢	氩弧焊	300-500	2-4	空冷
						3	铜合金	银钎焊	200-350	1.5-2	随炉/空冷

进一步地，冷板的材质为铜合金、铝合金或不锈钢。

进一步地，冷板为铜合金时，选择银钎焊进行堵头封焊；冷板为铝合金时，堵头封焊方式则选择激光焊接；冷板为不锈钢时，堵头封焊方式则选氩弧焊。

铜合金堵头封焊采用银钎焊工艺，通过火焰钎焊设备实施，其主要参数见表2。

表2银钎焊参数

银钎焊主要工艺流程：焊前酸洗(除油)→定位→施焊→清洗钎剂→检验→热处理去应力。

激光焊接工艺主要参数见表3：

表3激光焊接参数

激光焊接主要工艺流程：焊前准备(超声清洗)→焊接系统开机→焊件夹持→焊件对焦→路径编程→焊接→检验→热处理去应力。

氩弧焊工艺主要参数见表4：

表4氩弧焊参数

氩弧焊主要工艺流程：焊前清理→定位→焊接→打磨→检验→热处理去应力。

一种冷板内部流道结构的加工方法的应用，用于加工内部流道不超过1个S字形弯且流道截面形状为矩形或圆形的金属冷板。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明不仅能够实现特定结构冷板的加工制造，且对设备要求不高，进而降低零件制造成本。

2、本发明在保证零件尺寸精度、密封性的基础上，缩短了制造周期。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明冷板的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

一种冷板内部流道结构的加工方法，包括以下步骤：

S1、在冷板的侧壁钻预孔，根据预孔采用线切割成型工艺形成流道，流道截面呈圆形；

线切割成型工艺的具体过程如下：

1)根据通孔或通框实际尺寸，钻线切割预孔；

2)通过外形及预孔定位找正后，在线切割机床操作界面上绘制走丝路径；

2)加工用钼丝直径为Φ0.18㎜，按加工电压为80V、最大电流3A、切割速度20㎜²/min设置参数，完成流道通孔的加工；

3)加工完成后，清洗线切割乳化液，避免残留乳化液腐蚀零件；

S2、在流道的两端焊接堵头，所述堵头与冷板采用相同材质，加工后的冷板如图1所示。

在本实施例中，冷板的材质为铜合金，焊接方式采用银钎焊，具体的焊接过程如下：

1)检查冷板及堵头外观无损伤，复验冷板流道及堵头尺寸符图；

2)焊前酸洗：焊接前应充分清洁待焊零件及夹具表面油污，注意待焊件酸洗后应在48h内完成焊接；

3)焊接冷板和堵头，注意焊接温度大约在660℃-725℃，添加钎料前注意预热钎焊零件，使溶化的钎料均匀地铺满缝隙；

4)焊接后在24h内利用20-60g/L的柠檬酸剂溶液清洗钎剂，以免钎剂造成焊件腐蚀；

5)焊接后检验焊缝外观无咬边、活性钎剂残留，射线探伤检查焊缝内部无气孔、夹渣、缩孔、未钎透等缺陷。

6)焊后通过热处理消除应力。

7)焊前留机械加工余量，焊后通过机械加工保证焊接件最终尺寸精度及表面质量要求。

对焊接后的冷板进行性能检测，检测结果如下：

对组焊后的冷板流道进行打压试验，在2MPA，保压15min未发现泄漏，可满足一般水冷通道的使用要求。

本实施例适用于加工内部流道不超过1个S字形弯且流道截面形状为矩形或圆形的金属冷板。

实施例2：

一种冷板内部流道结构的加工方法，包括以下步骤：

线切割成型工艺的具体过程如下：

1)根据通孔或通框实际尺寸，钻线切割预孔；

S2、在流道的两端焊接堵头，所述堵头与冷板采用相同材质。

在本实施例中，冷板的材质为铝合金，焊接方式采用激光焊接，具体的焊接过程如下：

1)检查冷板和堵头双边间隙不超过0.16㎜；

2)利用超声清洗充分清洁流道内部和堵头表面，清洁完成后将焊件晾干放入氮气干燥柜待用；

3)利用真空烘箱加热进一步去除焊件水汽，将焊件可靠地固定于激光焊接系统，然后对焦焊件，对焊接路径编程，并设置焊接速度、脉冲重复频率、离焦量等参数，完成焊接。

对焊接后的冷板进行性能检测，检测结果如下：

实施例3：

一种冷板内部流道结构的加工方法，包括以下步骤：

S1、在冷板的两个对称侧壁均钻预孔，采用两侧对钻工艺，根据预孔采用线切割成型工艺形成流道，流道截面呈圆形；

线切割成型工艺的具体过程如下：

1)划线找正，标记双侧孔中心；或者在数控设备上一次装夹点两侧中心孔；然后从两侧钻预孔，注意钻孔深度应大于通孔长度的一半；

2)利用冷板外形和预孔定位找正后，在线切割机床操作界面上绘制走丝路径；

3)加工用钼丝直径为Φ0.18㎜，按加工电压为80V、最大电流3A、切割速度20㎜²/min设置参数，完成流道通孔的加工；

4)加工完成后，清洗线切割乳化液，避免残留乳化液腐蚀零件；

在本实施例中，冷板的材质为不锈钢，焊接方式采用氩弧焊，具体的焊接过程如下：

1)检查待焊零件外观完整、无损伤及油污，零件符合图纸、工艺要求；

2)压缩空气清除零件外形及内孔杂质，确保零件无铁屑等残留；化学除油或酸洗清除待焊部位油污、锈蚀，并在48小时内完成焊接；

3)组装冷板和堵头，保证装夹定位可靠，按表4所给参数进行焊接，加工过程中要根据零件实际情况进行适当调整；

4)射线探伤检查焊缝内部无气孔、夹渣、缩孔、未焊透等缺陷；

5)热处理消除应力；

6)打磨焊瘤，修整焊接区域，保证尺寸精度、外观质量。

对焊接后的冷板进行性能检测，检测结果如下：

本实施例适用于深径比超10的深孔或超深孔结构。

实施例4：

一种冷板内部流道结构的加工方法，包括以下步骤：

S1、在冷板的侧壁钻预孔，根据预孔采用深孔钻工艺形成流道，流道截面呈圆形；

深孔钻工艺的具体过程如下：

1)根据孔径和孔深，选择深孔钻刀具；

2)定位找正后，先根据深孔钻尺寸加工引导孔；

2)深孔钻加工通孔，注意应待深孔钻切入引导孔底部约1㎜后，再打开切削液循环系统；

1)检查冷板和堵头双边间隙不超过0.16㎜；

对焊接后的冷板进行性能检测，检测结果如下：

本实施例适用于深径比超10的深孔或超深孔结构。

实施例5：

本实施例基于实施例1-实施例4任一项，在进行焊接堵头之前，清除流道内的杂质及金属屑，在进行焊接堵头后依次进行热处理和焊后探伤处理。

在本实施例中，通过高压气枪充分清除流道内的杂质及金属屑，也可采用水枪或超声清洗等方式。

热处理的具体工艺如下：

1)、控制热处理设备的炉温均匀性不低于±10℃；

2)、用汽油清洗零件并晾干，确保表面干燥、清洁、无油污；

3)、根据材料不同，按表1选择合适参数进行去应力热处理；

4)、热处理后零件若有变形应及时校正，并通过机械加工保证组件最终尺寸、形位精度。

对热处理后的冷板进行性能检测，检测结果如下：

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种冷板内部流道结构的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种冷板内部流道结构的加工方法，其特征在于，步骤S1中，在冷板的两个对称侧壁均钻预孔，采用两侧对钻工艺。

3.根据权利要求1所述的一种冷板内部流道结构的加工方法，其特征在于，步骤S1中，切削加工方式包括线切割成型工艺、深孔钻工艺或枪钻工艺。

4.根据权利要求3所述的一种冷板内部流道结构的加工方法，其特征在于，当流道截面呈圆形或矩形时，采用先钻预孔再线切割成型的工艺。

5.根据权利要求4所述的一种冷板内部流道结构的加工方法，其特征在于，当流道属于深径比大于10的深孔或超深孔结构时，采用深孔钻工艺或枪钻工艺加工流道。

6.根据权利要求1所述的一种冷板内部流道结构的加工方法，其特征在于，在进行焊接堵头之前，清除流道内的杂质及金属屑。

7.根据权利要求1所述的一种冷板内部流道结构的加工方法，其特征在于，在进行焊接堵头后依次进行热处理和焊后探伤处理。

8.根据权利要求1所述的一种冷板内部流道结构的加工方法，其特征在于，冷板的材质为铜合金、铝合金或不锈钢。

9.根据权利要求8所述的一种冷板内部流道结构的加工方法，其特征在于，冷板为铜合金时，选择银钎焊进行堵头封焊；冷板为铝合金时，堵头封焊方式则选择激光焊接；冷板为不锈钢时，堵头封焊方式则选氩弧焊。

10.如权利要求1-9任一项所述的一种冷板内部流道结构的加工方法的应用，其特征在于，用于加工内部流道不超过1个S字形弯且流道截面形状为矩形或圆形的金属冷板。