CN114941957B - 基于增材制造的一体化成型均温板充液密封工装及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及均温板充液腔密封技术领域，具体公开了一种基于增材制造的一体化成型均温板充液密封工装及方法，其中工装包括充液单元、与均温板一体成型且与均温板充液腔连通的充液管、设置在均温板上且充液管与充液腔之间的密封孔、以及安装在密封孔上的密封塞；所述充液管、密封孔、充液腔依次连通。本发明通过两次对于密封塞施加作用力，改变其与密封孔的相对位置关系来实现对于充液腔的密封；本发明具有良好的密封性，密封口小，密封方式快捷，密封系统简单的特点；不但可以提高普通均温板的封装效率，提升密封效果，也可以解决增材制造均温板的密封难题。

Description

基于增材制造的一体化成型均温板充液密封工装及方法

技术领域

本发明涉及均温板制造技术领域，更具体地讲，涉及基于增材制造的一体化成型均温板充液密封工装及方法。

背景技术

均温板作为一种新型的两相流散热技术，由于其具有导热性高、均温性好、热流方向可逆等优点,可解决热流密度较大的芯片表面的温度过高的问题，成为电子设备中高热流密度电子器件散热的有效途径之一，尤其在大功率功放器件的散热方面取得了广泛应用。由于均温板质量轻、体积小、传热量大，成为目前电子设备散热的重点研究对象。

传统的均温板采用机械加工与焊接的方式制造，其内部的吸液芯多采用丝网或者粉末烧结形成，受制于加工方式，传统均温板在形状尺寸，安装接口等方面均受到很大的约束，且传统均温板只能采用规则的形状，难以进行异型均温板设计加工。所以一种采用增材制造方式一体成型的均温板开始被广泛使用，该种均温板采用增材制造法将均温板结构外壳、安装接口、充液接口及内部毛细结构、传热强化干道等蒸发冷凝及回液相关微结构一体制造成形，突破了传统均温板在形状设计上的限制，并提升了均温板的传热效率。

影响均温板实际导热性能的因素主要有工质种类、充液率、热源分布、吸液芯结构等，其中均温板的充液及封装技术是均温板研制及生产过程中使用的一项关键技术。不同的充液量对均温板的性能影响很大，因此在均温板研制过程中通常会对多种充液量的均温板进行性能对比测试以获得最佳充液参数。

增材制造的均温板虽然在结构设计与制造方面取得了突破，但是在均温板的冷媒液体及其蒸汽充注方面还存在诸多问题。

目前对铝均温板的充液工艺流程为先使用真空泵抽出均温板内的不凝性气体，使均温板内部空腔达到设定的真空度，然后对均温板进行充液，充液完毕后先使用机械压力对均温板注液口处进行预封口，然后再次对均温板充液口进行焊接封闭。现有技术的机械式压紧注液口的方式不能对注液口进行良好密封，在对注液口进行再次焊接前会出现冷媒液体及其蒸汽的微量泄露，而且现有技术的均温板在注液口处的机械夹紧段和焊接段在不同位置，会占用均温板的内部空间，造成均温板封口处体积较大，对均温板的设计灵活度造成较大影响。均温板在机械夹紧后需要立即进行再次焊接密封，这会造成机械夹紧结构和焊接机构无法分离，系统复杂度增加，降低充液封装系统的可靠性。而且目前的均温板充液技术无法满足增材制造均温板的充液需求，由于增材制造的均温板材料塑性较差，材质较硬，延展性差，不利于机械压紧式预封口，增材制造的材料的可焊性也较差，采用普通焊接方式无法对充注口进行良好的密封。同时传统的焊接密封方式工艺复杂，工艺参数要求控制严格，时间周期长，不利于内腔的抗氧化防护。综上所述，增材制造结构功能一体化、一次性成型均温板及其特殊的内腔和毛细结构，对低沸点工质的充注要求更高，现有技术无法满足要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供基于增材制造的一体化成型均温板充液密封工装及方法；具有良好的密封性，密封口小，密封方式快捷，密封系统简单的特点；不但可以提高普通均温板的封装效率，提升密封效果，也可以解决增材制造均温板的密封难题。

本发明解决技术问题所采用的解决方案是：

一方面：

基于增材制造的一体化成型均温板充液密封工装，包括充液单元、与均温板一体成型且与均温板充液腔连通的充液管、设置在均温板上且充液管与充液腔之间的密封孔、以及安装在密封孔上的密封塞；所述充液管、密封孔、充液腔依次连通。

在一些可能的实施方式中，为了有效的实现密封塞的安装，并能够有效的的根据均温板充液的情况连通或不连通充液管和充液腔；

所述密封塞上设置有通孔；其中，在充液前，所述通孔与充液管连通；在充液后，通孔与充液管不连通。

在一些可能的实施方式中，为了有效的提高密封塞与密封孔的密封效果；

所述密封塞呈锥台状且与密封孔过盈配合。

在一些可能的实施方式中，为了在进行密封塞安装时，对于密封塞进入密封孔内的位置进行限制，并保证密封塞充液前能够按照要求进入密封孔内的指定位置；

还包括可拆卸安装在均温板表面且与密封孔同轴设置的限位环。

在一些可能的实施方式中，为了有效的实现在充液前使得充液管与充液腔连通，并在充液后能够实现充液腔与充液管的阻隔使其不连通，进而使得充液腔形成一个充满介质的密封腔；通过与限位环的配合使得能够精确控制在充液前密封塞与密封孔的相对位置关系，保证充液时介质能够依次充液管、密封塞进入到充液腔内；

所述密封塞的外侧面上设置有限位线，在所述密封塞的外侧面还设置有塞对齐线，所述塞对齐线沿密封塞的轴向设置且与密封塞的轴心共面，在所述密封孔内设置有与塞对齐线配合使用的板对齐线；在充液前，所述限位线与均温板的表面在同一平面上；在充液后，所述限位线位于密封孔内。

在一些可能的实施方式中，为了有效的实现对于均温板的夹持固定，并能实现对于密封塞施加均匀的作用力使得密封塞能够按照要求进入到密封孔内；

还包括用于夹持固定均温板的支撑座，用于驱动密封塞向密封孔内移动的加压头。

在一些可能的实施方式中，为了有效的实现充液前将使得充液腔为一个真空腔室后并对该真空腔室进行介质的填充；

所述充液单元包括依次连接的充液系统、三通夹紧机构、抽真空系统；所述三通夹紧机构与充液管连接。

在一些可能的实施方式中，为了有效的实现对于充液前抽真空和充液的控制；

在所述充液系统与三通夹紧机构之间设置有充注阀，在所述抽真空系统与三通夹紧机构之间设置有真空阀。

另一方面，

一种基于增材制造的一体化成型均温板充液密封工装的密封方法，具体包括以下步骤：

充液前，将充液单元、充液管、密封孔、充液腔依次连通；

安装密封塞，通过充液单元对于充液腔进行抽真空处理，使其形成真空腔；

充液单元进行充液；

充液完成后，向密封塞施加作用力，使得充液管、密封塞、充液腔不连通；

切除充液管，完成充液。

在一些可能的实施方式中；

所述通过充液单元对于充液腔进行抽真空处理，使其形成真空腔具体是指：

关闭充注阀，打开真空阀，将密封塞安装在密封孔，使得抽真空系统与充液腔形成密闭空腔；

启动抽真空系统，对于密闭空腔进行抽真空处理，其中真空腔的真空度为5-150Pa；完成后关闭真空阀。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明通过对于密封塞施加作用力，使其安装在密封孔内，并能够有效的保证在充液前充液管、密封塞上的通孔、充液腔连通；并通过抽真空系统在充液前对充液腔进行抽真空处理将不可凝气体抽出，使得充液腔为一个真空腔；在充液后通过控制密封塞与密封孔的相对位置关系，使得对于充液腔进行有效的密封；相比现有技术采用机械或焊接的方式实现密封，本发明介质将不会从密封处或者密封处周边泄漏的的出现，有效的提高了密封性能；

相比焊接或机械密封，本发明的密封更加简单便捷；

本发明通过设置限位环与限位线，有效的保证了在密封塞安装时，其通孔、能够与充液管、充液腔保持连通；

本发明通过两次对于密封塞施加作用力，从而实现充液管在充液时与充液腔能够连通，以及在充液完后，充液腔与充液管不连通，进而实现了通过密封塞实现充液腔密封的作用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中密封塞的结构示意图；

图3为本发明中均温板密封孔的局部放大示意图；

图4为本发明中密封孔、密封塞在充液前的结构示意图；

图5为本发明中密封孔、密封塞在充液后的结构示意图；

其中：1、充液系统；2、充注阀；3、三通夹紧机构；4、真空阀；5、抽真空系统；6、充液管；7、支撑座；8、切刀；9、加压头；10、密封塞；11、均温板；12、充液孔；13、通孔；14、限位线；15、密封孔；16、板对齐线；17、塞对齐线；18、限位环。

具体实施方式

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。本申请所提及的"第一"、"第二"以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，"一个"或者"一"等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。在本申请实施中，“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个定位柱是指两个或两个以上的定位柱。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面对本发明进行详细说明。

如图1-图5所示：

一方面：

一种基于增材制造的一体化成型均温板充液密封工装，包括用于对充液腔在充液前抽真空和在充液后进行介质填充的充液单元、与均温板11一体成型且与均温板11充液腔连通的充液管6、设置在均温板11上且充液管6与充液腔之间的密封孔15、以及安装在密封孔15上的密封塞10；所述充液管6、密封孔15、充液腔依次连通；所述密封塞10上设置有分别与充液管6、充液腔连通的通孔13，所述密封孔15的侧面设置有分别与充液管6和充液腔连通的两个充液孔12；充液前，将密封塞10安装在密封孔15内，并使得充液管6、通孔13、充液腔依次连通，通过充液单元进行对于充液腔抽真空处理；

充液时，介质在充液单元的控制下进入充液管6内并依次通过与充液管6连通的充液孔12、通孔13、与充液腔连通的充液孔12然后进入到充液腔内，直至充液完成；

在充液完成后，控制密封塞10向密封孔15内再次移动，使得通孔13与两个充液孔12均不连通，通过密封塞10的外侧面将充液孔12封闭；

对充液管6与均温板11的连接部进行切割，完成整个充液过程。

为了有效的实现对于充液管6与均温板11的切割，本工装还包括切刀8，通过切刀8将充液管6与均温板11分离。

本申请中的介质为冷媒液体及其蒸汽，其中的冷媒液体及其蒸汽可为丙酮。

优选的，密封孔15可以为盲孔，也可以为通孔；如当均温板的厚度较薄时，方便制造可采用通孔的方式制造密封孔15。

在一些可能的实施方式中，为了有效的提高密封塞10与密封孔15的密封效果；

所述密封塞10呈锥台状且与密封孔15过盈配合。

优选的，密封塞10可选用硬度比均温板11小且塑性好的相容材料，如采用如纯铝、纯铜等与增材制造的均温板11材质相容的材料，通过精密机械加工获得粗糙度小于Ra1.6的光滑表面；利用密封头较好的塑性实现对密封孔15的良好密封，避免损坏均温板11。

进一步的，呈锥台状的密封塞10，其锥面的斜度在一般小于0.5°；具体可根据实际使用的金属材质设计合适的斜度，以保证密封塞10被压入密封孔15内不发生撕裂。密封塞10与密封孔15采用斜面塑性变形密封原理，如可采用的圆锥台结构、四棱锥台结构、或者采用楔形面代替锥斜面实现，采用上述设置将使得密封塞10压入密封孔15时具有较好的导向作用，并能够保证有效的密封；

相比现有技术采用焊接实现密封，将大大降低密封处的体积；同时密封工艺相比焊接密封更加简单，不需要根据均温板11与密封塞10的材质进行特殊工艺设计；避免由于焊接点不实，造成泄漏的情况出现；

相比现有技术中采用机械密封，本发明中密封时，将不会损坏均温板11的受压部分，能够有效的受压部分损坏造成泄漏。

本发明能够使得密封过程更快，对密封设备制造与安装所需的条件限制更少，更加适合于均温板11研制实验室的快速研制迭代活动。

在一些可能的实施方式中，为了在进行密封塞10安装时，保证密封塞10充液前能够按照要求进入密封孔15内的指定位置；

还包括可拆卸安装在均温板11表面且与密封孔15同轴设置的限位环18。

在进行密封塞10安装时，首先将限位环18安装在均温板11上，且使得限位环与密封孔15同轴设置，密封塞10通过限位环18的内孔进入到密封孔15内；在安装完毕且通孔与两根充液孔12均连通时，密封塞10靠近限位环18一侧的侧面与限位环18远离均温板11一侧的侧面在同一平面上，充液前密封塞10安装完毕，将限位环18从均温板11上取下；

优选的，限位环18在使用过程中采用其他支撑结构对其进行有效的支撑，避免在进行密封塞10安装时限位环18移动的情况出现；这里所描述的其他支撑结构是指能够对于限位环18与密封孔15相对位置固定的结构即可，本发明的改进点不在于该结构，故不再详述；

在一些可能的实施方式中，为了有效的实现在充液前使得充液管6与充液腔连通，并在充液后能够实现充液腔与充液管6的不连通，进而使得充液腔形成一个充满介质的密封腔；通过与限位环18的配合使得能够精确控制在充液前密封塞10与密封孔15的相对位置关系，保证充液时介质能够依次充液管6、密封塞10进入到充液腔内；

所述密封塞10的外侧面上设置有限位线14，在所述密封塞10的外侧面还设置有塞对齐线17，所述塞对齐线17沿密封塞10的轴向设置且与密封塞10的轴心共面，在所述密封孔15内设置有与塞对齐线17配合使用的板对齐线16；在充液前，所述限位线14与均温板11的表面在同一平面上，在充液后，所述限位线14位于密封孔15内；也就是说，在充液前，密封塞10将有部分在密封孔15的外侧且没有完全伸入到密封孔15内。

优选的，板对齐线16设置在密封孔15的内侧面上且与密封孔15的轴线平行。

限位线14的作用是在在于密封塞10通过限位环18安装在密封孔15内后，再次对于密封塞10与均温板11外侧面的相对位置关系进行检测，进而有效的确定通孔13与两个充液孔12是否连通；具体的，在通孔13与两个充液孔12同轴连通时，限位线14将与均温板11的外侧面在同一个平面上；

塞对齐线17与板对齐线16配合使用设置是为了能够在密封塞10安装时有效的确保通孔13与充液孔12的相对位置关系，避免在安装时，通孔13与充液孔12无法连通；在安装时，板对齐线16与塞对齐线17对齐，然后对于密封塞10施加作用力使其按照要求进入到密封孔15内。

塞对齐线17、板对齐线16、限位线14使用激光雕刻进行刻蚀加工，避免线条不能看清的情况出现。

在一些可能的实施方式中，为了有效的实现对于均温板11的夹持固定，并能实现对于密封塞10施加均匀的作用力使得密封塞10能够按照要求进入到密封孔15内；

还包括用于夹持固定均温板11的支撑座7，以及用于驱动密封塞10向密封孔15内运动的加压头9。

优选的，如图1所示，本申请在进行使用时，均温板11呈竖向设置，密封孔15的轴线将呈水平设置，支撑座7对于均温板11远离密封孔15开口的一侧进行夹持固定；加压头9安装在密封孔15的远离支撑座7的一侧，且与密封孔15同轴设置，在需要向密封塞10提供作用力时加压头9向靠近密封塞10一侧运动并向密封塞10施加压力，使其按照要求进入密封孔15内；采用加压头9能够有效的保证在密封塞10安装过程中密封塞10能够持续受到均衡的作用力。

在一些可能的实施方式中，为了有效的实现充液前将使得充液腔为一个真空腔室后并对该真空腔室进行介质的填充；

所述充液单元包括依次连接的充液系统1、三通夹紧机构3、抽真空系统5；所述三通夹紧机构3与充液管6连接。

充液系统1用于对于抽真空后的充液腔进行介质输送，使其填充在充液腔内；

三通夹紧机构3用于将充液系统1输送来的介质输送到充液管6和抽真空使得连接头；

抽真空系统5主要用于实现对于充液腔在充液前进行抽真空处理，将均温板11内部的不可凝气体抽出，使其在充液前形成一个真空腔；然后再进行通过充液系统1进行充液；

在一些可能的实施方式中，为了有效的实现对于充液前抽真空和充液的控制；

在所述充液系统1与三通夹紧机构3之间设置有充注阀2，在所述抽真空系统5与三通夹紧机构3之间设置有真空阀4。

在抽真空时，充注阀2关闭，抽真空结束后真空阀4关闭；充液时充注阀2打开；真空阀4关闭。

另一方面，

一种基于增材制造的一体化成型均温板充液密封工装的密封方法，具体包括以下步骤：

充液前，将充液单元、充液管6、密封孔15、充液腔依次连通；

将限位环18安装在均温板11上，使得密封塞10能够穿过限位环18进入到密封孔15内；

通过塞对齐线17与板对齐线16的对齐使得在密封塞10安装到位后通孔13与充液孔12连通；

控制加压头9向密封塞10施加作用力，当密封塞10远离密封孔15的一侧与限位环18远离均温板11的一侧共面后，停止施加作用力；

取下限位环18，观察限位线14与均温板11靠近加压头9一侧的侧面是否在同一平面上，若在同一平面上，则表明通孔13的两端分别与两个充液孔12连通，密封塞10安装完毕；

若不在，则需调整密封塞10与密封孔15的位置关系，直至通孔13的两端分别与两个充液孔12连通；

关闭充注阀2，打开真空阀4，抽真空系统5对充液腔内不可凝气体抽出，使得充液腔形成密闭空腔；

启动抽真空系统5，对于密闭空腔进行抽真空处理，其中真空腔的真空度为5-150Pa；完成后关闭真空阀4；

充液单元进行充液；

打开充注阀2，并保证真空阀4处于关闭状态，充液系统1将冷媒液体及其蒸汽依次通过三通夹紧机构3、充液管6、充液孔12、通孔13、充液孔12，然后进入到充液腔内，直至充液腔充满设定量的冷媒液体及其蒸汽；关闭充注阀2；

优选的，在充液系统1中设置有流量计，其冷媒液体及其蒸汽的充注量由流量计进行控制；

充液完成后，控制加压头9再次向密封塞10施加作用力，实现密封塞10向远离加压头9一侧运动，直至密封塞10全部压入密封孔15内，从而使得充液管6、密封塞10、充液腔不连通；

控制切刀8将充液管6与均温板11切割分离，取下分割后的均温板11和充液管6，完成整个充液过程。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.基于增材制造的一体化成型均温板充液密封工装，其特征在于，包括充液单元、与均温板一体成型且与均温板充液腔连通的充液管、设置在均温板上且充液管与充液腔之间的密封孔、以及安装在密封孔上的密封塞；所述充液管、密封孔、充液腔依次连通；所述密封塞上设置有分别与充液管、充液腔连通的通孔，所述密封孔的侧面设置有分别与充液管和充液腔连通的两个充液孔；

其中，在充液前，所述通孔与充液管连通；在充液后，通孔与充液管不连通；所述密封塞呈锥台状，且与密封孔过盈配合；

充液前，将密封塞安装在密封孔内，并使得充液管、通孔、充液腔依次连通；

充液时，介质在充液单元的控制下进入充液管内并依次通过与充液管连通的充液孔、通孔、与充液腔连通的充液孔然后进入到充液腔内，直至充液完成；

在充液完成后，控制密封塞向密封孔内再次移动，使得通孔与两个充液孔均不连通，通过密封塞的外侧面将充液孔封闭。

2.根据权利要求1所述的基于增材制造的一体化成型均温板充液密封工装，其特征在于，还包括可拆卸安装在均温板表面且与密封孔同轴设置的限位环。

3.根据权利要求2所述的基于增材制造的一体化成型均温板充液密封工装，其特征在于，所述密封塞的外侧面上设置有限位线，在所述密封塞的外侧面还设置有塞对齐线，所述塞对齐线沿密封塞的轴向设置且与密封塞的轴心共面；

在所述密封孔内设置有与塞对齐线配合使用的板对齐线；在充液前，所述限位线与均温板的表面在同一平面上；在充液后，所述限位线位于密封孔内。

4.根据权利要求3所述的基于增材制造的一体化成型均温板充液密封工装，其特征在于，还包括用于夹持固定均温板的支撑座，用于驱动密封塞向密封孔内移动的加压头。

5.根据权利要求1-4任一项所述的基于增材制造的一体化成型均温板充液密封工装，其特征在于，所述充液单元包括依次连接的充液系统、三通夹紧机构、抽真空系统；所述三通夹紧机构与充液管连接。

6.根据权利要求5所述的基于增材制造的一体化成型均温板充液密封工装，其特征在于，在所述充液系统与三通夹紧机构之间设置有充注阀，在所述抽真空系统与三通夹紧机构之间设置有真空阀。

7.一种根据权利要求1-6任一项所述的基于增材制造的一体化成型均温板充液密封工装的密封方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

充液前，将充液单元、充液管、密封孔、充液腔依次连通；

安装密封塞，通过充液单元对于充液腔进行抽真空处理，使其形成真空腔；

充液单元进行充液；

充液完成后，向密封塞施加作用力，使得充液管、密封塞、充液腔不连通；

切除充液管，完成充液。

8.根据权利要求7所述的基于增材制造的一体化成型均温板充液密封工装及方法，其特征在于，所述通过充液单元对于充液腔进行抽真空处理，使其形成真空腔具体是指：

关闭充注阀，打开真空阀，将密封塞安装在密封孔，使得抽真空系统与充液腔形成密闭空腔；

启动抽真空系统，对于密闭空腔进行抽真空处理，其中真空腔的真空度为5-150Pa；完成后关闭真空阀。