CN116237771A - 一种制备针形阵列结构金属翅片的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备针形阵列结构金属翅片的方法及其装置；包含前后两个成形过程，即沟槽成形和针形阵列结构成形。金属表面先通过“小堆积‑稳定成形”原理塑型成平行连续、具有一定高度的沟槽结构，再通过“大堆积‑剪切破坏”原理形成针形阵列结构，金属底部通过切削分离形成连续的带材，同时通过切割分离金属底部形成底部连续、表面呈针形阵列结构的三维翅片带材。本发明还提供了一种制备针形阵列结构金属翅片的装置，由组合刀具单元、矫直切割单元和收集单元组成。本发明所制备的三维翅片不仅具有宏观的针状单元，其表面还具有微观的褶皱、裂痕和突起，故其在翅片制造和热传递领域具有很大的潜力，适合产业化推广应用。

Description

一种制备针形阵列结构金属翅片的方法及其装置

技术领域

本发明涉及金属换热翅片制造技术领域，尤其涉及一种制备针形阵列结构金属翅片的方法及其装置。

背景技术

在现代电气工业中，随着制造工艺和微电子技术的快速发展，芯片的体积越来越小，集成度也越来越高，普通冷却方式已经无法满足高集成度芯片的散热需求，这将导致元器件内部的热量堆积，从而影响电子产品的正常使用与性能发挥，缩短其使用寿命，这已然成为此类技术发展的一大限制。因此，需要提出更高传热效率的散热方案。

微针阵列是汽-液两相转化的通用基底，具有极高的能量转换效率。微针阵列作为汽-液强化冷凝基底时，可实现水的收集和清洁，适用于沙漠集水和冷却塔水回收等领域。微针阵列作为液-汽沸腾转化基底时，通过液-汽两相转化快速实现高热转移，可应用于电子散热和太阳能发电等领域。微针阵列极具应用价值，围绕微针阵列制造方面的研究一直是热门话题。

微针阵列结构是指在目标表面上，突出表面的细长针状单元呈阵列分布的结构，其单元尺寸通常处于100～1000微米的介观尺度范畴，几何限制(尺寸和外形)使得其制造非常困难，制造成本也十分昂贵。目前的加工方法有电化学刻蚀、模印刷、烧结等方法。Ju等采用电化学刻蚀方法刻蚀铜线制备微针单元结构，所制备针状单元呈现规整的细直针形结构，可应用于气体滴状冷凝，然而针状单元成形过程中，仅刻蚀工序就需时间超过20分钟，加工效率低。为提高针状单元的制备效率，多单元针形单元并行加工方法被提出。进展较快的是增材制造的整体沉积技术，即通过激光或刻蚀加工对应微针阵列形貌的多孔模具，然后进行电铸等金属材料沉积加工，实现整体微针阵列的大面积制备，但其成形过程需要经过模具加工、材料沉积、脱模等多道工序，工艺繁琐且所需设备复杂。此外，粉末烧结技术也可用于制造微针阵列，将粉末注入具有预设图案的模具中加热，粉末达到或接近熔点温度而相互连接形成预设的结构。烧结技术不仅可适用于金属粉末，也可用于聚合物粉末烧结，所制备的结构内部含有大量的空隙，可提升液体传输效率。此外，减材制造的微铣削和电火花切割技术也可制备微针结构，但减材过程需要多次加工，成形效率低。

可见，现有的制备方法虽能制造几何(形状和尺寸)可控的微针阵列，但存在制造成本昂贵、换热效率较低、加工工艺复杂等问题。因此，提出简便且高效的针形阵列结构翅片的制备方法和开发出相应的制备装置是现实且迫切的需求。

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，提供一种制备针形阵列结构金属翅片的方法及其装置。以期能提高切屑回收质量、翅片传热性能，适于产业化应用推广。

本发明通过下述技术方案实现：

一种制备针形阵列结构金属翅片的装置，包括：

组合刀具200，该组合刀具200装夹在车床上，用于加工针形阵列结构金属翅片；

矫直切割单元，用于对加工出的针形阵列结构金属翅片，进行矫直和切割；

翅片收集单元，用于对矫直和切割后的针形阵列结构金属翅片进行收集；

所述组合刀具200包括刀柄230、安装在刀柄230上的犁切刀具220和切削刀具240；

所述刀柄230包括上下两个台阶；上台阶通过第一定位孔231固定犁切刀具220；下台阶为一个容纳槽235，通过第二定位孔232安装切削刀具240；

所述犁切刀具220用于对工件进行犁切，它由多个彼此平行、等距排列在刀体上的犁刀221构成，每个犁刀221的刀刃为双边对称结构；

切削刀具240用于对工件进行切削，它包括前刀面241、切削刃243。

所述犁刀221的犁刃倾角为30°、犁削成形角为30°、挤压成形角为0°、挤压间隙角为0°。

所述切削刀具240的前角为15°、后角为5°，刀刃半径为0，犁切相对深度为0.05mm；

所述犁刀221与切削刃243之间的高度为4.0mm。

所述矫直切割单元包括：矫直机300，用于对针形阵列结构金属翅片的带材进行矫直；带式输送机500，用于对矫直后的针形阵列结构金属翅片的带材进行运输；切割机600，用于对来自带式输送机500的针形阵列结构金属翅片的带材进行切割。

所述翅片收集单元包括：空箱体730，用于收纳来自切割机600剪切后的针形阵列结构金属翅片；斜板720，斜板720位于空箱体730顶侧，空箱体730的斜板720顶端与切割机600的下刀片630顶端紧贴，使针形阵列结构金属翅片平稳被收纳。

所述空箱体730底部安装有万向轮710。空箱体730应盛约半箱体积的水，一方面可以使制备的高温翅片快速冷却，另一方面可以防止翅片收集落下时的摩擦碰撞，保护其主要结构。

所述犁切刀具220上设有两个定位孔222，便于在犁切刀具220与刀柄230之间放置垫片260，以改变犁切深度。

所述切削刀具240上设有两个通孔242，这两个通孔242与刀柄230上的两个大小相同的第二定位孔232对应，便于切削刀具240的安装与拆卸。

所述刀柄230底部的刀座234上另设有三个并列的第三定位孔23，便于组合刀具200与车床滑台120的安装定位。

一种制备针形阵列结构金属翅片的方法，包括如下步骤：

一、沟槽成型步骤：

启动卧式车床100使主轴带动圆柱形金属工件800旋转，同时组合刀具200沿进给方向移动，对工件待加工表面进行切削，由于犁切刀具220的挤压和堆积作用，金属第一变形区受到严重的剪切变形，当剪切应力达到屈服强度，迫使金属沿着剪切滑移线流入犁切刀具220内的成形通道，进而受到通道侧壁的挤压塑形作用，切削段出现了加工硬化和材料积累，金属表面塑形成平行连续的沟槽结构；

二、翅片制备步骤：

a针状结构生成

带有沟槽结构的切削层金属进入切削区，切削刀具240使金属不断发生堆积和转向，切屑与前刀面241之间的摩擦阻力使得切屑底层流出速度变得缓慢，形成滞留层，然而金属的堆积使得切削力越来越大，剪切分力也相应增大，切削层底部在切削刀具240的分割作用下与基材分离形成连续的带材，槽型结构的中段-顶部发生堆积膨胀，而槽型结构底部产生剪切断裂力，形成针形阵列结构并沿前刀面241流出，此时一个带有完整针状结构的翅片雏形生成；

b连续翅片形成

当翅片雏形穿过第二变形区，颈缩和剪切裂纹进一步扩展，同时切削刀具240通过切削分离金属底部，形成底部连续、表面呈针形阵列结构的三维翅片带材，最终针形的翅片400形成；

三、切割收集步骤

制备出的针形阵列结构连续的翅片400依次通过矫直切割单元和收集单元，由矫直机300和切割机600进行矫直和切割工序，以获得所需的规整尺寸，完成切割；

最后符合要求的翅片成品进入翅片收集单元的空箱体730内，完成收集。。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

1、在现有的小微结构翅片制备技术中，挤出切削成形技术制备出的槽型翅片底层结构厚度较大，翅片结构深宽比较小，材料利用率不高；而犁切挤出切削成形技术虽然有效减少了底层厚度占比，增大了翅片结构深宽比，但同样只能制备二维槽型翅片。而本发明所述装置实现了翅片的制备到收集等一系列过程，且制备出的针形阵列结构翅片高度高、纵横比大、基厚比低，具有更丰富的结构和更大的比表面积，这些特性将显著增加扰流效果，提高传热效率；

2、本发明中，采用所述方法能够切削加工圆柱形工件的端面，在工件旋转时，利用所述装置中的组合刀具进行切削，在工件的待加工表面犁切出多个平行的连续沟槽，沟槽间的材料因犁刀挤压堆积作用，形成连续的翅片雏形，翅片雏形连同底部被所述切削刀具切削分离，翅片雏形在切削区域内因“堆积大-剪切破坏”原理成型出针形形貌，翅片雏形底部因“堆积小-稳定变形”原理成型出连续带材，通过切削刀具制造出表面呈阵列结构、底部连续的三维翅片带材，加工的原理巧妙且创新，方法简便且高效，可以直接运用在通用机床，适应性强，成本较低，效果显著；

3、本发明中针形翅片的形成机理独特新颖，所述装置中的组合刀具可以实现从切削段到针形翅片段的转换，当初始翅片逐渐接近刀具，其剪切应力达到屈服强度，金属沿着剪切滑移线滑动，切削段出现加工硬化和材料积累，接着由于犁切刀具的阻碍，第一变形区中的剪切变形相当严重，切削段的材料积累和加工硬化显著增加，导致金属颈缩和断裂，此时的切削段转变为翅片段，最后翅片段穿过第二变形区，由于刀具前刀面的摩擦效应，剪切应力进一步释放，颈缩和剪切裂纹进一步扩展，最终的针形翅片形成；

4、本发明证实了“一步两阶段”工艺的可行性和高度灵活性，其在切屑回收和传热领域具有良好的潜力，在实际应用中，可根据不同的生产需求改变进给速度、切削速度，还可以更换刀具以改变刀具前角、犁切深度等参数，适应产业化应用推广；

5、本发明中的圆柱形工件材料种类不受限制，可选择纯铜、铝合金、镁合金等不同种类材料，工件尺寸也可根据具体需求任选大小，能适应不同产业的需求。

附图说明

图1为本发明涉及相关生产流水线中主要装置的工作实例图；

图2为图1的右视图；

图3为本发明组合刀具单元的工作实例图；

图4为本发明组合刀具单元的主视图；

图5为图4中A-A截面的剖视图；

图6为本发明犁切刀具结构示意图；

图7为本发明切削刀具结构示意图；

图8为本发明刀柄结构示意图；

图9为本发明矫直切割单元的结构示意图；

图10为本发明收集单元结构示意图；

图11为本发明所制备出的针形阵列结构翅片的结构立体图。

图12为本发明制备针形阵列结构翅片的原理示意图。

图中标号：100卧式车床；110车床尾座；120车床滑台；130车床电机；140三爪卡盘；200组合刀具；210螺栓；220犁切刀具；221犁刀；222定位孔；223犁切刀具块；230刀柄；231第一定位孔；232第二定位孔；233第三定位孔；234刀座；235容纳槽；240切削刀具；241前刀面；242通孔；243切削刃；250螺母；260垫片；300矫直机；310机座；320平移机构；330夹紧辊子；435小螺栓；436小螺母；440大螺母；400翅片；410针形结构；420翅片底部；500带式输送机；510电机；520机架；530皮带；540托料机构；600切割机；610上刀架；620曲柄机构；630下刀片；700收集车；710万向轮；720斜板；730箱体；740把手；800圆柱形金属工件；810辅助辊子；

A切削区金属；B金属堆积、沟槽成型；C针形结构；D剪切应变增加；E最终结构：F切削分离；Ⅰ--第一变形区；Ⅱ--第二变形区。

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。

参照图1至图11，下面对本发明的用于制备针形阵列结构金属翅片的方法和装置举出若干实施例。

如图1至图3所示，本发明提供一种用于制备针形阵列结构金属翅片的方法，如图12所示，其是按如下步骤进行：

步骤一、沟槽成型

启动卧式车床100使主轴带动圆柱形金属工件800旋转，同时所述的组合刀具200沿进给方向移动，对工件待加工表面进行切削，由于犁切刀具220的挤压和堆积作用，金属第一变形区受到严重的剪切变形，当剪切应力达到屈服强度，迫使金属沿着剪切滑移线流入犁切刀具220内的成形通道，进而受到通道侧壁的挤压塑形作用，切削段出现了加工硬化和材料积累，金属表面通过“小堆积-稳定成形”原理塑形成具有一定高度的、平行连续的沟槽结构；

步骤二、翅片制备

a针状结构生成

带有沟槽结构的切削层金属进入切削区，切削刀具240使金属不断发生堆积和转向，切屑与前刀面241之间的摩擦阻力使得切屑底层流出速度变得缓慢，形成滞留层，然而金属的堆积使得切削力越来越大，剪切分力也相应增大，切削层底部在切削刀具240的分割作用下与基材分离形成连续的带材，槽型结构的中段-顶部发生显著的堆积膨胀，而槽型结构底部产生较大的剪切断裂力，通过“大堆积-剪切破坏”原理形成针形阵列结构并沿前刀面流出，此时一个带有完整针状结构的翅片雏形生成；

b连续翅片形成

当翅片雏形穿过第二变形区，颈缩和剪切裂纹进一步扩展，同时切削刀具240通过切削分离金属底部，形成底部连续、表面呈针形阵列结构的三维翅片带材，最终的针形翅片400形成；

步骤三、切割收集

制备出的针形阵列结构连续翅片400依次通过矫直切割单元和收集单元，由矫直机300和切割机600进行矫直和切割工序，以获得所需的规整尺寸，最后符合要求的翅片成品进入收集车700的箱体完成收集。

具体的，圆柱形金属工件800一端开有十字形的通槽，辅助辊子810顶端也设有相同尺寸的十字形凸台，故工件一端可完美嵌入辊子固定，另一端用车床尾座110顶尖支承，因此工件的尺寸可可根据具体需求任选，此外工件材料种类也不受限制，可以选用纯铜、铝合金、镁合金等不同种类金属；在本实施例中，选择直径为70mm的纯铜C10200作为圆柱形工件，在干切削条件下使用C6140A车削机进行。

切削刀具240的切削刃243的位置与圆柱形金属工件800侧面中心线平齐，切削方向与工件轴向垂直；矫直机300用螺栓螺母固定在组合刀具200的翅片容纳槽出口处，使两辊子之间的距离恰好等于切削层底部的宽度，即制备出翅片底部420的宽度；带式输送机500的皮带540末端与切割机600的下刀片630的顶端平齐，使翅片能在切割过程中保持水平；收集车700的斜板720顶端与切割机600的下刀片630顶端紧贴，使翅片可以平稳被收集。

在本实施例中，车床主轴的转速为50–260r/min，组合刀具200的进给速度为0.13–0.50mm/r，所制备的翅片400全高范围为2.0–4.0mm，翅片底部420厚度范围为0.33–0.40mm，相邻针形结构的间隙被认为是0，而相邻针形结构的尖端距离约为1.89mm，翅片宽度约为0.60mm，其表面还具有微观的褶皱、裂痕和突起50–200μm；由此可见，该种方法制备出的针形阵列结构翅片高度高、纵横比大、基厚比低，具有更大的比表面积，这些更优的性能将显著增加扰流效果，提高传热效率，具体如图11所示。

本实施例中，采用所述方法能够切削加工圆柱形金属工件800的端面，在工件旋转时，利用所述装置中的组合刀具200进行切削，在工件的待加工表面犁切出多个平行的连续沟槽，沟槽间的材料因犁刀221挤压堆积作用，形成连续的翅片雏形，翅片雏形连同底部被所述切削刀具240切削分离，翅片雏形在切削区域内因“堆积大-剪切破坏”原理成型出针形形貌，翅片雏形底部因“堆积小-稳定变形”原理成型出连续带材，通过切削刀具240制造出表面呈阵列结构、底部连续的三维翅片带材，加工的原理巧妙且创新，方法简便且高效，可以直接运用在通用机床，适应性强，成本较低，效果显著。

对于部分实施例中，由于工件端面不一定平整，影响切削过程的平稳性，故需在操作之前磨平工件的端面，即在拼装好组合刀具200之后，启动卧式车床100使主轴带动工件旋转，同时操作进给箱，使组合刀具200沿与工件轴向垂直的方向往工件缓慢进给，切除工件表面的不平整部分。

在切割收集步骤中，应该增添一个步骤：翅片筛选，即在所收集的大量翅片中，筛选出符合要求的针形阵列结构翅片，尤其是舍弃初始阶段中未满足温度条件的那批翅片，因为初期制备的翅片成型不稳定，且由于温度不高导致成型性能不佳。

此外，如图4至图10所示，本发明制备针形阵列结构金属翅片的装置，所述装置由组合刀具、矫直切割单元及收集单元构成。

组合刀具200由犁切刀具220、刀柄230和切削刀具240组成，犁切刀具220包括犁刀221、定位孔222、犁切刀具块223，用于在圆柱形工件的待加工表面犁切出具有一定高度的、平行连续的沟槽；刀柄230包括第一定位孔231、第二定位孔232、第三定位孔233、刀座234和容纳槽235，用于安装刀具；切削刀具240包括前刀面241、通孔242和切削刃243，用于切削金属并最终制得表面呈针形阵列结构、底部连续的三维翅片带材；

在本实施例中，如图4至图5所示，组合刀具200使用高速钢W18Cr4V制造，将犁刀221的底端与切削刃243的顶端之间的距离设为0.3mm，即翅片底部420的厚度为0.3mm，将容纳翅片的槽的高度设为5.0mm，预留给所制翅片以充足的高度，防止破坏其结构；所述犁切刀具220上设有两个定位孔222，便于在犁切刀具220与刀柄230之间放置垫片260，以改变犁切深度。

在本实施例中，如图6所示，犁切刀具220由多个平行犁刀221组成，这些平行犁刀221为等间距排列，为了防止变形和断裂，每个犁刀221被设计成双边对称，由此，来自两个挤压面的挤压力和摩擦力在数量上相等，在方向上相反；具体的，犁削刀具的几何参数设置如下：犁刃倾角为30°、犁削成形角为30°、挤压成形角为0°、挤压间隙角为0°、单个犁刀221宽度为0.8mm、高度为0.8mm、相邻犁刀221间隙为0.4mm。

作为一个优选的方案，如图7所示，切削刀具240上设有两个通孔242，刀柄230上对应位置也有两个大小相同的第二定位孔232，便于刀具的安装与拆卸，装刀时将螺栓穿过定位孔，再用螺母旋紧，当要改变刀具前角等参数时，只需换刀即可；在本实施例中，刀具前角选为15°、后角为5°，刀刃半径为0，犁切相对深度为0.05mm、犁刀221和切削刃243之间的高度为4.0mm。

此外，如图8所示，刀柄230底部的刀座234上设有三个并列的第三定位孔233，便于组合刀具200与车床滑台120的安装定位，也适用于多种车床。

如图9所示，矫直切割单元由矫直机300、带式输送机500及切割机600组成，用于矫直、运输和切割所制备的三维翅片带材，以获得所需的规整尺寸后进行收集；矫直机300由机座310、平移机构320和夹紧辊子330组成；带式输送机500由电机510、机架520、皮带530和托料机构540组成；切割机600由上刀架610、曲柄机构620和下刀片630组成。

在本实施例中，皮带530不设置运输速度，此时的带式输送机500相当于一个过渡机构，一方面托料机构540接起矫直机300矫直后的翅片，另一方面皮带530末端连接切割机600的下刀片630的顶端，使翅片能在切割过程中保持水平。

在本实施例中，电机510为矫直机300和切割机600提供电源，矫直机300左、右两辊子为橡胶材质，以保护翅片结构，车床主轴的转速设为50r/min，组合刀具200的进给速度设为0.31mm/r，两辊子330分别以顺时针、逆时针恒速旋转，转速设为100r/min，上刀架610每隔5s落下一次，与下刀片630完成一次切割。

如图10所示，收集单元为一个收集车700，由万向轮710、斜板720、空箱体730和把手740组成，用于收集制备出的规整尺寸的翅片；本实施例中，收集车700的斜板720顶端与切割机600的下刀片630顶端紧贴，使翅片可以平稳被收集，此外，收集车700装有万向轮710，可以方便调整小车位置和运输所制翅片。

作为另一个优选的方案，收集车700中应盛约半箱体积的水，一方面可以使制备的高温翅片快速冷却，另一方面可以防止翅片收集时的摩擦碰撞，以保护其结构。

本发明中针形阵列结构金属翅片的形成机理独特新颖，所述装置中的组合刀具200可以实现从切削段到针形翅片的转换，包含前后两个成形过程，即沟槽成形和针形阵列结构成形。金属表面先通过“小堆积-稳定成形”原理塑型成平行连续、具有一定高度的沟槽结构，再通过“大堆积-剪切破坏”原理形成针形阵列结构，金属底部通过切削分离形成连续的带材，同时通过切割分离金属底部形成底部连续、表面呈针形阵列结构的三维翅片带材。

综上，本发明所制备的三维翅片不仅具有宏观的针状单元2.0–4.0mm，其表面还具有微观的褶皱、裂痕和突起50–200μm，具有高度高、纵横比大、基厚比低、比表面积大等优点，故其在翅片制造和热传递领域具有很大的潜力，适合产业化推广应用。

如上所述，便可较好地实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种制备针形阵列结构金属翅片的装置，包括：

组合刀具(200)，该组合刀具(200)装夹在车床上，用于加工针形阵列结构金属翅片；

矫直切割单元，用于对加工出的针形阵列结构金属翅片，进行矫直和切割；

翅片收集单元，用于对矫直和切割后的针形阵列结构金属翅片进行收集；

其特征在于，所述组合刀具(200)包括刀柄(230)、安装在刀柄(230)上的犁切刀具(220)和切削刀具(240)；

所述刀柄(230)包括上下两个台阶；上台阶通过第一定位孔(231)固定犁切刀具(220)；下台阶为一个容纳槽(235)，通过第二定位孔(232)安装切削刀具(240)；

所述犁切刀具(220)用于对工件进行犁切，它由多个彼此平行、等距排列在刀体上的犁刀(221)构成，每个犁刀(221)的刀刃为双边对称结构；

切削刀具(240)用于对工件进行切削，它包括前刀面(241)、切削刃(243)。

2.根据权利要求1所述制备针形阵列结构金属翅片的装置，其特征在于：

所述犁刀(221)的犁刃倾角为30°、犁削成形角为30°、挤压成形角为0°、挤压间隙角为0°。

3.根据权利要求1所述制备针形阵列结构金属翅片的装置，其特征在于：

所述切削刀具(240)的前角为15°、后角为5°，刀刃半径为0，犁切相对深度为0.05mm；

所述犁刀(221)与切削刃(243)之间的高度为4.0mm。

4.根据权利要求1所述制备针形阵列结构金属翅片的装置，其特征在于，所述矫直切割单元包括：

矫直机(300)，用于对针形阵列结构金属翅片的带材进行矫直；

带式输送机(500)，用于对矫直后的针形阵列结构金属翅片的带材进行运输；

切割机(600)，用于对来自带式输送机(500)的针形阵列结构金属翅片的带材进行切割。

5.根据权利要求1所述制备针形阵列结构金属翅片的装置，其特征在于：

所述翅片收集单元包括：

空箱体(730)，用于收纳来自切割机(600)剪切后的针形阵列结构金属翅片；

斜板(720)，斜板(720)位于空箱体(730)顶侧，空箱体(730)的斜板(720)顶端与切割机(600)的下刀片(630)顶端紧贴，使针形阵列结构金属翅片平稳被收纳。

6.根据权利要求5所述制备针形阵列结构金属翅片的装置，其特征在于：

所述空箱体(730)底部安装有万向轮(710)。

7.根据权利要求1所述制备针形阵列结构金属翅片的装置，其特征在于，

所述犁切刀具(220)上设有两个定位孔(222)，便于在犁切刀具(220)与刀柄(230)之间放置垫片(260)，以改变犁切深度。

8.根据权利要求7所述制备针形阵列结构金属翅片的装置，其特征在于：

所述切削刀具(240)上设有两个通孔242，这两个通孔(242)与刀柄(230)上的两个大小相同的第二定位孔(232)对应，便于切削刀具(240)的安装与拆卸。

9.根据权利要求8所述制备针形阵列结构金属翅片的装置，其特征在于，

所述刀柄(230)底部的刀座(234)上另设有三个并列的第三定位孔(23)，便于组合刀具(200)与车床滑台(120)的安装定位。

10.一种制备针形阵列结构金属翅片的方法，其特征在于包括如下步骤：

一、沟槽成型步骤：

启动卧式车床(100)使主轴带动圆柱形金属工件(800)旋转，同时组合刀具(200)沿进给方向移动，对工件待加工表面进行切削，由于犁切刀具(220)的挤压和堆积作用，金属第一变形区受到严重的剪切变形，当剪切应力达到屈服强度，迫使金属沿着剪切滑移线流入犁切刀具(220)内的成形通道，进而受到通道侧壁的挤压塑形作用，切削段出现了加工硬化和材料积累，金属表面塑形成平行连续的沟槽结构；

二、翅片制备步骤：

a针状结构生成

带有沟槽结构的切削层金属进入切削区，切削刀具(240)使金属不断发生堆积和转向，切屑与前刀面(241)之间的摩擦阻力使得切屑底层流出速度变得缓慢，形成滞留层，然而金属的堆积使得切削力越来越大，剪切分力也相应增大，切削层底部在切削刀具(240)的分割作用下与基材分离形成连续的带材，槽型结构的中段-顶部发生堆积膨胀，而槽型结构底部产生剪切断裂力，形成针形阵列结构并沿前刀面(241)流出，此时一个带有完整针状结构的翅片雏形生成；

b连续翅片形成

当翅片雏形穿过第二变形区，颈缩和剪切裂纹进一步扩展，同时切削刀具(240)通过切削分离金属底部，形成底部连续、表面呈针形阵列结构的三维翅片带材，最终针形的翅片(400)形成；

三、切割收集步骤

制备出的针形阵列结构连续的翅片(400)依次通过矫直切割单元和收集单元，由矫直机(300)和切割机(600)进行矫直和切割工序，以获得所需的规整尺寸，完成切割；

最后符合要求的翅片成品进入翅片收集单元的空箱体(730)内，完成收集。

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