《一種微細溝槽管多級拉拔製造方法》是華南理工大學於2010年7月15日申請的專利，該專利的申請號為2010102284669，申請公布號為CN101898204A，公布日為2010年12月1日，發明人是湯勇、歐棟生、陳劍鴻、葛子平、練彬、陳偉彬。
《一種微細溝槽管多級拉拔製造方法》包括，先將直徑為6毫秒的紫銅管一端在鍛錘式縮管機上縮小外徑至2.8-3毫秒；然後將縮管模夾緊固定於臥式車床上；將紫銅管縮徑段穿過縮管模，壓緊固定於臥式車床的刀架上，啟動臥式車床，拉動整根紫銅管通過縮管模；縮管模包括導入段和整形段；所述導入段為錐形面，錐角A為20°-40°；整形段為圓形通孔，在縮管模的擠壓下，紫銅管坯體發生塑性變形，外徑縮小；完成第一次拉拔後，更換整形段通孔更小的縮管模，多次重複拉拔，直到紫銅管外徑不大於3毫秒的要求。該發明設備簡單，加工容易，且突破2010年7月以前溝槽式熱管制造工藝的制約，可以批量化獲得外徑不大於3毫秒，具有良好微溝槽特徵的微細溝槽管。
2013年10月，《一種微細溝槽管多級拉拔製造方法》獲得第十五屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種微細溝槽管多級拉拔製造方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種微細溝槽管多級拉拔製造方法
- 公布號：CN101898204A
- 公布日：2010年12月1日
- 申請號：2010102284669
- 申請日：2010年7月15日
- 申請人：華南理工大學
- 地址：廣東省廣州市天河區五山路381號
- 發明人：湯勇、歐棟生、陳劍鴻、葛子平、練彬、陳偉彬
- 分類號：B21C37/22（2006.01）I、B21C1/22（2006.01）I
- 專利代理機構：廣州市華學智慧財產權代理有限公司
- 代理人：李衛東
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,操作方式,實施案例,榮譽表彰,
專利背景
隨著微電子領域晶片熱流密度急劇增加及有效散熱空間日益減小等新特點和新現象的出現，傳統的利用增大有效散熱面積的散熱方法已不能滿足其散熱需求，而具有結構簡單、高導熱率、良好的等溫性、熱回響快、無需額外電力驅動等優點的小型/微型熱管成為高熱流密度晶片導熱的理想元件。熱管的傳熱性能主要取決於管內壁吸液芯結構。傳統銅粉燒結式吸液芯結構雖具有較強毛細壓力，但燒結層與管內壁的接觸熱阻大、液體回流阻力大，且吸液芯結構易損壞，更致命的是燒結層較厚，重量比溝槽式重40-60％。內置金屬絲網式吸液芯結構雖然空隙率可以達到45-75％，但同樣是增加了熱管的重量，另外其加工環境要在帶有真空系統的真空焊室內進行，對加工環境要求相當高，同時，對於小型薄壁熱管，在管內置入金屬絲網，操作就極不方便，而且金屬編織網與熱管內壁存在接觸不緊密現象，導致其徑向熱阻增大，影響傳熱性能，並且生產成本較高，該方法現已基本不再採用。而光滑溝槽式吸液芯結構的熱管具有壁薄、重量輕、不存在接觸熱阻、熱回響快、吸液芯結構不易損壞等優點，符合電子器件輕薄短小型化的發展趨勢。
溝槽式熱管的生產工藝已經相當成熟。中國發明專利200610124232.3以及中國發明專利申請200410051825.2公開了熱管內壁毛細組織微溝槽的製造設備及其製造方法，該方法採用高速充液旋壓法和多齒芯頭使銅管基管內壁金屬產生連續塑性成形，形成微溝槽。內壁面的金屬在多齒芯頭與旋壓球的壓力作用下，經過複雜的塑性流動後發生塑性變形，從而形成最終的內壁面微溝槽。銅管內壁面形成微溝槽後，拉動銅管進給，就可以獲得具有微溝槽結構的熱管坯體。但受多齒芯頭尺寸極限和旋壓工藝的限制，此種方法只適宜於加工直徑6毫秒左右甚至直徑更大的熱管，而對於直徑3毫秒以下，特別是用到微創醫療器械上的直徑更小的熱管則無能為力。
同時，對於溝槽式熱管，溝槽的深寬比是影響其毛細壓力的重要因素。深寬比越大，毛細壓力越大。因此，為進一步提高微熱管內部溝槽結構的深寬比以提高其毛細力，特別是為了製造直徑更小的微熱管，必須在旋壓加工的基礎上採用拉拔法對已加工成的溝槽式熱管坯體進行進一步的加工。
發明內容
專利目的
《一種微細溝槽管多級拉拔製造方法》所要解決的技術問題在於提供一種微熱管內部溝槽結構的深寬比大、直徑3毫秒以下的微細溝槽管多級拉拔製造方法。
技術方案
《一種微細溝槽管多級拉拔製造方法》包括以下步驟：
（1）將直徑為6毫秒的紫銅管一端在鍛錘式縮管機上縮小外徑至2.8-3毫秒；縮徑段長度為80-120毫秒；所述紫銅管內壁附有軸向延伸的微齒形翅片，將銅管內壁面分隔成具有毛細結構特徵的軸向微溝槽構造；齒形翅片數為15-35，齒高為0.25-0.35毫秒，齒寬不大於0.20毫秒；
（2）將縮管模夾緊固定於臥式車床上；將紫銅管縮徑段穿過縮管模，壓緊固定於臥式車床的刀架上，啟動臥式車床，拉動整根紫銅管通過縮管模；所述縮管模包括導入段和整形段；所述導入段為錐形面，錐角A為20°-40°；所述整形段為圓形通孔，整形段的直徑小於紫銅管的直徑；導入段和整形段連線處採用圓弧光滑過渡，導入段和整形段的內表面硬度不低於HRC35；在縮管模的擠壓下，紫銅管坯體發生塑性變形，外徑縮小；
（3）完成第一次拉拔後，更換整形段通孔更小的縮管模，多次重複拉拔，直到紫銅管外徑不大於3毫秒的要求。
為進一步實現該發明目的，按縮管模的整形段圓形通孔直徑由大至小編號，所述相鄰兩段整形段的通孔直徑按照0.5-1毫秒依次縮小，第一次所用的整形段通孔直徑為5.5毫秒。
所述縮管模優選由鋼材製成。
所述導入段和整形段連線處的過渡圓弧半徑優選為0.5毫秒-2毫秒。
所述導入段和整形段中跟銅管接觸的表面粗糙度不小於Ra1.6。
所述縮管模夾緊固定於臥式車床的三爪卡盤上。
紫銅管縮徑段穿過縮管模後用螺釘壓緊固定於臥式車床的刀架上。
改善效果
與2010年7月以前技術方法相比較，《一種微細溝槽管多級拉拔製造方法》具有以下優點：
（1）該發明採用旋壓法加工出的直徑為6毫秒的帶有微溝槽結構的熱管坯體為原材料，將其拉拔為直徑更小的微熱管坯體，解決了採用旋壓法不能加工出具有微細溝槽結構、直徑小於6毫秒的微熱管坯體的問題。
（2）該發明的微熱管坯體的微溝槽結構相比原材料的微溝槽結構具有更大的深寬比，而且具有燕尾槽特徵，可以顯著地提高熱管的毛細壓力，有利於提升熱管傳熱性能。
（3）該發明在傳統溝槽式熱管成熟的高速旋壓加工後加入拉拔加工此道工序，加工工藝簡單，操作容易，能夠實現批量生產。
附圖說明
圖1為《一種微細溝槽管多級拉拔製造方法》拉拔過程示意圖；
圖2為該發明使用的模具的截面示意圖；
圖3為該發明直徑為6毫秒的紫銅管橫截面示意圖；
圖4為該發明所用拉拔裝置的示意圖；
圖5為該發明直徑為3毫秒的紫銅管橫截面示意圖。
權利要求
1.《一種微細溝槽管多級拉拔製造方法》其特徵在於包括以下步驟：
（1）將直徑為6毫秒的紫銅管一端在鍛錘式縮管機上縮小外徑至2.8-3毫秒；縮徑段長度為80-120毫秒；所述紫銅管內壁附有軸向延伸的微齒形翅片，將銅管內壁面分隔成具有毛細結構特徵的軸向微溝槽構造；齒形翅片數為15-35，齒高為0.25-0.35毫秒，齒寬不大於0.20毫秒；
（2）將縮管模夾緊固定於臥式車床上；將紫銅管縮徑段穿過縮管模，壓緊固定於臥式車床的刀架上，啟動臥式車床，拉動整根紫銅管通過縮管模；所述縮管模包括導入段和整形段；所述導入段為錐形面，錐角A為20°-40°；所述整形段為圓形通孔，整形段的直徑小於紫銅管的直徑；導入段和整形段連線處採用圓弧光滑過渡，導入段和整形段的內表面硬度不低於HRC35；在縮管模的擠壓下，紫銅管坯體發生塑性變形，外徑縮小；
（3）完成第一次拉拔後，更換整形段通孔更小的縮管模，多次重複拉拔，直到紫銅管外徑不大於3毫秒的要求。
2.根據權利要求1所述的微細溝槽管多級拉拔製造方法，其特徵在於：按縮管模的整形段圓形通孔直徑由大至小編號，所述相鄰兩段整形段的通孔直徑按照0.5-1毫秒依次縮小，第一次所用的整形段通孔直徑為5.5毫秒。
3.根據權利要求1所述的微細溝槽管多級拉拔製造方法，其特徵在於：所述縮管模由鋼材製成。
4.根據權利要求1所述的微細溝槽管多級拉拔製造方法，其特徵在於：所述導入段和整形段連線處的過渡圓弧半徑為0.5毫秒-2毫秒。
5.根據權利要求1所述的微細溝槽管多級拉拔製造方法，其特徵在於：所述導入段和整形段中跟銅管接觸的表面粗糙度不小於Ra1.6。
6.根據權利要求1所述的微細溝槽管多級拉拔製造方法，其特徵在於：所述縮管模夾緊固定於臥式車床的三爪卡盤上。
7.根據權利要求1所述的微細溝槽管多級拉拔製造方法，其特徵在於：紫銅管縮徑段穿過縮管模後用螺釘壓緊固定於臥式車床的刀架上。
實施方式
操作方式
如圖1、2所示，縮管模1包括導入段11和整形段12。導入段11為一錐形面，錐角A為20°-40°。整形段12為圓形通孔，其直徑為D。《一種微細溝槽管多級拉拔製造方法》需要設計製作一系列縮管模1。一系列縮管模1是指多個不同整形段12直徑的縮管模，按整形段圓形通孔直徑D由大至小編號依次編為01、02......N。最大通孔直徑D01小於6毫秒，最小通孔直徑DN不大於3毫秒，編號相鄰兩個圓形通孔直徑相差0.5-1毫秒。導入段11和整形段12表面為縮管模1工作面，導入段11和整形段12連線處採用圓弧R光滑過渡，該圓弧半徑為0.5毫秒-2毫秒。工作面的表面硬度不低於HRC35，表面粗糙度不大於Ra1.6。縮管模1材料優選用鋼材。
如圖3所示，紫銅管3外徑為6毫秒，紫銅管3內壁附帶有軸向延伸的微齒形翅片，將銅管內壁面分隔成具有毛細結構特徵的軸向微溝槽構造。齒形翅片數為15-35，齒高為0.25-0.35毫秒，齒寬不大於0.20毫秒。
《一種微細溝槽管多級拉拔製造方法》包括以下步驟：
（1）將紫銅管3一端在鍛錘式縮管機（型號：HC-M型）上縮小外徑至3毫秒以下，得到縮徑段31，縮徑段31長度為60-100毫秒；
（2）如圖4所示，將01號縮管模1夾緊固定於CM-6140臥式車床2之三爪卡盤21；然後將縮徑段31穿過縮管模1，用螺釘壓緊固定於臥式車床2的刀架22，啟動臥式車床2拉動整根紫銅管3依次通過縮管模1的導入段11和整形段12，在導入段11和整形段12的擠壓下，紫銅管坯體發生塑性變形，外徑縮小至D；
（3）完成第一次拉拔後更換02號縮管模，重複步驟（2）拉拔，然後依次更換通孔直徑更小的縮管模，直到紫銅管3外徑經過拉拔達到要求（不大於3毫秒）。
實施案例
採用《一種微細溝槽管多級拉拔製造方法》的多次拉拔工藝，製造微細溝槽管，其外徑3.0毫秒。
如圖1、2所示，首先需要設計製作一套縮管模1，包括4個縮管模，直徑系列為D1＝5.5毫秒、D2＝5.0毫秒、D3＝4.0毫秒、D4＝3.0毫秒。縮管模1材料為45#鋼，導入段11錐角範圍30°。導入段11和整形段12之間採用圓弧R＝0.5毫秒光滑過渡，其表面硬度HRC40，表面粗糙度Ra0.8。
如圖3所示，準備外徑為6毫秒紫銅管3，長1米，其內壁附帶有軸向延伸的微齒形翅片，將銅管內壁面分隔成具有毛細結構特徵的軸向微溝槽構造。齒形翅片數為24，齒高為0.30毫秒，齒寬為0.20毫秒。
準備好上述模具和材料，按照以下步驟實現該發明：
（1）如圖4所示，將01號縮管模1夾緊固定於CM-6140臥式車床2之三爪卡盤21；
（2）將紫銅管3一端在打頭機（型號：）上縮小外徑至2.80毫秒，得到縮徑段31，縮徑段31長度為100毫秒；
（3）然後將縮徑段31穿過縮管模1，用螺釘壓緊固定於臥式車床2之刀架22，啟動臥式車床2拉動整根紫銅管3依次通過縮管模1的導入段11和整形段12，在導入段11和整形段12的擠壓下，紫銅管坯體發生塑性變形，外徑縮小至D1＝5.5毫秒；
（4）完成第一次拉拔後更換02號縮管模，重複步驟（2）拉拔，然後依次更換通孔直徑更小的縮管模，直到紫銅管3外徑經過拉拔後為3毫秒。
榮譽表彰
2013年10月，《一種微細溝槽管多級拉拔製造方法》獲得第十五屆中國專利優秀獎。
