專利名稱：微熱管內(nèi)壁非連續(xù)微結構微細電解加工裝置及加工方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微細電解加工技術領域，尤其是涉及一種微熱管內(nèi)壁非連續(xù)微結構微細電解加工裝置以及加工方法。
背景技術：
在電力電子行業(yè)，微電子器件的高頻、高速以及集成電路的密集和微型化，使得電子器件的耗散功率迅速增大，發(fā)熱量急劇升高，常規(guī)的冷卻方式已無法滿足要求，電子器件的散熱成為其發(fā)展的一個瓶頸。強化傳熱技術是指能顯著改善傳熱性能的節(jié)能新技術。具有強化傳熱結構的微型熱管已成為高熱流密度微電子器件導熱的理想元件。所謂強化傳熱微結構是指在管內(nèi)壁加 工出具有不同尺寸形貌，并具有散熱或傳熱功能的連續(xù)或非連續(xù)微結構，如肋槽、凹坑或凸臺等。這些結構可以增加傳熱表面積，在一定條件下還可以擾動壁面邊界層，減小黏性底層厚度以降低熱阻，達到在同樣冷氣量條件下實現(xiàn)最高冷卻效果的目的。連續(xù)和非連續(xù)微結構管都具有較高的傳熱性能，其中非連續(xù)微結構管蒸發(fā)傳熱性能最佳，其傳熱性能比連續(xù)微結構管平均提高6. 71%。而非連續(xù)微結構更有利于冷凝液表面張力發(fā)揮作用和液體的沸騰，有利于促進冷凝膜內(nèi)部的對流換熱、沸騰泡核的成倍增長和氣泡的大量發(fā)生和蒸發(fā)。目前，微熱管內(nèi)強化傳熱結構的加工技術主要是針對連續(xù)微結構，而有關微熱管內(nèi)表面非連續(xù)微結構的加工尚未見報道。目前，金屬內(nèi)表面微結構的加工方法主要有擠壓-切削法、激光加工法、電火花加工法、電解加工法等。擠壓-切削法只適合于加工微熱管內(nèi)表面的連續(xù)微結構；激光加工法受激光頭尺寸的限制，很難深入微熱管內(nèi)壁進行加工；電火花加工法效率低，工具電極存在損耗，無法實現(xiàn)對微熱管內(nèi)表面的大量微結構進行加工；電解加工過程中材料去除過程是以離子的形式進行的，這使其在微細制造領域，以至于納米制造領域有著很大的發(fā)展?jié)摿?。從原理上講，微細電解加工具有非接觸、與材料硬度強度無關、無切削力等優(yōu)點。更重要的是，微細電解加工可以一次同時加工數(shù)千到數(shù)萬個微小凹坑、凹槽和凸包，加工所需時間僅為幾十秒鐘到幾分鐘。因而，最近幾年國內(nèi)外很多專家學者特別關注微細電解加工技術，期望利用其獨特的加工原理和特性應用到表面微結構制造方面。微熱管內(nèi)表面非連續(xù)微結構加工難點表現(xiàn)在如下幾個方面第一是微熱管的內(nèi)徑小、長徑比大、內(nèi)表面空間狹窄；第二是微結構特征尺寸幾十至幾百微米(微米級深度的淺槽)且呈非連續(xù)分布狀態(tài)；第三是所需加工的微結構數(shù)量巨大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足之處而提供一種結構簡單的微熱管內(nèi)壁非連續(xù)微結構微細電解加工裝置；同時，本發(fā)明還提供一種采用所述加工裝置對微熱管內(nèi)壁非連續(xù)微結構微細電解加工的方法，所述方法便于操作實現(xiàn)，可獲得不同尺寸和形狀的非連續(xù)表面微結構。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明米取的技術方案為一種微熱管內(nèi)壁非連續(xù)微結構微細電解加工裝置，包括導電導液桿；導向裝置，所述導向裝置環(huán)繞在所述導電導液桿四周，可防止所述導電導液桿水平晃動；工作椎體，所述工作椎體的上端固定在所述導電導液桿的下端，所述導電導液桿的中軸線與所述工作椎體重合；所述工作椎體為下端窄、上端寬的圓錐形結構，所述工作椎體的外表面涂覆有多條螺旋線絕緣膠。 所述微細電解加工裝置包括用于設在被加工工件預制孔中部的變截面多線螺旋微細電解加工工作椎體、設在被加工工件上部一端與工作椎體連接另一端與電解液回流管連接的導電導液桿、設在導電導液桿上的導向裝置。加工時電源的正極與被加工工件連接，電源的負極與導電導液桿連接，在所述工作椎體與被加工工件的內(nèi)壁之間加入電解液。所述工作椎體、導電導液桿和導向裝置組成所述加工裝置的變截面多線螺旋電極，將所述變截面多線螺旋電極在被加工工件的預制孔中按照一定的速度順時針或逆時針旋轉，在旋轉的同時并沿所述被加工工件內(nèi)壁軸向進給，完成一次旋轉進給后，將所述變截面多線螺旋電極回退到被加工工件的上端，然后將其按照與第一次相反的方向旋轉，并在旋轉的同時沿所述被加工工件內(nèi)壁軸向進給，完成正反兩次旋轉進給。由于工作椎體的外表面按照設計好的螺旋線有選擇涂覆有絕緣膠，陰極體的側面為加工面，加工過程中絕緣膠表面對應的工件表面受到保護，而與未涂覆絕緣膠表面對應的工件表面被電解，變截面多線螺旋電極在被加工工件預制孔中完成正反兩次旋轉進給后，在被加工工件的內(nèi)表面形成非連續(xù)微結構。所述工作椎體設計為上端寬、下端窄的圓錐形結構，可方便工作椎體在微熱管管內(nèi)的送進及旋轉。實踐中，可通過工作椎體外表面涂覆的螺旋線絕緣膠數(shù)、螺旋角、螺旋線寬等參數(shù)的改變，以及對工作椎體旋轉狀態(tài)的控制，從而在被加工工件內(nèi)表面形成復雜的內(nèi)表面非連續(xù)微結構。作為本發(fā)明所述微熱管內(nèi)壁非連續(xù)微結構微細電解加工裝置的優(yōu)選實施方式，所述導電導液桿為中空圓柱形結構，所述導電導液桿的下端設有至少一個電解液出口。將所述導電導液桿設計為中空圓柱形結構，電解液可通過導電導液桿的中空部分從上向下流動，通過導電導液桿下端的電解液出口，流入到工作椎體與微熱管的內(nèi)壁之間。作為本發(fā)明所述微熱管內(nèi)壁非連續(xù)微結構微細電解加工裝置的優(yōu)選實施方式，所述導向裝置的外周設有至少一個密封圈。當所述導電導液桿設計為中空圓柱形結構時，電解液通過導電導液桿的中空部分從上向下流動，通過導電導液桿下端的電解液出口流出，流入到工作椎體與微熱管的內(nèi)壁之間；因為在加工的過程中，導電導液桿處于旋轉的狀態(tài)，因此，密封圈的設計可對電解液起到一定的密封作用，防止電解液的回流，避免對已加工表面的二次加工。同時，本發(fā)明還提供一種采用上述所述加工裝置對微熱管內(nèi)壁非連續(xù)微結構微細電解加工方法，包括以下步驟(I)將所述導向裝置固定在所述微熱管的內(nèi)壁，所述工作椎體的中軸線與所述微熱管的中軸線重合；(2)在所述工作椎體與微熱管內(nèi)壁之間加入電解液；(3)將所述導電導液桿按照一定的速度順時針或逆時針旋轉，并在旋轉的同時沿所述微熱管內(nèi)壁軸向進給；(4)步驟(3)中導電導液桿完成一次旋轉進給后回退到原始位置，將所述導電導液桿按照與步驟(3)相反的方向旋轉，并在旋轉的同時沿所述微熱管內(nèi)壁軸向進給。加工時，將被加工工件安裝在機床夾具上，將工作椎體的軸線調(diào)整至與被加工孔孔心同軸，并調(diào)整電解至初始加工位置，完成后將電解液回流管與導電導液桿連接，設定由工作椎體、導電導液桿和導向裝置組成的變截面多線螺旋電極的旋轉速度及軸向進給速度即可進行電解加工，進給完成后，將電極回退至初始位置，重新設定電極反向旋轉速度及軸 向進給速度，進行二次旋入加工即可形成復雜的內(nèi)表面非連續(xù)微結構。采用上述加工方法對微熱管內(nèi)壁進行非連續(xù)微結構微細電解加工時，可方便快速在微熱管的內(nèi)表面加工出非連續(xù)微結構。本發(fā)明所述電解加工裝置，提出一種由工作椎體、導電導液桿和導向裝置組成的變截面多線螺旋電極，其陰極本體設計成圓錐形，圓錐電極上按照設計好的螺旋線有選擇涂覆絕緣膠，陰極體的側面為加工面，加工過程中絕緣膠表面對應的工件表面受到保護，而與未涂覆絕緣膠表面對應的工件表面被電解。陰極在管內(nèi)作軸向送進的同時按一定速度旋轉。在優(yōu)化的電解加工參數(shù)和電解液流動方式下，利用具有變截面多線螺旋電極進行正反兩次旋進加工，通過螺旋線數(shù)、螺旋角、螺旋線寬等參數(shù)的改變以及對電極旋轉狀態(tài)的控制，從而形成復雜的內(nèi)表面非連續(xù)微結構。本發(fā)明所述微熱管內(nèi)壁非連續(xù)微結構微細電解加工方法，可快速在微熱管的內(nèi)表面加工出不同形狀、不同尺寸的復雜非連續(xù)微結構，操作簡單，有效解決了表面微結構制造的難題。


圖I為本發(fā)明所述微熱管內(nèi)壁非連續(xù)微結構微細電解加工裝置的一種實施例的結構示意圖。圖2為圖I中工作椎體的上端的橫截面結構示意圖。圖3為本發(fā)明所述微熱管內(nèi)壁非連續(xù)微結構微細電解加工裝置的一種使用狀態(tài)的結構圖。圖4為圖3中微熱管的結構示意圖。圖5為圖3中微熱管進行一次旋進加工后的內(nèi)表面結構示意圖。圖6為圖3中微熱管進行一次旋進加工后的另一種內(nèi)表面結構示意圖。圖7為圖3中微熱管進行正反兩次旋進加工后的內(nèi)表面結構示意圖。
具體實施例方式為更好的說明本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點，下面將結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。一種微熱管內(nèi)壁非連續(xù)微結構微細電解加工裝置，如附圖I所示，包括導電導液桿10 ;導向裝置20，所述導向裝置20環(huán)繞在所述導電導液桿10四周，可防止所述導電導液桿10水平晃動；工作椎體30，所述工作椎體30的上端固定在所述導電導液桿10的下端，所述導電導液桿10的中軸線與所述工作椎體30重合；所述工作椎體30為下端窄、上端寬的圓錐形結構，所述工作椎體30的外表面涂覆有多條螺旋線絕緣膠32。如附圖1、2和3所示，所述工作椎體30設計為變截面多線螺旋結構，使用時，所述工作椎體30設于微熱管40預制孔的中部，所述導電導液桿10設于微熱管40上部，所述導向裝置20環(huán)繞設于所述導電 導液桿10的周向，可防止所述導電導液桿10水平晃動，影響所述工作椎體30對微熱管40內(nèi)壁的加工。微熱管40與電源50的正極連接，導電導液桿10與電源50的負極連接，在所述工作椎體30與微熱管40的內(nèi)壁之間加入電解液42。將所述導電導液桿10按照一定的速度順時針或逆時針旋轉，并在旋轉的同時按照一定的速度沿所述微熱管40的內(nèi)壁軸向進給，導電導液桿10的旋轉進給使得由工作椎體30、導電導液桿10和導向裝置20組成的變截面多線螺旋電極以同樣的速度旋轉及進給；所述變截面多線螺旋電極完成一次旋轉進給后，回退到微熱管40的上端，然后按照與第一次相反的方向旋轉，且在旋轉的同時按照一定的速度沿微熱管40內(nèi)壁軸向進給，從而完成在微熱管40內(nèi)表面的正反兩次旋轉進給加工。由于工作椎體30的外表面按照設計好的螺旋線有選擇涂覆絕緣膠32，工作椎體30的側面為加工面，加工過程中，絕緣膠32表面對應的微熱管40表面受到保護，而與未涂覆絕緣膠表面對應的微熱管40內(nèi)表面被電解。所述變截面多線螺旋電極在微熱管40內(nèi)完成正反兩次旋轉進給后，在微熱管40的內(nèi)表面電解形成非連續(xù)微結構。所述工作椎體30設計為上端寬、下端窄的圓錐形結構，可方便工作椎體30在微熱管40管內(nèi)的送進及旋轉，同時，有效減少工作椎體30在加工過程中的磨損。實踐中，可通過工作椎體30外表面涂覆的螺旋線絕緣膠32數(shù)、螺旋角、螺旋線寬等參數(shù)的改變，以及對工作椎體30旋轉狀態(tài)的控制，在微熱管內(nèi)表面獲得不同尺寸、不同形狀、復雜的內(nèi)表面非連續(xù)微結構。所述工作椎體30錐度大小可根據(jù)需要以及需要加工的微熱管40內(nèi)表面非連續(xù)微結構的特點設計。較佳地，如附圖I和3所示，所述導電導液桿10為中空圓柱形結構，所述導電導液桿10的下端設有至少一個電解液出口 12。將所述導電導液桿10設計為中空圓柱形結構，電解液42可通過導電導液桿10的中空部分從上向下流動，通過導電導液桿10下端電解液出口 12，流入到工作椎體30與微熱管40的內(nèi)壁之間。所述導電導液桿10也可為其他形狀的中空結構，例如中空方柱形等；優(yōu)選地，所述導電導液桿10為中空圓柱形，可方便在電解加工過程中導電導液桿10的旋轉及上下移動。所述導電導液桿10下端設計的電解液出口 12數(shù)量可根據(jù)需要設計，電解液出口 12的數(shù)量越多，向所述工作椎體30與微熱管40內(nèi)壁之間加入一定量的電解液42所需的時間越短。所述電解液出口 12的形狀沒有特殊的要求，一般地可為圓形、方形、三角形等，可根據(jù)需要選擇設計為不同的形狀。較佳地，如附圖I所示，所述導向裝置20的外周設有至少一個密封圈22。當所述導電導液桿10設計為中空圓柱形結構時，電解液42通過導電導液桿10的中空部分從上向下流動，通過導電導液桿10下端的電解液出口 12流出，流入到工作椎體30與微熱管40的內(nèi)壁之間；因為在加工的過程中，導電導液桿10處于旋轉的狀態(tài)，當導電導液桿10旋轉時，由于離心力的作用，導電導液桿10中空部分的電解液在導電導液桿10中向下流動的同時沿所述導電導液桿10的內(nèi)壁具有一定的周向運動，當電解液通過導電導液桿10下端的電解液出口 12甩出時，甩出的電解液具有較大的動能，在導向裝置20的外周設置密封圈22，所述密封圈22在導向裝置20與微熱管40內(nèi)壁之間，可對電解液起到一定的密封作用，防止電解液的回流，避免對已加工表面的二次加工。所述密封圈22環(huán)箍在所述導向裝置20的圓周，電解加工過程中，所述密封圈22在所述導向裝置20與微熱管40內(nèi)壁之間的空隙中，所述密封圈22將導向裝置20與微熱管40內(nèi)壁之間的空隙密封。實施例I采用本發(fā)明所述微細電解加工裝置對微熱管進行電解加工采用本發(fā)明所述微熱管內(nèi)壁非連續(xù)結構微細電解加工裝置對微熱管進行電解加工，如附圖3所示，一般情況下，微熱管40被裝夾在專用夾具(圖中未畫出)上，電解加工裝置的導電導液桿10的下端與工作椎體30連接，上端裝夾在微細電解加工機床主軸(圖中未畫出)上，與電解液池(圖中未畫出)相連，電源50正極與微熱管40相連,負極與導電導液 桿10相連接。所述導向裝置20環(huán)繞在所述導電導液桿10四周，用于防止在電解加工過程中，固定在導電導液桿10下端的工作椎體30在水平方向晃動，影響電解加工的效果。加工時，將微熱管40安裝在機床夾具上，將工作椎體30的軸線調(diào)整至與微熱管40預制孔孔心同軸，并調(diào)整工作椎體30至初始加工位置，完成后將電解液回流管與導電導液桿10連接，并將導電導液桿10與電源50的負極連接，微熱管40與電源50的正極連接，向所述工作椎體30與微熱管40之間加入電解液42。由于本實施例所述導電導液桿10為中空圓柱形結構，導電導液桿10的下端設有電解液出口 12，導電導液桿10與電解液回流管連接，因此，電解液通過電解液回流管從導電導液桿10的上端加入，在壓力作用下流到導電導液桿10的下端并通過導電導液桿10下端設置的電解液出口 12流入工作椎體30與微熱管40內(nèi)壁之間。電解液加入后，設定工作椎體30旋轉速度及軸向進給速度，即可進行電解加工，進給完成后，即實現(xiàn)對微熱管40內(nèi)表面的一次旋進加工。工作椎體30按照不同的方向旋轉，完成一次旋進加工的微熱管40的內(nèi)表面結構圖分別如附圖5和6所示。完成一次旋進加工后，將工作椎體30回退至初始位置，重新設定工作椎體30反向旋轉速度及軸向進給速度，進行二次旋入加工，從而實現(xiàn)微熱管40的正反兩次旋轉加工，在微熱管40的內(nèi)表面形成復雜的非連續(xù)微結構，加工完成后的微熱管40的內(nèi)表面結構圖如附圖7所示。在此實施例中，可通過工作椎體30外表面的涂覆的螺旋線絕緣膠32數(shù)、螺旋角、螺旋線寬等參數(shù)的改變，以及對工作椎體30旋轉狀態(tài)的控制，從而在微熱管內(nèi)表面形成多種多樣的、復雜的內(nèi)表面非連續(xù)微結構。最后所應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對本發(fā)明保護范圍的限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明作了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的實質和范圍。
權利要求
1.一種微熱管內(nèi)壁非連續(xù)微結構微細電解加工裝置，其特征在于，包括 導電導液桿； 導向裝置，所述導向裝置環(huán)繞在所述導電導液桿四周，可防止所述導電導液桿水平晃動； 工作椎體，所述工作椎體的上端固定在所述導電導液桿的下端，所述導電導液桿的中軸線與所述工作椎體重合； 所述工作椎體為下端窄、上端寬的圓錐形結構，所述工作椎體的外表面涂覆有多條螺旋線絕緣膠。
2.如權利要求I所述的微熱管內(nèi)壁非連續(xù)微結構微細電解加工裝置，其特征在于，所述導電導液桿為中空圓柱形結構，所述導電導液桿的下端設有至少一個電解液出口。
3.如權利要求2所述的微熱管內(nèi)壁非連續(xù)微結構微細電解加工裝置，其特征在于，所述導向裝置的外周設有至少一個密封圈。
4.一種采用如權利要求I所述加工裝置對微熱管內(nèi)壁非連續(xù)微結構微細電解加工方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)將所述導向裝置固定在所述微熱管的內(nèi)壁，所述工作椎體的中軸線與所述微熱管的中軸線重合； (2)在所述工作椎體與微熱管內(nèi)壁之間加入電解液； (3)將所述導電導液桿按照一定的速度順時針或逆時針旋轉，并在旋轉的同時沿所述微熱管內(nèi)壁軸向進給； (4)步驟(3)中導電導液桿完成一次旋轉進給后回退到原始位置，將所述導電導液桿按照與步驟(3)相反的方向旋轉，并在旋轉的同時沿所述微熱管內(nèi)壁軸向進給。
全文摘要
本發(fā)明公開一種微熱管內(nèi)壁非連續(xù)微結構微細電解加工裝置，包括導電導液桿；導向裝置，所述導向裝置環(huán)繞在所述導電導液桿四周，可防止所述導電導液桿水平晃動；工作椎體，所述工作椎體的上端固定在所述導電導液桿的下端，所述導電導液桿的中軸線與所述工作椎體重合；所述工作椎體為下端窄、上端寬的圓錐形結構，所述工作椎體的外表面涂覆有多條螺旋線絕緣膠。同時，本發(fā)明還公開了采用上述電解加工裝置對微熱管內(nèi)壁非連續(xù)微結構微細電解加工的方法，可通過變截面多線螺旋電極的正反兩次旋轉進給，在微熱管的內(nèi)表面電解形成不同尺寸、不同形狀的復雜非連續(xù)微結構，所述方法操作簡單，有效解決了表面微結構制造的難題。
文檔編號B23H3/00GK102699456SQ201210181709
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月4日 優(yōu)先權日2012年6月4日
發(fā)明者江樹鎮(zhèn), 王冠, 鄧宇, 郭鐘寧, 韋鴻鈺, 黃志剛, 黃紅光 申請人:廣東工業(yè)大學