CN114345971B - 一种微通道管成形模具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微通道管成形模具及方法，涉及模具成形领域，包括模具主体，模具主体上设有依次连通的入料通道、焊合室和成形通道，入料通道内形成多级依次连通的分流通道，焊合室内设有模芯颈部，模芯颈部一端连接由一系列阵列分布的子模芯组成的模芯，模芯探入成形通道，模芯颈部内形成连通子模芯间隙与分流通道的内壁通道，模芯颈部与焊合室之间形成连通分流通道与成形通道的外壁通道；针对目前微通道管通过模具挤压成形时难以达到质量要求的问题，采用多级分流通道促进坯料流动，进而降低模具应力，同时针对微通道管的外壁和内壁分别对应设置导流通道，促进变形材料流动的均匀性，减少型材扭曲，保证成形后微通道管的结构尺寸满足精度需求。

Description

一种微通道管成形模具及方法

技术领域

本发明涉及模具成形领域，具体涉及一种微通道管成形模具及方法。

背景技术

传统制冷***中的散热元件存在散热不畅、寿命短和稳定性差等问题，很难制造出满足能效标准的产品。近年来，在航空航天、轻量化汽车、3C电子及家用电器中逐渐采用微通道管作为散热元件替代传统散热元件。这种微通道管所用材料多为铝、铜、镁等有色金属材料及其合金。与传统散热元件相比，微通道管体积小，散热效率高，可满足更高的能效标准，其换热介质可为水、油和冷却液等。同时，微通道管具有优良的耐压性能，还可以CO₂为工质进行制冷，有利于环境保护。

目前的微通道管以单排通道结构为主，如，汽车空调散热用微通道扁管；商用和家用电器(如空调)散热用微通道扁管；通讯基站散热用微通道扁管；电动汽车电池冷却用微通道扁管；空气能热水器用微通道扁管；发电机散热用微通道扁管；电脑和服务器等电子产品散热用微通道扁管等。单排通道结构的散热效率和体积仍然不能满足制冷及散热的需求，因此逐渐出现了多排微通道管以提高散热效率并缩小体积，比如图1所示的家用空调制冷***中变频模块微通道散热铝基板等。这种微通道管一般采用热挤压方式生产，但单排微通道管的成形模具并不适用于多排微通道管的挤压成形，多排微通道管内部存在复杂的内壁结构，采用传统模具挤压时材料在模具内的流动难以控制，导致多排微通道管对应的内部结构难以有效成形；并且多排微通道管在通过挤压方式成形时还存在诸多问题，一是，坯料流动更加困难、模具应力更高而导致模具寿命降低；二是，坯料流动不均衡，造成型材严重扭曲，成形质量差而使成品率低；三是，模具模芯强度不足，在成形过程中容易发生偏摆，使挤出的微通道管存在偏壁现象，进而使得微通道结构的尺寸精度难以达标。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种微通道管成形模具及方法，采用多级分流通道促进材料流动，进而降低模具应力，同时针对微通道管的外壁和内壁分别对应设置导流通道，提高材料流动的均匀性，降低型材扭曲，从而保证成形后微通道管的结构尺寸满足要求，保证成形质量。

本发明的第一目的是提供一种微通道管成形模具，采用以下方案：

包括模具主体，模具主体上设有依次连通的入料通道、焊合室和成形通道，入料通道内形成多级依次连通的分流通道，焊合室内设有模芯颈部，其中，模芯颈部一端连接模芯，模芯由多个阵列分布的子模芯组成，子模芯用于微通道管内对应通道的成形，模芯探入成形通道，模芯颈部内形成连通子模芯间隙与分流通道的内壁通道，模芯颈部与焊合室之间形成连通分流通道与成形通道的外壁通道。

进一步地，沿入料通道轴向，所述入料通道内依次设有至少两级分流桥，不同级分流桥相对于入料通道入口端面的距离相异。

进一步地，所述分流桥分隔对应位置的入料通道形成多条分流通道，分流桥朝向入料通道入口端面的顶面为弧形面。

进一步地，所述模芯颈部朝向焊合室一侧的表面为弧形的导流面，模芯一端对接位于焊合室内的导流面，另一端探入成形通道并与成形通道间隔布置。

进一步地，所述内壁通道贯穿模芯颈部，导流面对应相邻子模芯间隙位置设有引流槽，引流槽连通内壁通道和外壁通道。

进一步地，所述子模芯呈矩形阵列布置，相邻子模芯之间形成内成形通道，以使材料形成工件内壁，模芯与成形通道之间形成外成形通道，以使坯料形成工件外壁。

进一步地，所述焊合室底部设有阻流块，以调节不同位置的供料速度，平衡金属流动。

进一步地，所述子模芯侧壁远离模芯颈部的一端设有第一空刀，以减少材料与局部子模芯侧壁的摩擦阻力，成形通道远离焊合室的一端设有第二空刀，以减少工件与成形通道的摩擦阻力。

进一步地，所述模具主体包括至少两个模具单体，入料通道和成形通道位于不同的模具单体上。

本发明的第二目的是提供一种微通道管成形方法，利用如上所述的微通道管成形模具，包括以下步骤：

将坯料投至入料通道并在分流通道作用下形成多股材料；

部分材料通过内壁通道进入子模芯间隙，形成工件内壁；部分材料通过外壁通道并围绕模芯分布，形成工件外壁；

工件内壁和工件外壁在焊合室内接触焊合，并通过成形通道输出焊合后的微通道管工件。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

(1)针对目前微通道管通过模具挤压成形时难以达到质量要求的问题，采用多级分流通道促进材料流动，进而降低模具应力，同时针对微通道管的外壁和内壁分别对应设置导流通道，促进材料流动的均匀性，减少型材扭曲，从而保证成形后微通道管的结构尺寸满足要求，保证成形质量。

(2)采用多级分流桥形成依次连通的多级分流桥结构，多级分流桥错位呈不同高度布置，相较于传统的等高度分流桥，多级分流桥结构能够单独调整分流桥高度，利用高度调整特定分流通道对材料流动的阻力，从而对特定分流通道内的材料流量进行相应控制，合理分配不同分流通道内的材料体积，同时，位于较低位置的分流桥也能够泄减模具应力，对模具起到保护作用。

(3)分流桥的顶面设计为弧形面，弧形面能够在分流桥顶部形成倾斜结构，相较于传统顶面为平面的分流桥，弧形面能够将材料作用于平面的压力转移至斜面上，从而泄减模具应力，同时降低材料流动阻力，提高成形过程中材料的供料速度。

(4)设置的模芯颈部与焊合室结合形成外壁通道，模芯颈部内形成内壁通道，分流通道将经过分流的材料分别输入至内壁通道和外壁通道，实现微通道管的内壁成形和外壁成形，缩短成形过程中材料的流动路径，从而减少材料流动不均衡而导致的型材扭曲问题，进而提高成形质量。

(5)模芯颈部对应焊合室的一侧采用弧形面，提高模芯颈部的强度，降低模芯偏摆，方便调节工件外壁位置的供料速度，平衡金属流动，提高成形过程中材料流动的稳定性；进一步结合第二空刀降低工件与成形通道的摩擦阻力，通过调整第一空刀的位置和长度，实现对模芯内外阻力的调节，平衡模芯内外材料的流动速度。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明背景技术中所述微通道散热铝基板的示意图；

图2为本发明实施例1或2中微通道管成形模具的示意图；

图3为本发明实施例1或2中微通道管成形模具的剖面示意图；

图4为本发明实施例1或2中上模的剖面示意图；

图5为本发明实施例1或2中分流通道的示意图；

图6为本发明实施例1或2中模芯颈部的示意图；

图7为本发明实施例1或2中子模芯的排列示意图；

图8为图7中B处所示子模芯的结构放大示意图；

图9为图8中所示子模芯的侧视示意图；

图10为本发明实施例1或2中下模的结构示意图；

图11为本发明实施例1或2中下模的剖面示意图；

图12为本发明实施例1或2中成形后的工件结构示意图。

图中，1-上模，2-多级分流桥，3-分流通道，4-模芯颈部，5-模芯，6-下模，7-焊合室，8-阻流块，9-成形通道，10-第二空刀，2-1-一级沉桥，2-2-二级沉桥，2-3-三级沉桥，2-4-四级沉桥。

具体实施方式

实施例1

本发明的一个典型实施例中，如图2至图12所示，给出一种微通道管成形模具。

如图2所示的微通道管成形模具，用于微通道管的挤压成形，尤其是制冷***内的多排微通道扁管的挤压成形模具，通过材料流经的分流通道3、焊合室7和成形通道9的结构设置，解决多排微通道扁管挤压成形过程中存在的模具应力高、坯料流动不均衡的问题，从而达到提高工件质量、延长模具寿命的效果。微通道管成形模具主要包括模具本体，模具本体可以为一体化模具，也可以为如图2、图3中所示的分体式模具，可以采用上模1、下模6配合的形式；由于模具本体内部特征结构较为复杂，因此，也可以采用上、中、下三个模具单体配合的形式。需要指出的是，模具本体采用分体式模具时并不限于三个模具单体的配合，也可以选用其它数目。

在本实施例中，如图2、图3所示，以模具本体分为上模1、下模6两个模具单体为例，上模1规格为Φ238mm×70mm，下模6规格为Φ238mm×80mm。在上模1和下模6上分别设有对应的结构，在二者进行配合后形成完整的模具结构，可以将其组合形成的模具主体安装至挤压成形设备上，在挤压成形设备的驱动下对坯料进行挤压成形，获取微通道管工件。

如图3所示，所述上模1上设有入料通道、多级分流桥2、模芯颈部4和模芯5，入料通道内设置多级分流桥2，从而在入料通道内形成多级分流通道3；模芯颈部4位于入料通道的末端位置，模芯5设置在模芯颈部4上；所述下模6设有焊合室7、阻流块8和成形通道9。以图2中所示的模具主体结构为例，上模1和下模6采用柱状结构，在其内部或端面加工特征结构，形成挤压成形所需的入料通道、焊合室7和成形通道9。

模芯颈部4一端连接由一系列阵列分布的子模芯组成的模芯5，模芯5探入成形通道9内，模芯颈部4内部形成连通子模芯间隙与分流通道3的内壁通道，模芯颈部4与焊合室7之间形成连通分流通道3与成形通道9的外壁通道。

挤压过程中，以金属坯料挤压成形双排微通道扁管为例，在高温高压作用下，坯料被挤入分流通道3形成多股金属流，多股金属流在焊合室7内重新焊合，并从子模芯与成形通道9之间的间隙挤出，形成双排微通道扁管。成形通道9截面的长和宽对应双排微通道扁管的宽度和厚度，子模芯之间以及模芯5与成形通道9之间的间隙对应双排微通道扁管的壁厚。

如图3所示，上模1与下模6同轴装配，模芯5探入到下模6中的成形通道9内，且模芯5外侧面与成形通道9侧壁平行。

如图4所示的上模1中，沿入料通道轴向，入料通道内依次设有至少两级分流桥，不同级分流桥相对于入料通道入口端面的距离相异，从而使得不同级分流桥顶部端面与入料通道入口端面的距离不同。在本实施例中，设置有四级分流桥，在其它实施方式中，也可以采用两级分流桥、五级分流桥等，但分流桥的级数不少于两级。

本实施例中的多级分流桥2采用四级沉桥结构，以图3中端面的轴向为竖直方向、入料端平面为上方，一级沉桥2-1最高且倾斜设置，其上表面为圆弧状，二级沉桥2-2、三级沉桥2-3和四级沉桥2-4的高度依次降低，其距上模1入料端平面的距离分别为30mm，40mm和45mm，如图4所示。上模1被四级分流桥分割为12个分流通道3，分流通道3呈对称分布，以平衡金属流动，如图5所示。

多级分流桥2将上模1的入料通道分割为不同的分流通道3，进而对流动的材料进行导流，对应微通道管内壁难流动区域的分流桥应降低高度，以减小对变形材料的流动阻力和增大金属流量；对应微通道管外壁易流动区域的分流桥应增大高度，以提高变形材料流动阻力和适当降低变形材料的流量。

在本实施例中，分流桥的朝向入料口的一端相对于上模1入料端平面倾斜设置，其倾斜角的取值范围为20°～60°，优选的取值范围为40°～50°。

如图2、图3和图4所示，分流桥朝向入料通道入口端面的顶面为弧形面，弧形面能够在分流桥顶部形成倾斜结构，相较于传统顶面为平面的分流桥，弧形面能够将材料作用于平面的压力转移至斜面上，从而泄减模具应力，同时能够降低材料流动的阻力，提高成形过程中材料的供料速度，以满足成形加工的需求。

如图6所示，模芯颈部4朝向焊合室7一侧的表面为弧形的导流面，模芯5一端对接位于焊合室7内的导流面，另一端探入成形通道9并与成形通道9间隔布置。

在本实施例中，模芯颈部4的弧形导流面呈拱形结构，内壁通道贯穿模芯5，导流面对应相邻子模芯间隙位置设有引流槽，引流槽连通内壁通道和外壁通道；子模芯呈矩形阵列布置，相邻子模芯之间形成内成形通道，以使材料形成工件内壁，模芯5与成形通道9之间形成外成形通道，以使材料形成工件外壁；引流槽的宽度为相邻子模芯之间的间距，在本实施例中，引流槽的宽度为0.94mm。

模芯颈部4的拱形尺寸以成形通道的宽度A为参考，拱形半径R的取值范围为0.8A～5A，优选的取值范围为1A～2A；拱形宽度W的取值范围为0.8A～4A，优选的取值范围为2A～3A。

模芯5的子模芯为多排阵列布置的结构，子模芯侧壁远离模芯颈部4的一端设有第一空刀，以减少材料与局部子模芯侧壁的摩擦阻力，成形通道9远离焊合室7的一端设有第二空刀10，以减少工件与成形通道的摩擦阻力。

对于第一空刀，包括多个布置在子模芯上的空刀，子模芯内侧设有空刀，如本实施例中图7所示。单个子模芯的横截面尺寸为3.8mm×2.94mm，长度为6mm，空刀长度根据实际金属流动情况进行调整，不超过子模芯长度的2/3，如图8、图9所示。空刀宽度为0.38mm，空刀长度为3mm，上下两行子模芯之间的间距为1.5mm，相邻两列子模芯之间的间距为0.94mm，模芯5外侧与成形通道9长边之间的间距为2mm，模芯5外侧与成形通道9短边之间的间距为12.5mm。

如图10、图11所示，成形通道9具有不等长的工作带，其两端较长，中部较短，第二空刀10对应布置在成形通道远离焊合室的一端。

焊合室7为近似矩形结构，其大小与上模1出料口对应，承接经由上模1输出的材料，焊合室7底部成形通道两端设置有对称分布的两个相同的阻流块8，阻流块8用以调节供料速度，平衡金属流动。

在本实施例中，如图10所示，焊合室7深度为15mm，阻流块8高度为3mm，宽度为2mm，距成形通道9的距离为1mm。

因模具需要长时间工作在高温高压环境中，为保证模具强度、硬度、耐磨性和稳定性，本实施例中的模具主体的材质均为H13热作模具钢，并进行了氮化处理；挤压坯料为铝、铜、镁等有色金属及其合金，本实施例所用挤压坯料为均质态AA3003铝合金棒，铝合金棒规格为Φ127×410mm。

坯料预热温度为550℃，挤压杆速度为2mm/s，挤压比为13.3，模具温度为520℃，挤压筒温度为490℃，坯料压余为30mm。

坯料经过微通道成形模具挤出后形成双排微通道扁管工件，挤出后采用风冷方式进行冷却。挤出后的双排微通道扁管如图12所示。

实施例2

本发明的另一典型实施例中，如图2至图12所示，给出一种微通道管成形方法，利用如实施例1中的微通道管成形模具。

微通道管成形方法包括以下步骤：

将坯料投至入料通道并在分流通道3作用下形成多股材料；

部分材料通过内壁通道进入子模芯间隙，形成工件内壁；部分坯料通过外壁通道围绕模芯5分布，形成工件外壁；

工件内壁和工件外壁在焊合室7内接触焊合，并通过成形通道9输出焊合后的微通道管工件。

设置的模芯颈部4与焊合室7结合形成外壁通道，模芯颈部4内部形成内壁通道，分流通道3将经过分流的材料分别输入至内壁通道和外壁通道，实现微通道管的内壁成形和外壁成形，缩短成形过程中材料的流动路径，从而减少坯料流动的不均衡而导致的型材扭曲问题，进而提高成形质量。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种微通道管成形模具，其特征在于，包括模具主体，模具主体上设有依次连通的入料通道、焊合室和成形通道，入料通道内形成多级依次连通的分流通道，焊合室内设有模芯颈部，模芯颈部一端连接由多个阵列分布的子模芯组成的模芯，子模芯用于微通道管内对应通道的成形，模芯探入成形通道，模芯颈部内形成连通子模芯间隙与分流通道的内壁通道，模芯颈部与焊合室之间形成连通分流通道与成形通道的外壁通道；

沿入料通道轴向，所述入料通道内依次设有至少两级分流桥，不同级分流桥相对于入料通道入口端面的距离相异；

所述分流桥分隔对应位置的入料通道形成多条分流通道，分流桥朝向入料通道入口端面的顶面为弧形面；

分流桥的朝向入料口的一端相对于上模入料端平面倾斜设置，其倾斜角的取值范围为20°-60°；

所述模芯颈部朝向焊合室一侧的表面为弧形的导流面；

子模芯侧壁远离模芯颈部的一端设有第一空刀，多个布置，空刀长度根据实际金属流动情况进行调整。

2.如权利要求1所述的微通道管成形模具，其特征在于，所述模芯一端对接位于焊合室内的导流面，另一端探入成形通道并与成形通道间隔布置。

3.如权利要求1所述的微通道管成形模具，其特征在于，所述内壁通道贯穿模芯颈部，导流面对应相邻子模芯间隙位置设有引流槽，引流槽连通内壁通道和外壁通道。

4.如权利要求1所述的微通道管成形模具，其特征在于，所述子模芯呈矩形阵列布置，相邻子模芯之间形成内成形通道，以使材料形成工件内壁，模芯与成形通道之间形成外成形通道，以使材料形成工件外壁。

5.如权利要求1所述的微通道管成形模具，其特征在于，所述焊合室底部设有阻流块以调节不同位置的供料速度。

6.如权利要求1所述的微通道管成形模具，其特征在于，所述子模芯侧壁远离模芯颈部的一端设有第一空刀，以减少材料与局部子模芯侧壁的摩擦阻力，成形通道远离焊合室的一端设有第二空刀，以减少工件与成形通道的摩擦阻力。

7.如权利要求1所述的微通道管成形模具，其特征在于，所述模具主体包括至少两个模具单体，入料通道和成形通道位于不同的模具单体上。

8.一种微通道管成形方法，利用如权利要求1-7任一项所述的微通道管成形模具，其特征在于，包括以下步骤：

将坯料投至入料通道并在分流通道作用下形成多股材料；

部分材料通过内壁通道进入子模芯间隙，形成工件内壁；部分材料通过外壁通道围绕模芯分布，形成工件外壁；

工件内壁和工件外壁在焊合室内接触焊合，并通过成形通道输出焊合后的微通道管工件。

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