微槽道是指槽道寬度為1～1000um的流體通道。流體在微槽道內(nèi)流動(dòng)，可獲得與固體壁面間的很高的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。用微槽道制成的換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，換熱效率高，可應(yīng)用于航空航天、汽車空調(diào)、醫(yī)療器械和化學(xué)生物工程等領(lǐng)域。與常規(guī)尺度的管道或槽道相比，微槽道具有尺寸小的特點(diǎn)。目前傳統(tǒng)機(jī)械刀具加工方式無(wú)法或者很難實(shí)現(xiàn)微槽加工，而激光是加工微槽的一個(gè)有效手段，但在復(fù)雜曲面上加工微槽也面臨著一系列的工程和工藝難題。
寧波材料所所屬先進(jìn)制造技術(shù)研究所激光與智能能量場(chǎng)制造團(tuán)隊(duì)對(duì)使用激光在復(fù)雜曲面上加工微槽的工藝進(jìn)行了深入的研究和大量的實(shí)驗(yàn)，近期取得新進(jìn)展。
圖1、刻微槽對(duì)表面散熱能力的影響仿真局部分析
首先進(jìn)行了仿真分析，微槽深度為0.3mm，上部寬度取0.14mm，下部寬度取0.06mm，槽間距為0.2mm。刻微槽后的換熱表面積約為刻微槽前的3.6倍?？涛⒉酆箐X板溫度從479.4K降至367.1K。不刻微槽和刻微槽情況下，鋁板與空氣之間的平均等效對(duì)流換熱系數(shù)分別為5.37W/㎡·K和3.75W/㎡·K?？涛⒉酆蠼禐樵瓉?lái)的0.7。
根據(jù)仿真要求和所設(shè)計(jì)的參數(shù)展開工藝實(shí)驗(yàn)，調(diào)節(jié)激光掃描頻率、圖形填充密度、加工能量、系統(tǒng)移動(dòng)速度等。改進(jìn)加工思路，通過(guò)微槽陣列測(cè)試加工工藝，通過(guò)5組平板實(shí)驗(yàn)，最終驗(yàn)證矩陣陣列加工，不但將加工時(shí)間大大縮短為原來(lái)的1/10，同時(shí)解決加工不穩(wěn)定現(xiàn)象。
通過(guò)工藝探索研究，最終解決傳統(tǒng)機(jī)械刀具加工方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)的微槽加工，激光去除加工工藝，實(shí)現(xiàn)微槽寬100微米，間距200微米，深度在10-300微米范圍內(nèi)。該加工工藝主要解決任意復(fù)雜曲面微槽加工，可控制微槽加工深度、寬度，精度10微米內(nèi)，可加工硬脆性材料。
圖2、五軸聯(lián)動(dòng)激光加工系統(tǒng)加工半球形帽蓋樣品
圖3、半球形帽蓋樣品經(jīng)過(guò)激光加工后布滿微槽
圖4、激光共聚焦顯微鏡下測(cè)量加工的微槽
帽蓋外表面加工微槽對(duì)提升帽蓋表面散熱性能有利，對(duì)降低中心平臺(tái)溫度有利。經(jīng)本項(xiàng)目刻槽加工后，帽蓋表面散熱能力可提升為原來(lái)的2.5倍（外部自然對(duì)流條件下）。上述工作得到了中國(guó)科學(xué)院科研裝備研制項(xiàng)目的支持。
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