一種制備隧道型孔洞的方法及工具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種制備隧道型孔洞的方法及工具，適用于在金屬材料及部分塑性非金屬材料中制備隧道型孔洞。
【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)部帶有規(guī)則的隧道型孔洞的金屬塊體結(jié)構(gòu)在特定的工業(yè)領(lǐng)域具有非常重要的應(yīng)用價值。如內(nèi)部帶有水冷循環(huán)槽的冷卻板，帶有油路的循環(huán)裝置等，這類結(jié)構(gòu)廣泛地應(yīng)用于電子、航空、航天等領(lǐng)域，用于高發(fā)熱部位的強(qiáng)制快速冷卻。目前，在金屬塊體材料中制備隧道孔洞的方法主要有以下幾種:第一種，利用銑床加工溝槽，然后用金屬板封蓋、焊接形成通道，焊接工藝可選擇釬焊、電子束焊、激光焊、攪拌摩擦焊等多種工藝。選用釬焊工藝時，可能出現(xiàn)局部釬料流失，出現(xiàn)未焊合漏水現(xiàn)象，而且流失的釬料會堵塞通道。而選用其他焊接方式時，雖然能夠避免釬焊的缺點(diǎn)，但是整個過程需要銑槽、加工蓋板、封蓋、焊接等多個工序才能完成，效率不高。第二種，金屬鑄件內(nèi)部孔洞還可以采用砂芯成形，但如果油路細(xì)長、復(fù)雜時，砂芯易斷，制造困難，而且鑄造成型后難以清理。第三種，鑄件預(yù)埋管，將管路加工成形預(yù)置到鑄造模具，然后澆鑄完成。此方法成本較低，雖然能夠基本滿足散熱要求，但是水道流量會受到銅管截面積的限制，銅管與基體之間的縫隙需要填充，不能形成較大的散熱區(qū)域，無法滿足某些快速散熱結(jié)構(gòu)件的要求。以上三方面是目前金屬冷卻板的制造工藝面臨的技術(shù)問題，采用傳統(tǒng)工藝制備金屬冷卻板的效率較低，而且在一定程度上增加了結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)成本，通過技術(shù)革新消除這些不利因素是該研宄領(lǐng)域的重要課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于，提供一種制備效率較高以及成本低的一種制備隧道型孔洞的方法及工具。
[0004]解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下:
[0005]一種工件上制備隧道型孔洞的工具，該工具由中間段、柄部以及摩擦頭組成，中間段的一端與柄部連接為一體，中間段的另一端與摩擦頭連接為一體，摩擦頭的截面呈倒T字型，摩擦頭由頸部和頭部組成，頸部的外徑小于頭部的外徑，中間段與摩擦頭連接為一體后，在摩擦頭與中間段的軸向端面之間形成一個環(huán)形凹槽。
[0006]優(yōu)選地，所述工具的表面至少部分地涂布有表面涂層，所述表面涂層由以下重量份數(shù)的成份組成:氮化鉻5-10份、綠碳化硅3-5份、碳化硼3-5份、氧化鐵2-3份、酚醛樹脂2-5份、硫酸鋇1-3份、云母粉1-2份、碳原子數(shù)為12-18的烷氧基叔胺I份、碳原子數(shù)為
6-12的脂肪酸I份、碳原子數(shù)為7-12的脂肪醇I份和水8-10份。
[0007]優(yōu)選地，表面涂層的厚度為0.05-0.2mm。
[0008]優(yōu)選地，所述中間段由第一圓柱段、圓錐段以及第二圓柱段組成，第一圓柱段的一端與柄部連接為一體，第一圓柱段的另一端與圓錐段的一端連接為一體，圓錐段的另一端與摩擦頭的一端連接為一體。
[0009]制備隧道型孔洞的方法，將高速旋轉(zhuǎn)的工具的摩擦頭扎入工件壁面上，按照預(yù)設(shè)運(yùn)動軌跡對工件進(jìn)行摩擦攪動，摩擦頭與工件摩擦產(chǎn)生熱量使摩擦頭周圍的材料塑化，在摩擦頭產(chǎn)生的壓力作用下，工件內(nèi)部材料擠出并被切削脫落，摩擦頭旋轉(zhuǎn)時配合著前進(jìn)速度，使表面金屬焊合，而在材料內(nèi)部形成連續(xù)的隧道型孔洞。
[0010]采用了上述方案，本發(fā)明的摩擦頭經(jīng)設(shè)計(jì)后，對工件內(nèi)部塑化材料施加向工件上表面流動的力，并使塑化材料擠出，擠出的材料將被摩擦頭軸肩部分切削脫落。同時，通過調(diào)節(jié)摩擦頭的旋轉(zhuǎn)速度和前進(jìn)速度，使利用摩擦頭“工”型結(jié)構(gòu)頸部對材料產(chǎn)生攪拌摩擦焊接作用，使表面金屬焊合。相對現(xiàn)有技術(shù)的工藝而言，其加工工藝相對于釬焊工藝而言，無需再通過蓋板、封蓋、焊接等多個工序，即工藝得到了簡化，使加工效率獲得了提高。本發(fā)明的工藝相對金屬鑄件內(nèi)部孔洞采用砂芯成形而言，由于其按照預(yù)設(shè)運(yùn)動軌跡對工件進(jìn)行摩擦攪動，而對細(xì)長、復(fù)雜的路徑時，能夠輕松將在工件上加工出所需隧道，由于沒有砂芯，因此不存在后序的清理問題。本發(fā)明的工藝相對于鑄件預(yù)埋管而言，由于在加工過程中其是敞開式的，因此，工具以及被加工出的隧道在加過程中在空冷作用下獲得了散熱，不存在縫隙需要填充的問題，因此，能夠滿足快速散熱的要求。
[0011]綜上所述，本發(fā)明的工具和制備方法，克服了傳統(tǒng)工藝制備金屬冷卻板的效率較低，以及在一定程度上增加了結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)成本的問題。
[0012]說明書附圖
[0013]圖1為本發(fā)明的工具的不意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0014]參照圖1，一種工件上制備隧道型孔洞的工具，該工具由中間段、柄部I以及摩擦頭組成。中間段的一端與柄部I連接為一體，中間段的另一端與摩擦頭連接為一體。所述中間段由第一圓柱段2、圓錐段3以及第二圓柱段4組成，第一圓柱段2的一端與柄部I連接為一體，第一圓柱段2的另一端與圓錐段3的一端連接為一體，圓錐段3的另一端與摩擦頭的一端連接為一體。摩擦頭由頸部5和頭部6組成，頸部5的外徑小于頭部6的外徑，摩擦頭的截面呈倒T字型。中間段與摩擦頭連接為一體后，在摩擦頭與中間段的軸向端面之間形成一個環(huán)形凹槽7。制造摩擦頭的材料可選擇硬質(zhì)金屬材料。
[0015]由于工具在工作過程中直接受到摩擦，為了提高工具的使用壽命，在所述工具的表面至少部分地涂布有表面涂層，所述表面涂層由以下重量份數(shù)的成份組成:氮化鉻5-10份、綠碳化硅3-5份、碳化硼3-5份、氧化鐵2-3份、酚醛樹脂2-5份、硫酸鋇1_3份、云母粉1-2份、碳原子數(shù)為12-18的烷氧基叔胺I份、碳原子數(shù)為6-12的脂肪酸I份、碳原子數(shù)為
7-12的脂肪醇I份和水8-10份。所述烷氧基叔胺選自乙氧基牛脂胺、乙氧基椰子胺、乙氧基醚胺、乙氧基丙烯二胺中的一種或多種，所述脂肪酸為壬酸和/或辛酸，所述脂肪醇為辛醇和/或癸醇。表面涂層的厚度為0.05-0.2mm。表面涂層的厚度為0.05_0.2mm。在本發(fā)明中，摩擦頭2的表面需要全部涂布上表面涂層，其余部分，例如中間段，可以在與摩擦頭連接的軸向端面上涂布上表面涂層。
[0016]對于本發(fā)明的裝置而言，為了使其獲得利用，提供了一種在工件上制備隧道型孔洞的方法，將高速旋轉(zhuǎn)的工具的摩擦頭扎入工件8壁面上，按照預(yù)設(shè)運(yùn)動軌跡對工件進(jìn)行摩擦攪動，制孔工具在材料內(nèi)部旋轉(zhuǎn)、移動，摩擦頭與工件摩擦產(chǎn)生熱量使摩擦頭周圍的材料塑化，在摩擦頭產(chǎn)生的壓力作用下，工件內(nèi)部材料擠出并被切削脫落，擠出的材料將被摩擦頭軸肩部分切削脫落。摩擦頭旋轉(zhuǎn)時配合著前進(jìn)速度，利用摩擦頭頸部對工件產(chǎn)生攪拌摩擦焊接作用，使表面金屬焊合。據(jù)此原理，摩擦頭按照既定制孔軌跡運(yùn)動，從而在材料內(nèi)部形成連續(xù)的隧道型孔洞。本方法適用于在金屬、塑料等塊體材料內(nèi)部，可在一道工序內(nèi)完成制備隧道型孔洞，顯著提高加工效率。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種工件上制備隧道型孔洞的工具，其特征在于:該工具由中間段、柄部以及摩擦頭組成，中間段的一端與柄部連接為一體，中間段的另一端與摩擦頭連接為一體，摩擦頭由頸部和頭部組成，頸部的外徑小于頭部的外徑，摩擦頭的截面呈倒T字型，中間段與摩擦頭連接為一體后，在摩擦頭與中間段的軸向端面之間形成一個環(huán)形凹槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種工件上制備隧道型孔洞的工具，其特征在于:所述工具的表面至少部分地涂布有表面涂層，所述表面涂層由以下重量份數(shù)的成份組成:氮化鉻5-10份、綠碳化硅3-5份、碳化硼3-5份、氧化鐵2-3份、酚醛樹脂2_5份、硫酸鋇1_3份、云母粉1-2份、碳原子數(shù)為12-18的烷氧基叔胺I份、碳原子數(shù)為6-12的脂肪酸I份、碳原子數(shù)為7-12的脂肪醇I份和水8-10份。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種工件上制備隧道型孔洞的工具，其特征在于:表面涂層的厚度為0.05-0.2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的一種在工件上制備隧道型孔洞的工具，其特征在于:所述中間段由第一圓柱段、圓錐段以及第二圓柱段組成，第一圓柱段的一端與柄部連接為一體，第一圓柱段的另一端與圓錐段的一端連接為一體，圓錐段的另一端與摩擦頭的一端連接為一體。
5.采用權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述工具在工件上制備隧道型孔洞的方法，其特征在于:將高速旋轉(zhuǎn)的工具的摩擦頭扎入工件壁面上，按照預(yù)設(shè)運(yùn)動軌跡對工件進(jìn)行摩擦攪動，摩擦頭與工件摩擦產(chǎn)生熱量使摩擦頭周圍的材料塑化，在摩擦頭產(chǎn)生的壓力作用下，工件內(nèi)部材料擠出并被切削脫落，摩擦頭旋轉(zhuǎn)時配合著前進(jìn)速度，使表面金屬焊合，而在材料內(nèi)部形成連續(xù)的隧道型孔洞。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種工件上制備隧道型孔洞的工具，該工具由中間段、柄部以及摩擦頭組成，中間段的一端與柄部連接為一體，中間段的另一端與摩擦頭連接為一體，摩擦頭的截面呈倒T字型，摩擦頭由頸部和頭部組成，頸部的外徑小于頭部的外徑，中間段與摩擦頭連接為一體后，在摩擦頭與中間段的軸向端面之間形成一個環(huán)形凹槽。本發(fā)明具有制備效率較高以及成本低的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】B23K20-12, B26F1-26
【公開號】CN104741771
【申請?zhí)枴緾N201510161440
【發(fā)明人】孟強(qiáng), 欒國紅, 董春林, 張坤
【申請人】北京賽福斯特技術(shù)有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2015年4月3日