一种可任意变形的液态金属填充高导热柔性冷板

1.本发明涉及机械制造技术领域，尤其涉及一种可任意变形的液态金属填充高导热柔性冷板。


背景技术：

2.在加工领域，温度会对工件的成型质量和性能产生巨大的影响，尤其是铣削加工、焊接加工等领域，温度会影响工件的平整度、表面粗糙度、加工精度等。因此，加工过程需要采取有效的温控手段，将温度控制在一定范围内。传统的温控方法有应用金属冷板对规则外形的工件进行降温，此类方法能有效控制规则外形工件在加工过程中保持温度在一定范围。然而，面对复杂异形工件和复杂加工路径，传统的金属冷板无法变形、难以贴合复杂异形工件的表面对其进行温度控制；其他方式如吹气冷却、喷液冷却容易造成温控效果不佳、加工结果不良等问题。因此，实现复杂异形工件的温度控制，对提升加工质量、提高生产效率有重要意义。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的在于提供一种可任意变形的液态金属填充高导热柔性冷板，旨在保证柔性冷板与复杂异形工件装配时外形贴合，从而实现有效的温度控制，保证加工效果和加工质量。
4.为实现上述目的，本发明提供采用的技术方案如下：一种可任意变形的液态金属填充高导热柔性冷板，包括复杂异形工件和柔性冷板，柔性冷板外置安装在复杂异形工件上。
5.进一步的，柔性冷板的外形通过弯折或变形和复杂异形工件的外形保持一致。
6.进一步的，所述柔性冷板由柔性导热外壳、导热填料、柔性波纹管、内芯、进水口和出水口组成，柔性导热外壳内置有柔性波纹管，柔性波纹管内置有内芯，在柔性波纹管和柔性导热外壳之间设有导热填料，在柔性导热外壳的其中一端设有进水口，柔性导热外壳的另外一端设有出水口。
7.进一步的，柔性冷板通过柔性导热外壳和复杂异形工件紧密接触，通过内芯定形柔性冷板，防止柔性冷板的外形回弹。
8.进一步的，柔性冷板通过进水口和出水口向柔性波纹管内通入温度可控的工质，通过柔性波纹管、导热填料、柔性导热外壳进行热量传递，对复杂异形工件进行温度控制。
9.进一步的，柔性冷板在对复杂异形工件实施温度控制后，可通过外力变形恢复柔性冷板的原有外形或形成其他外形。
10.进一步的，所述柔性冷板的柔性导热外壳与柔性波纹管之间由液态金属进行填充，在进出水口通入流体工质后形成工件-柔性外壳-液态金属填充层-柔性波纹管-流体工质的有效导热路径，所述定形内芯在柔性冷板变形时发生塑性变形，定形芯在撤销变形外力后能保持柔性冷板变形形状，防止其回弹。
11.进一步的，所述液态金属填料可为液态镓金属、液态铟镓合金、液态金属基导热硅脂等，填充在柔性导热外壳和柔性波纹管之间，形成柔性导热外壳-液态金属-柔性波纹管的有效导热路径，所述柔性导热外壳具有一定的柔性和弹性，能在外力作用下进行变形，同时保持内部液态金属在内部分散较为均匀、不形成堆积(比如，在重力作用下液态金属不会在柔性冷板内部下方大量堆积，不会在下方聚集形成液态金属鼓包)。
12.进一步的，所述波纹管在经过机械打磨、化学清洗后去除原有稀疏、薄的氧化层，在含氧环境下经过高温氧化形成致密、厚的氧化层，在装配形成液态金属填充的柔性冷板后，致密、厚的氧化层能阻隔波纹管和液态金属之间发生反应，保证波纹管能够长时间和液态金属共存，不产生金属固体反应物影响液态金属流动性和导热性，防止液态金属侵蚀波纹管壁产生裂缝等缺陷影响波纹管密闭性。
13.进一步的，所述可任意变形为柔性冷板可在外力作用下弯曲成u形、s形等二维、三维形状以贴合各类外形工件，变形过程中定形内芯发生塑性变形，在变形外力撤销后，变形的定形内芯不会恢复形状，保证柔性冷板在定形内芯的支撑下仍然包保持变形形状、不回弹；在下一次外力的作用下，可对定形内芯进行再一次变形，达到工件要求的形状或者回复原来的形状。
14.进一步的，所述高导热柔性冷板在变形后由于变形程度的不一致，变形前、变形后外壳-波纹管之间的间隙形状不一样，容易造成低导热空气间隙等，在填充液态金属后，高流动性的液态金属在柔性冷板变形过程中被外壳、波纹管挤压在外壳-波纹管之间的间隙中流动，时刻填充外壳-波纹管之间的间隙，保证外壳和波纹管之间始终通过液态金属形成有效的外壳-液态金属-波纹管导热路径，在任意变形形状下都能够有效保持该导热通路，实现柔性冷板在任意变形下的高导热性能。
15.本发明的有益效果为：通过柔性冷板实现对复杂异形工件的温度控制，柔性冷板采用柔性导热外壳实现和复杂异形工件表面的紧密贴合；采用内芯对柔性冷板进行定形，防止柔性冷板外形的回弹，保持加工过程中和复杂异形工件表面的紧密贴合；采用柔性波纹管作为温控工质的流动通道；采用导热填料作为柔性波纹管和柔性导热外壳之间的导热介质；运行过程中，热量通过柔性波纹管、导热填料和柔性导热外壳在工质和复杂异形工件之间进行传递，实现加工过程中对复杂异形工件的有效温控。在复杂异形工件的生产加工中，例如焊接加工、铣削加工中，采用柔性冷板能对复杂异形工件进行有效的热量传递和温度控制，实现温控加工。该装置结构简单，容易操作，满足加工需求，提高加工质量。
附图说明
16.图1是本发明的柔性冷板装配示意图。
17.图2是本发明的柔性冷板结构示意图。
18.图3是本发明的柔性冷板结构剖面示意图。
19.图4是本发明的柔性冷板生产示意图。
20.附图标号，a-柔性冷板，a-1-柔性导热外壳，a-2-导热填料，a-3-柔性波纹管，a-4-内芯，a-5-进水口,a-6-出水口，b-复杂异形工件。
具体实施方式
21.为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用于限定本发明。
22.具体地，如图1-图4所示，本发明较佳实施例提出一种可任意变形的液态金属填充高导热柔性冷板，包括：柔性冷板a和复杂异形工件b。
23.更为具体地，所述柔性冷板a的外形可通过弯折等变形和复杂异形工件b的外形保持一致。
24.更为具体地，所述柔性冷板包括柔性导热外壳a-1、导热填料a-2、柔性波纹管a-3、内芯a-4、进水口a-5和出水口a-6,柔性导热外壳a-1内置有柔性波纹管a-3，柔性波纹管a-3内置有内芯a-4，在柔性波纹管a-3和柔性导热外壳a-1之间设有导热填料a-2，在柔性导热外壳a-1的其中一端设有进水口a-5，柔性导热外壳a-1的另外一端设有出水口a-6。
25.进一步地，所述柔性冷板a通过柔性导热外壳a-1和复杂异形工件b紧密接触；通过内芯a-4用于柔性冷板a的定形，防止柔性冷板a的外形回弹。
26.进一步地，所述柔性冷板a中可通过进出水口a-5向柔性波纹管a-3内通入温度可控的工质，通过柔性波纹管a-3、导热填料a-2、柔性导热外壳a-1进行热量传递，对复杂异形工件b进行温度控制。
27.进一步地，所述柔性冷板a在对复杂异形工件b实施温度控制后，可通过外力变形恢复柔性冷板a的原有外形或形成其他外形。
28.由此，采用柔性冷板a和复杂异形工件b通过柔性导热外壳a-1和内芯a-4在外形上相互贴合、紧密接触，通过柔性导热外壳a-1、导热填料a-2、柔性波纹管a-3搭建有效的热量传递路径，在加工过程中热量可以有效地在柔性冷板和复杂异形工件之间传递，实现有效的温度控制，解决了传统金属冷板无法变形、难以贴合复杂表面对其进行温度控制的问题，避免了其他温控方式如吹气、喷液等容易造成的温控效果不佳、加工结果不良等问题。
29.本发明一种可任意变形的液态金属填充高导热柔性冷板的工作原理如下：
30.柔性冷板a通过柔性导热外壳a-1和内芯a-4和复杂异形工件b在外形上实现相互贴合、保持紧密接触；通过柔性导热外壳a-1、导热填料a-2、柔性波纹管a-3搭建有效的热量传递路径；使用时，通过进出水口a-5流通温度可控的工质，实现对复杂异形工件b的有效温度控制，保证其在加工前、加工时、加工后都处于合适的温度范围内。在完成复杂异形工件b的温度控制后，柔性冷板a可以通过弯曲等变形方式恢复原有形状或形成其他外形。
31.在实际应用中，使用本发明一种可任意变形的液态金属填充高导热柔性冷板，可以保证柔性冷板和复杂异形工件之间紧密接触，实现有效的热量传递；加工过程中在柔性冷板内部流通温度可控的工质，进行有效的温度控制。此种用于复杂异形工件温度控制的柔性冷板结构简单，容易操作，制造方便，实现了复杂异形工件的有效温控，满足加工需求，提高加工质量。同时，该柔性冷板能恢复原有外形，形成其他外形，重复使用。
32.本发明柔性冷板可弯曲变形与各类工件外形一致，定形内芯用于柔性冷板的定形，防止柔性冷板的外形回弹；弯曲的柔性冷板内部，弯曲变形的导热外壳与柔性波纹管之间存在间隙，由液态金属在变形过程中进行填充，形成液态金属填充的高导热路径，对热流进行有效传递；所述柔性波纹管经过氧化处理形成致密、厚的氧化层，阻挡液态金属和波纹
管之间发生反应；在向上述柔性冷板中通入温度可控的流体工质，形成工件-柔性外壳-液态金属填充层-柔性波纹管-流体工质导热路径，对各类工件加工前、加工时、加工后进行热量控制和温度控制。本发明提供了一种液态金属填充的高导热柔性冷板，结构简单，容易操作，性能可靠，实现了各类形状工件或复杂加工路径的有效温度控制和热量控制，满足生产工艺需求，提高产品生产质量。
33.相比现有技术，本发明具有如下优点：该柔性冷板实现冷板和复杂异形工件的贴合，形成有效的热量传递路径；该柔性冷板内部可流通温度可控的冷却工质，实现有效的温度控制；该柔性冷板结构简单，成本低廉，便于制造；该柔性冷板冷板操作简单，技术要求度低，适合广泛使用；该柔性冷板安装简单，拆除简单，满足高效生产要求；该柔性冷板扩展性强，可以应用于具有其他复杂外形工件的温度控制。
34.以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种可任意变形的液态金属填充高导热柔性冷板，其特征在于：包括复杂异形工件和柔性冷板，柔性冷板外置安装在复杂异形工件上。2.根据权利要求1所述的一种可任意变形的液态金属填充高导热柔性冷板，其特征在于：柔性冷板的外形通过弯折或变形和复杂异形工件的外形保持一致。3.根据权利要求1所述的一种可任意变形的液态金属填充高导热柔性冷板，其特征在于：所述柔性冷板由柔性导热外壳、导热填料、柔性波纹管、内芯、进水口和出水口组成，柔性导热外壳内置有柔性波纹管，柔性波纹管内置有内芯，在柔性波纹管和柔性导热外壳之间设有导热填料，在柔性导热外壳的其中一端设有进水口，柔性导热外壳的另外一端设有出水口。4.根据权利要求1所述的一种可任意变形的液态金属填充高导热柔性冷板，其特征在于：柔性冷板通过柔性导热外壳和复杂异形工件紧密接触，通过内芯定形柔性冷板，防止柔性冷板的外形回弹。5.根据权利要求1所述的一种可任意变形的液态金属填充高导热柔性冷板，其特征在于：柔性冷板通过进水口和出水口向柔性波纹管内通入温度可控的工质，通过柔性波纹管、导热填料、柔性导热外壳进行热量传递，对复杂异形工件进行温度控制。6.根据权利要求1所述的一种可任意变形的液态金属填充高导热柔性冷板，其特征在于：柔性冷板在对复杂异形工件实施温度控制后，可通过外力变形恢复柔性冷板的原有外形或形成其他外形。

技术总结
本发明涉及一种可任意变形的液态金属填充高导热柔性冷板，柔性冷板可弯曲变形与各类工件外形一致，定形内芯用于柔性冷板的定形，防止柔性冷板的外形回弹；弯曲的柔性冷板内部，弯曲变形的导热外壳与柔性波纹管之间存在间隙，由液态金属在变形过程中进行填充，形成液态金属填充的高导热路径，对热流进行有效传递。本发明提供了一种液态金属填充的高导热柔性冷板，结构简单，容易操作，性能可靠，实现了各类形状工件或复杂加工路径的有效温度控制和热量控制，满足生产工艺需求，提高产品生产质量。质量。质量。


技术研发人员：程为铮 付本威 怀雷 储奔 王锐桐 邓涛 尚文 陶鹏
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2023.07.11
技术公布日：2023/10/19