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，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。目前傳統(tǒng)機械刀具加工方式無法或者很難實現(xiàn)微槽加工，而激光是加工微槽的一個有效手段，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制造技術(shù)研究所激光與智能能量場制造團隊對使用激光在復(fù)雜曲面上加工微槽的工藝進行了深入的研究和大量的實驗，近期取得新進展。
圖1、刻微槽對表面散熱能力的影響仿真局部分析
首先進行了仿真分析，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?？涛⒉酆蟮膿Q熱表面積約為刻微槽前的3.6倍。刻微槽后鋁板溫度從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流換熱系數(shù)分別為5.37W/㎡·K和3.75W/㎡·K?？涛⒉酆蠼禐樵瓉淼?.7。
根據(jù)仿真要求和所設(shè)計的參數(shù)展開工藝實驗，調(diào)節(jié)激光掃描頻率、圖形填充密度、加工能量、系統(tǒng)移動速度等。改進加工思路，通過微槽陣列測試加工工藝，通過5組平板實驗，最終驗證矩陣陣列加工，不但將加工時間大大縮短為原來的1/10，同時解決加工不穩(wěn)定現(xiàn)象。
通過工藝探索研究，最終解決傳統(tǒng)機械刀具加工方式無法實現(xiàn)的微槽加工，激光去除加工工藝，實現(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)過激光加工后布滿微槽
圖4、激光共聚焦顯微鏡下測量加工的微槽
帽蓋外表面加工微槽對提升帽蓋表面散熱性能有利，對降低中心平臺溫度有利。經(jīng)本項目刻槽加工后，帽蓋表面散熱能力可提升為原來的2.5倍（外部自然對流條件下）。上述工作得到了中國科學(xué)院科研裝備研制項目的支持。
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