小直徑深孔冷板流道槍鉆加工工藝參數(shù)研究*

李子昂，楊 林

(南京電子技術(shù)研究所， 江蘇 南京 210039)

小直徑深孔冷板流道槍鉆加工工藝參數(shù)研究*

李子昂，楊 林

(南京電子技術(shù)研究所， 江蘇 南京 210039)

小直徑深孔冷板流道的加工精度直接影響深孔冷板的散熱效率和使用壽命。文中采用正交實(shí)驗(yàn)法對深孔流道的槍鉆加工工藝進(jìn)行了研究，通過分析刀具轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量及冷卻液流量對深孔流道中心線偏差的影響規(guī)律，優(yōu)化了工藝參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果表明，小直徑深孔冷板流道中心線偏斜≤ 0.9 mm/m，可滿足深孔冷板的精度要求。

冷板；槍鉆加工工藝參數(shù)；中心線偏差

引 言

深孔冷板是采用深孔流道與堵頭封焊的新型結(jié)構(gòu)冷板，與傳統(tǒng)的階梯凹槽加蓋板結(jié)構(gòu)的攪拌摩擦焊冷板相比，深孔冷板具有重量輕、壁薄和換熱效率高等優(yōu)點(diǎn)，可提高液冷系統(tǒng)的散熱性能[1-3]。深孔冷板內(nèi)部有多條深孔流道，這些流道的孔徑小，長徑比大(通?！?00)，精度要求高，尤其是中心線偏斜要求達(dá)到1 mm/m。若深孔流道的中心線偏斜超差，冷板的流道壁就會過薄甚至被貫穿，從而導(dǎo)致整套冷板報廢。

本文針對小直徑深孔冷板流道的槍鉆加工，采用正交試驗(yàn)法研究了工藝參數(shù)對深孔流道中心線偏斜的影響規(guī)律，確定了優(yōu)化工藝參數(shù)組合。試驗(yàn)表明，通過優(yōu)化切削參數(shù)，加工的小直徑深孔流道中心線偏斜小，鉆孔效率高，可滿足深孔冷板的設(shè)計精度和加工效率要求。

1 小直徑深孔冷板流道結(jié)構(gòu)

小直徑深孔冷板由相互貫穿的多個小直徑深孔通過封焊堵頭后形成冷卻液流道。典型深孔冷板的結(jié)構(gòu)如圖1所示。深孔冷板流道直徑為3～5 mm，最小壁厚僅為1.45 mm，最小中心孔間距為1.5 mm，最高長徑比可超過200，中心線偏斜要求小于1 mm/m。由于深孔冷板流道的直徑小，孔深長，對表面質(zhì)量和精度要求高，因此無法采用常規(guī)鉆孔方法，必須采用槍鉆深孔加工技術(shù)進(jìn)行加工[4-6]。

深孔冷板流道的中心線偏斜Δ是指深孔實(shí)際中心線與理論中心線之間的偏差δ與深孔長度l的比值，即Δ=δ/l, 如圖2所示。若深孔冷板流道的中心線偏斜超差，冷板的流道壁就會過薄，在使用過程中就會出現(xiàn)鼓包，發(fā)生泄漏，甚至被直接貫穿，從而直接影響深孔冷板的可靠性和使用壽命。

圖1 典型深孔冷板結(jié)構(gòu)

圖2 深孔中心偏斜示意圖

2 深孔流道槍鉆加工試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方法及工藝條件

根據(jù)雷達(dá)產(chǎn)品中小直徑深孔流道冷板的典型結(jié)構(gòu)，針對5A05鋁合金冷板中直徑為4 mm的深孔流道的槍鉆加工進(jìn)行正交試驗(yàn)研究。深孔槍鉆加工試驗(yàn)的工藝條件見表1。

表1 深孔槍鉆加工試驗(yàn)工藝條件

在深孔槍鉆加工過程中，刀具轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量及冷卻液流量是影響深孔中心線偏差的主要工藝參數(shù)。因此選取刀具轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量及冷卻液流量作為3個影響因素，每個因素取3個水平，根據(jù)試驗(yàn)工藝條件和深孔加工經(jīng)驗(yàn)選取各參數(shù)水平值，見表2。

表2 槍鉆加工參數(shù)水平

本試驗(yàn)為3因素3水平的正交試驗(yàn)，采用L9(34)正交表，見表3。每組工藝參數(shù)進(jìn)行12次加工試驗(yàn)，共鉆削108個深孔。加工后的深孔加工試驗(yàn)件如圖3所示。

表3 槍鉆試驗(yàn)正交表

圖3 深孔加工試驗(yàn)件

2.2 結(jié)果和分析

加工后的試件使用高度儀分別測量兩端面深孔中心相對于試件X向基準(zhǔn)面的距離x1和x2， 相對于Y向基準(zhǔn)面的距離y1和y2，則兩端面深孔中心的X向和Y向間距分別為Δx=x1-x2，Δy=y1-y2，如圖2所示。深孔理論中心線與實(shí)際中心線的偏差δ可表示為

(1)

可根據(jù)測量結(jié)果，通過式(1)計算得到各深孔的中心線偏差，進(jìn)而得到各組參數(shù)的中心線偏差δ的平均值，見表4。

表4 正交試驗(yàn)結(jié)果 mm

參數(shù)組123456789δ平均值0.1820.2220.2250.2860.2430.2510.2950.2980.229

根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果做出各因素對中心線偏差δ平均值的影響趨勢圖，如圖4所示。從圖4可以看出，隨著刀具轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和冷卻液流量的升高，深孔流道中心線偏差δ平均值逐漸增大；對中心線偏差影響最大的是刀具轉(zhuǎn)速，最小的是冷卻液流量。因此對于5A05鋁合金冷板的Φ4 mm深孔流道，要想獲得最優(yōu)中心線偏差，槍鉆加工參數(shù)就應(yīng)為：刀具轉(zhuǎn)速2 000 r/min，進(jìn)給量6 μm/rev，冷卻液流量45 L/min。

圖4 加工參數(shù)影響趨勢圖

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

根據(jù)得到的最優(yōu)槍鉆加工參數(shù)進(jìn)行了深孔加工驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)條件與表1相同，共加工72個深孔。同樣使用高度儀分別測量各深孔中心的X向和Y向間距Δx與Δy，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制了深孔中心線偏差分布圖，如圖5所示。

圖5 深孔中心線偏差結(jié)果分布圖

圖5所示深孔中心線偏差的平均值為0.164 mm，其分布區(qū)間見表5。從表5可知，驗(yàn)證試驗(yàn)加工的72個Φ4 mm × 400 mm深孔的中心線偏差均在0.4 mm以內(nèi)，其中小于0.3mm的共有63個，占到總孔數(shù)的87.5%。試驗(yàn)結(jié)果表明，使用優(yōu)化工藝參數(shù)組合可使深孔中心線偏斜≤ 0.9mm/m，可滿足小直徑深孔冷板流道的加工精度要求。

表5 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果(Φ4 mm × 400 mm)

3 結(jié)束語

本文通過正交試驗(yàn)法研究了槍鉆加工工藝參數(shù)對小直徑深孔中心線偏斜的影響規(guī)律。結(jié)果表明，深孔中心線偏斜隨刀具轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和冷卻液流量升高而增大，其中刀具轉(zhuǎn)速的影響最大。文中確定了最優(yōu)工藝參數(shù)組合，使用該參數(shù)組加工的深孔中心線偏斜≤ 0.9 mm/m，并且加工效率良好，可有效解決小直徑深孔冷板流道的高效精密加工問題。

[1] 解金華, 鄒吾松. 某機(jī)載S形深孔液冷板優(yōu)化設(shè)計[J]. 電子機(jī)械工程, 2014, 30(4): 1-4.

[2] 王從思, 宋正梅. 微通道冷板在有源相控陣天線上的應(yīng)用[J]. 電子機(jī)械工程, 2013, 29(1): 1-4.

[3] 束瑛. 微通道冷板導(dǎo)熱性優(yōu)化設(shè)計[J]. 電子機(jī)械工程, 2009, 25(2): 8-9.

[4] 池憲, 閏兵. 航空復(fù)雜殼體深小孔的高效精密加工技術(shù)[J]. 航空精密制造技術(shù), 2012, 48(3): 37-40.

[5] 胡江林, 焦劍. 加工銀銅合金槍鉆切削參數(shù)優(yōu)化[J]. 工具技術(shù), 2012, 46(3): 28-31.

[6] 朱麗娜, 梁寧. 一種航空液冷機(jī)箱集成制造工藝技術(shù)[J]. 電子機(jī)械工程, 2013, 28(28): 60-62.

李子昂(1984-)，男，工程師，主要從事精密制造及電子設(shè)備制造工藝研究。

楊 林(1982-)，男，工程師，主要從事精密制造及電子設(shè)備制造工藝研究。

Research on Gun-drilling Parameters of Deep Channel Hole with Small Diameter of Cold Plate

LI Zi-ang，YANG Lin

(NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology,Nanjing210039,China)

The machining precision of the deep channel hole with small diameter of the cold plate has direct effect on the thermal performance and service life of the cold plate. The gun-drilling method of the deep channel hole is researched by orthogonal experiments in this paper. The effects of the rotation speed of the tool, the feed rate and the flow rate of the coolant on the center line deviation of the deep channel hole are analyzed and thus the optimal gun-drilling parameters are obtained. The experimental results show that the center line deviation of the deep channel hole with small diameter (smaller than or equal to 0.9 mm/m) meets the accuracy requirement of the cold plate.

cold plate; gun-drilling parameters; center line deviation

2016-01-27

TK124

A

1008-5300(2016)02-0062-03