加工微小型轴向沟槽铜管的多齿芯头齿形优化

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1、华南理工大学学报(自然科学版)第39卷第8期JournalofSouthChinaUniversityofTechnologyVol．39No．82011年8月(NaturalScienceEdition)August2011文章编号:1000-565X(2011)08-0001-06*加工微小型轴向沟槽铜管的多齿芯头齿形优化李勇王修坤曾志新(华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州510640)摘要:多齿芯头是制造微小型轴向内沟槽铜管(AIGCT)的芯模，其齿的几何形状直接影响管内壁沟槽的成形质量及自身的寿命．文中根据单个齿成形区

2、域的边界特征和AIGCT成形时矩形齿横截面金相图上呈现的金属流动特点，将成形区域划分为刚性区Ⅰ、塑性变形区、刚性区Ⅱ以及两个被压实的死区;使用上限法建立齿形成形的单位挤压力数学模型，并分析各参数对单位挤压力的影响机制，求解出金属最优流动方向的角度及其影响因素;从而优化出多齿芯头的齿形参数．关键词:微小型轴向内沟槽铜管;多齿芯头;优化;上限法中图分类号:TG306doi:10．3969/j．issn．1000-565X．2011．08．001随着微电子/光电子芯片热流密度急剧增加及拉拔力的影响，认为芯头与外模的位置之间存在一［1］［9

3、］有效散热空间日益狭小，具有高可靠性和无需额个最优角度;申卫华等利用二维弹塑性有限元软外电力驱动等特点的微热管已成为高热流密度光电件分析了外模模角与芯头锥角配合对于精密铜管拉［2］芯片的理想导热元件．微小型轴向内沟槽管是一拔工艺的影响．但是对于微小型轴向内沟槽管成形种制造高性能热管的重要坯管．当前，微小型轴向内过程中的芯头齿形优化设计问题尚未见报道．为解沟槽管主要采用钢球旋压成形的方法加工，已有研决这个问题，文中采用上限法来分析多齿芯头的几究者从不同角度对微小型内沟槽管的成形进行了研何形状对于沟槽管内壁齿槽成形时的影响规律，进［3］

4、究．李勇等分析了铜热管内壁微沟槽高速充液旋［10-11］而优化出多齿芯头最优齿形．考虑到微小型轴压的加工原理，利用有限元软件MSC．marc建立轴［12］向内沟槽热管具有其传热学要求，文中主要从改［4］向内沟槽管成形的有限元模型，根据数值模拟结善芯头所承受单位挤压力的角度出发，优化现有芯果并结合实验结果研究内沟槽管成形时的金属流动头的几何形状，以提高芯头的使用寿命．规律、应力应变和接触力分布，详细探讨了沟槽管内［5］壁齿槽的成形机理．同时，也发现多齿芯头失效1沟槽管内齿的成形模型问题比较突出，主要表现为多齿芯头的断齿与压溃［6］．芯

5、头失效如粘铜和局部崩裂等问题也出现在1．1沟槽管内齿的成形原理［7］铜管的拉拔过程中，黄东南等根据铜管拉拔过程微小型轴向矩形截面内沟槽管钢球旋压成形过［8］的数值模拟结果分析出芯头失效的原因．臧勇等程如图1(a)所示，四个大小相同的钢球由保持架和采用数值模拟的方法分析游动芯头的几何形貌对于套筒定位，四球心在垂直于铜管轴线的同一平面上，收稿日期:2011-01-17*基金项目:国家自然科学基金资助项目(50705031，50975096);广东省自然科学基金资助项目(S2011010002225);中央高校基本科研业务费专项资金资助项

6、目(2009ZM0096);广东省重大科技专项项目(2010A080802009)作者简介:李勇(1974-)，男，博士，副教授，主要从事微成形及面向节能与新能源的设计与制造技术研究．E-mail:meliyong@scut．edu．cn2华南理工大学学报(自然科学版)第39卷铜管和多齿芯头同轴．电机带动套筒以角速度ωc绕变得致密，晶粒在金属流动方向上拉伸成纤维组织，铜管轴线高速旋转，套筒带动钢球和保持架高速转且金属流动总体上呈扇形放射状，类似于正挤压工动，最终实现钢球以角速度ωa自转、以角速度ωr绕艺中金属即将被挤进模孔时的流动状

7、态;齿槽部的多齿芯头公转，同时铜管作水平向右轴向进给．钢球死区内晶粒呈堆积状态，这是因为金属受到芯头齿的高速旋压和铜管的轴向进给将光壁铜管加工成具顶的阻碍作用而不发生流动;齿内和管壁处的均匀有矩形齿结构的微小型轴向内沟槽管．图1(b)为多流动区内各个质点的金属流动方向平行，晶粒拉伸齿芯头和加工出的微小型轴向内沟槽管，沟槽管的方向一致．外径为6mm．实验中沟槽管直径为6mm，齿数为60，单个齿成形区域对应沟槽管轴线的角度为6°，可将成形区域边界处和齿顶处的圆弧简化为直线，根据实际加工过程中沟槽管内单个齿成形区的金属流动特点，可见沟槽管

8、单个齿的成形过程可简化为如图3(b)所示的正挤压成形过程．图3齿成形过程示意图Fig．3Schematicdiagramoftheformingprocessforteeth金属塑性变形分区的研究已经取得很多成果，［13］王仲仁指出L