[发明专利]增材制造微通道换热器内表面磨料流磨削装置及方法

说明书

增材制造微通道换热器内表面磨料流磨削装置及方法属于增材制造后处理技术领域。现有技术未能有效提高增材制造的微通道换热器内表面的光洁度。在本发明之磨削装置中，二维移动平台、磨料流循环系统、Z向电磁铁固定在一个基座上，Z向电磁铁位于二维移动平台上方并朝向二维移动平台，磨料流循环系统的柔性循环管伸向二维移动平台上方；二维移动平台中的伺服电机、磨料流循环系统中的循环泵、Z向电磁铁的线圈开关由一个PLC芯片控制。本发明之磨削方法包括：找到增材制造的待磨削微通道换热器的原有三维数字模型；编写G代码路径控制程序；装夹微通道换热器；由PLC芯片控制二维移动平台带动所述微通道换热器进行二维移动，对微通道内表面进行磁力研磨。

技术领域

本发明涉及一种增材制造微通道换热器内表面磨料流磨削装置及方法，属于增材制造后处理技术领域。

背景技术

微通道换热器是一种在固体基质上制造的、可用于流体或者固体热传递的三维结构单元，如图1所示，具有热管理和余热回收功能，结构紧凑，被用在紧凑、可靠、强力、便携和高通量的微尺度燃烧系统中，例如，所述微尺度燃烧系统热通量已是以往燃烧系统的若干倍。微通道换热器内部的微通道至少一个内部尺寸壁至壁等于或小于1厘米，优选等于或小于2毫米，在一些实施方式中约等于或小于1毫米。另外，微通道换热器其内表面粗糙度与其传质、传热效能密切相关，需要最大程度地降低其内表面粗糙度。鉴于此，现有技术采用传统机加方法制作微通道换热器时，制作出上下对称的两部分，也就是分体加工，然后对向扣合组装，形成密闭的微通道，并且微通道内表面粗糙度能够做到很低，但是，由于存在装配缝隙，会导致热量逸散。

增材制造技术作为一种微制造技术，能够加工出尺寸更小、结构更复杂的三维结构。采用增材制造技术制造微通道散热器，不仅能够极大地增大微通道换热器单位体积的换热面积，如目前微通道换热器的换热能力已达到300MW·m^-3·k^-1，而且能够一次性直接完成制造过程，不存在所谓的装配缝隙，这种微通道换热器在使用中也就不会发生所谓的热量逸散。然而，采用增材制造技术制造的微通道换热器，其内表面粗糙度高，且尚无实用方法解决该问题。

现有磁力研磨(Magnetic Abrasive Finishing,MAF)技术能够有效和经济地提高金属、陶瓷工件内、外表面加工质量，往往不受工件尺寸、结构、形状所限。磁力研磨加工方法先将铁磁颗粒和磨料(氧化铝、碳化硅、立方氮化硼和金刚石等)烧结在一起形成铁磁性磨料，在磁力研磨过程中，在磁场的作用下，铁磁性磨料聚集到一起，形成磁力研磨刷，施加外力使磁力研磨刷与工件间发生相对运动，磁力研磨刷中的铁磁性磨料将对工件表面进行磨削。

发明内容

为了提高采用增材制造方法制造的微通道换热器内表面质量，我们发明了一种增材制造微通道换热器内表面磨料流磨削装置及方法，应用磁力研磨技术，利用微通道换热器整体封闭的结构特点，在驱动磁性磨料流流经微通道的过程中，施加磁力，由其中的铁磁性磨料磨削微通道换热器内表面，大幅降低粗糙度。

本发明之增材制造微通道换热器内表面磨料流磨削装置其特征在于，二维移动平台、磨料流循环系统、Z向电磁铁固定在一个基座上，Z向电磁铁位于二维移动平台上方并朝向二维移动平台，磨料流循环系统的柔性循环管伸向二维移动平台上方；二维移动平台中的伺服电机、磨料流循环系统中的循环泵以及Z向电磁铁的线圈开关由一个PLC(可编程逻辑控制器)芯片控制。

本发明之增材制造微通道换热器内表面磨料流磨削方法其特征在于：

步骤一、找到增材制造的待磨削微通道换热器的原有三维数字模型，了解所述微通道换热器的内部微通道走向；

步骤二、根据所述微通道换热器的内部微通道走向规划二维移动平台的二维移动路径，将该路径编写为G代码路径控制程序；

步骤三、将所述微通道换热器固定于二维移动平台上，将磨料流循环系统的柔性循环管与所述微通道换热器的微通道进口、出口相接；