本发明涉及一种用于搅拌摩擦制造的搅拌头及应用其制备水冷通道的方法，属于水冷板制造技术领域。
背景技术：
伴随着新能源汽车技术的飞速发展，动力锂电池被广泛应用于电动汽车生产制造。由于应用场景需求，动力锂电池作为移动能源，在安全的前提下对体积和能量密度尽可能有高的要求，以达到更为持久的续航能力。同时，新能源汽车用户还希望其能够安全快充，这使得整个电池系统的能量密度及耗散功率急剧增大。高密度高充电速率要求下的电池包带来了严峻的热管理问题，研究表明，在影响动力电池包系统可靠性的多种因素中，散热至关重要，往往需要配合水冷板改善散热性能。
现有水冷板采用上下结合的结构组装而成，二者界面需要大面积的密封，通常在此过程中需要引入钎焊、氩弧焊等焊接方式以避免发生漏水的问题，这种工艺费时费力、加工难度大、且焊接过程可能出现的缺陷问题也容易导致漏水的风险。此外，水冷板还采用钻孔后封堵的方式加工制成，由于水冷通道往往较长，对钻头的性能要求极高，带来了高昂的加工成本，且其加工所得大多是圆孔，散热面积有限，不适用于大尺寸大规模的水冷板的加工需求。因此，提供一种新型的制备水冷通道的方法是十分必要的。
技术实现要素：
本发明为了解决上述水冷板制备问题，提供一种基于搅拌摩擦原理的工艺简单、冷却效果好、密封性好且可重复性好的水冷通道制备工艺，及相应的搅拌摩擦制造的搅拌头。
本发明的技术方案：
一种用于搅拌摩擦制造的搅拌头，该该搅拌头包括上安装体1和下搅拌体2，上安装体1和下搅拌体2为一体成型结构，所述的上安装体1为圆柱体，圆柱面上设有夹持安装面1-1；所述的下搅拌体2包括轴肩2-1和搅拌针2-2，轴肩2-1的上、下端面分别与上安装体1的下端面和搅拌针2-2的上端面连接，轴肩2-1的下端面为外凸弧状；搅拌针2-2为一体成型结构由上到下依次为左旋螺纹圆台2-2-1、凸台2-2-2和右旋螺纹圆台2-2-3。
进一步限定，轴肩2-1的下端横截面直径d为10mm～30mm，轴肩2-1的下端面的外凸角度θ2为0°～20°。
更进一步限定，搅拌针2-2与轴肩2-1连接处的直径d1为轴肩2-1下端横截面直径d的0.2～0.5倍。
更进一步限定，搅拌针2-2的轴向长度为l1，l1的取值范围为3mm～10mm。
更进一步限定，凸台2-2-2直径d2为轴肩2-1下端横截面直径d的0.4～0.8倍，且d2不小于直径d1，凸台高度l2为l1长度的0.2～0.5倍。
更进一步限定，左旋螺纹圆台2-2-1为在圆锥台的锥面上开设左旋螺纹螺，左旋螺纹螺距为0.3mm～1mm，右旋螺纹圆台2-2-3为在圆锥台的锥面上开设右旋螺纹螺，右旋螺纹螺距为0.3mm～1mm，且左旋螺纹圆台2-2-1的左旋螺纹螺距与右旋螺纹圆台2-2-3的右旋螺纹螺距相等，左旋螺纹圆台2-2-1和右旋螺纹圆台2-2-3的旋转轴与母线之间的夹角相同均为θ1，θ1的取值范围为5°～15°。
进一步限定，搅拌头材质为热作模具钢、高速钢、硬质合金或陶瓷。
应用上述搅拌头制备水冷通道的方法，该方法的具体操作过程为：搅拌头以50-10000rpm的旋转速度沿水冷通道入口，从水冷板坯料3的侧边进入水冷板坯料3，轴肩2-1的下端面的边缘高于水冷板坯料上表面0.05mm～0.3mm处，搅拌头进速度为50mm/min-3000mm/min，并最终从水冷通道出口处退出水冷板坯料，完成水冷板坯料3上的水冷通道4的加工。
进一步限定，水冷板坯料3为通过铸造、机加工或挤压成型的方式制备的板材。
更进一步限定，水冷板坯3料材质为铝、铝合金、铜、铜合金、银或银合金。
本发明具有以下有益效果：本发明采用搅拌头对水冷板坯料进行水冷通道的一体式加工，搅拌头的左旋螺纹圆台在搅拌头逆时针旋转时对材料施加向上流动的效果，凸台在搅拌头旋转时对材料施加远离轴心流动的效果，同时右旋螺纹圆台在搅拌头逆时针旋转时对材料施加向下流动的效果，三者效果结合在搅拌摩擦过程使得热塑化水冷板材料远离搅拌针中心区域，继而达到增材摩擦焊的效果，同时多余材料从轴肩边缘以飞边或碎屑的形式排出，在水冷板坯料上直接获得一道连续可控的水冷通道，无需额外焊接步骤，不存在泄露的风险，安全性高。同时该方法工艺简单、成本低廉、水冷通道体积占比高、散热面积大、冷却性能好且可重复性良好。
附图说明
图1为搅拌头的结构示意图；
图2为图1中a处的放大图；
图3为搅拌头在水冷板坯料上制备水冷通道的工作过程示意图；
图4为搅拌头在水冷板坯料上制备水冷通道的工作过程材料局部流动行为示意图；
图中1-安装体，2-下搅拌体，3-水冷板坯料，4-水冷通道，5-材料排出区，1-1-夹持安装面，2-1-轴肩，2-2-搅拌针，2-2-1-左旋螺纹圆台，2-2-2-凸台，2-2-3-右旋螺纹圆台。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。
具体实施方式1：如图1和图2所示，本发明的搅拌头包括上安装体1和下搅拌体2，上安装体1和下搅拌体2为一体成型结构，所述的上安装体1为圆柱体，圆柱面上设有夹持安装面1-1；所述的下搅拌体2包括轴肩2-1和搅拌针2-2，轴肩2-1的上、下端面分别与上安装体1的下端面和搅拌针2-2的上端面连接，轴肩2-1的下端面为外凸弧状；搅拌针2-2为一体成型结构由上到下依次为左旋螺纹圆台2-2-1、凸台2-2-2和右旋螺纹圆台2-2-3。如此设置，左旋螺纹圆台2-2-1在搅拌头逆时针旋转时对材料施加向上流动的效果，凸台2-2-2在搅拌头旋转时对材料施加远离轴心流动的效果，右旋螺纹圆台2-2-3在搅拌头逆时针旋转时对材料施加向下流动的效果，三者效果结合在搅拌摩擦过程使得热塑化水冷板材料远离搅拌针中心区域，同时多余材料从轴肩2-1边缘以飞边或碎屑的形式排出，形成一道连续可控水冷通道，最终实现水冷板的一体化制造。
其中该搅拌头的轴肩2-1的下端横截面直径d为20mm，轴肩2-1的下端面的外凸角度θ2为10°。搅拌针2-2与轴肩2-1连接处的直径d1为8mm，搅拌针2-2的轴向长度为l1为8mm，凸台2-2-2直径d2为12mm，凸台高度l2为2mm，左旋螺纹圆台2-2-1的左旋螺纹螺距为0.75mm，右旋螺纹圆台2-2-3的右旋螺纹螺螺距为0.75mm，左旋螺纹圆台2-2-1和右旋螺纹圆台2-2-3的旋转轴与母线之间的夹角相同均为θ1为15°，搅拌头材质为热作模具钢。
具体实施方式2：应用具体实施方式1的搅拌头在水冷板坯料进行水冷通道的加工，具体加工过程为：如图3和图4所示，在预先制备好的水冷板坯料表面上，搅拌头以1200rpm的旋转速度沿水冷通道入口处侧向进入水冷板坯料，其中轴肩2-1边缘应高于水冷板上表面0.15mm，使多余材料从轴肩2-1边缘以飞边或碎屑的形式排出，同时搅拌头沿所需水冷通道形状以2000mm/min的行进速度v移动，并最终从水冷通道出口处退出，实现连续可控水冷通道结构；对水冷通道入口和出口、水冷板上表面处进行打磨、清洗，对水冷通道内部进行冲洗，得到所需水冷板。
1.一种用于搅拌摩擦制造的搅拌头，其特征在于，该搅拌头包括上安装体(1)和下搅拌体(2)，上安装体(1)和下搅拌体(2)为一体成型结构，所述的上安装体(1)为圆柱体，圆柱面上设有夹持安装面(1-1)；所述的下搅拌体(2)包括轴肩(2-1)和搅拌针(2-2)，轴肩(2-1)的上、下端面分别与上安装体(1)的下端面和搅拌针(2-2)的上端面连接，轴肩(2-1)的下端面为外凸弧状；搅拌针(2-2)为一体成型结构由上到下依次为左旋螺纹圆台(2-2-1)、凸台(2-2-2)和右旋螺纹圆台(2-2-3)。
2.根据权利要求1所述的一种用于搅拌摩擦制造的搅拌头，其特征在于，所述的轴肩(2-1)的下端横截面直径d为10mm～30mm，轴肩(2-1)的下端面的外凸角度θ2为0°～20°。
3.根据权利要求2所述的一种用于搅拌摩擦制造的搅拌头，其特征在于，所述的搅拌针(2-2)与轴肩(2-1)连接处的直径d1为轴肩(2-1)下端横截面直径d的0.2～0.5倍。
4.根据权利要求3所述的一种用于搅拌摩擦制造的搅拌头，其特征在于，所述的搅拌针(2-2)的轴向长度为l1，l1的取值范围为3mm～10mm。
5.根据权利要求4所述的一种用于搅拌摩擦制造的搅拌头，其特征在于，所述的凸台(2-2-2)直径d2为轴肩(2-1)下端横截面直径d的0.4～0.8倍，且d2不小于直径d1，凸台高度l2为l1长度的0.2～0.5倍。
6.根据权利要求5所述的一种用于搅拌摩擦制造的搅拌头，其特征在于，所述的左旋螺纹圆台(2-2-1)为在圆锥台的锥面上开设左旋螺纹螺，左旋螺纹螺距为0.3mm～1mm，右旋螺纹圆台(2-2-3)为在圆锥台的锥面上开设右旋螺纹螺，右旋螺纹螺距为0.3mm～1mm，且左旋螺纹圆台(2-2-1)的左旋螺纹螺距与右旋螺纹圆台(2-2-3)的右旋螺纹螺距相等，左旋螺纹圆台(2-2-1)和右旋螺纹圆台(2-2-3)的旋转轴与母线之间的夹角相同均为θ1，θ1的取值范围为5°～15°。
7.根据权利要求1所述的一种用于搅拌摩擦制造的搅拌头，其特征在于，所述的搅拌头材质为热作模具钢、高速钢、硬质合金或陶瓷。
8.一种应用权利要求1所述的搅拌头制备水冷通道的方法，其特征在于，该方法的具体操作过程为：搅拌头以50rpm-10000rpm的旋转速度沿水冷通道入口，从水冷板坯料(3)的侧边进入水冷板坯料(3)，轴肩(2-1)的下端面的边缘高于水冷板坯料上表面0.05mm～0.3mm，搅拌头行进速度为50mm/min-3000mm/min，并最终从水冷通道出口处退出水冷板坯料，完成水冷板坯料(3)上的水冷通道(4)的加工。
9.根据权利要求8所述的搅拌头制备水冷通道的方法，其特征在于，所述的水冷板坯料(3)为通过铸造、机加工或挤压成型的方式制备的板材。
10.根据权利要求9所述的搅拌头制备水冷通道的方法，其特征在于，所述的水冷板坯3料材质为铝、铝合金、铜、铜合金、银或银合金。
技术总结