佛山市南海区官窑南忆联铝制品有限公司
涨知识丨大悬臂散热器型材模具的设计二:导流式结构设计


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铝挤压散热器铝棒材质


  从熔炉出来后的铝棒切断后进行抽样检验,以备挤压成型。将铝在660ºC的高温下熔化,根据需要向其添加其他元素,使其拥有我们所需要的性质。铝材中含AL98%,还含有Fe、Mg、Cu、Si、S、P等元素。AL6063中Cu的含量较高,所以传导性较高。含铜量的大小将直接影响到导电率的好坏和散热片的散热效果。



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铝挤压散热器设计计算



  首先:设计之前,我们必须考虑散热器片的厚度,应当首先考虑到,一般情况下散热器片的厚度小于0.5mm时,模具就较难制作,目前模具制造业界最薄可以做到0.4mm。因为模具在挤模之前必须经过抛光处理,将模具表面处理平整,太薄的Fin使得模具间隙很小,以至于无法对模具进行抛光处理。


  其次:在挤型模的设计中,要注意的设计参数是倍数。


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倍数定义



  模具按倍数高低可以划分为普通倍数(12-17倍),中倍(17-19倍),高倍(19倍以上)三类。


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倍数的计算方法


  A为齿尖间隙,B为齿根间隙,H为齿的高度。



  再次:制约模具向更高倍数发展的主要因素是模板的强度,从上边的公式可以看出,倍数是与齿的高度成正比,与齿间隙成反比。当倍数超过25倍时,开模的成功率就很低。是因为当齿的高度较大时,模具根部将承受更大的压力,很容易出现根部断裂,就是我们所说的爆模。而当齿间隙较小,那么模具承受压力面积就较小。一样会出现短裂。见下图:


强度不够造成模具齿部发生断裂


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散热器影响尺寸精度的因素


01


  在铝挤成型的过程中要经过冷却、拉伸两个步骤。冷却过程中,特别是体积较大的散热器,热胀冷缩现象会更为明显,由于形状,材料或降温条件的不同都会影响到最后的尺寸,所以使得尺寸很难做的非常精确,许多模具设计师都是靠多年来的经验来控制缩小偏差。


02


  由于铝料在挤出的过程中温度较高,硬度较小,搬运过程会很容易发生弯曲变形,所以要对其进行拉直,在拉直的过程中,铝料的内部晶体结合方式会发生改变,会使得铝料的强度增强。在拉直前后,铝料的外形尺寸会缩小3-4条,所以在一定程度上,拉直也会对最后散热器成品的尺寸精度有影响。


03


  在挤型的过程中,模具的加工工艺水平,比如平面度,模具有毛边或者导流板设计的缺陷都会影响到尺寸的精度。


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散热器模具设计考虑因素


01


  由于模具截面大小不同,所以会导致铝料通过模具各处横截面的流量与流速不尽相同。铝料受到相同的压挤力的情况下,铝料会出现大部分流向面积较大的截面,而截面积较小的散热器部经过的铝料就会较少,容易出现缺料现象。并且截面积大的部分,流速也会比截面积小的地方快。使得同时进料,但不能同时出料。所以在设计时,应当考虑如何解决流量与流速不等的问题。


02


  在挤压模具过程中,是以摩擦力的动平衡原理以达到控制铝料流速的目的。铝料在挤压过程中与模具内表面上会产生摩擦力。模具在电火花加工时,会在模具内中加工出一个台阶,而且台阶在不同部分的深度不一样,在间隙较小的最后底部,深度会较浅。在下沉的底部,台阶深度会较深。台阶的作用就是控制铝料受挤时的总摩擦力大小,通过摩擦力来控制出料的速度。如此设计还可以起到避空作用,使得出料时不会被挂伤。


03

模具模拟示意图



04

摩擦力



  当铝料受到压力时,会将压力传递给模具,铝料在通过模具时会向模具四周的壁施加压力,有压力就会产生摩擦力。所以在积压的过程中都会有摩擦力伴随。


05

摩擦力与动平衡


  铝挤加工,是通过控制摩擦力工作的有效路程来控制总摩擦力的大小。


  在面积较大的地方会出现挤速较快,所以就使这一段受摩擦力的路程大些,使得这部分受到的总压力就会大,摩擦产生的阻力会使铝料通过的速度变慢。反之在面积较小地方,由于间隙较小,所以将摩擦力工作的路程减小,相对面积大的地方受到的摩擦力就会小很多,这样挤料所受到的阻力就相对较小,出料速度就会变大。


  这就是采用控制摩擦力大小的方法来平衡出料速度。



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铝挤压散热器模具结构


  模具按其结构可分为前模,中模(成型部分)和后模三部分。


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导流板


  前模又称导流板,主要起导流作用。导流板先将铝料的挤压力缓解,使得铝料通过导流孔,在后腔重新会聚。会聚后的压力会同时均匀的作用在模具上。



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成型部分


  中模主要起到成型的作用。将前模导流后的铝料进行精细排挤,由于中模的加工精度高,所以这是保证挤型尺寸精度的重要环节。所以中模的加工精度将直接关系到产品的质量。



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模具总体结构


  挤出的铝料在后模主要冷却并加强其硬度。铝料刚挤出来时,硬度较小,经过冷却后其硬度会加强,然后用拉伸机对铝料进行拉伸定型,使其内部金属微粒重新结晶。最后放入时效炉进行加温处理,以进一步提高铝料的强度。



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铝挤压散热器模具设计


  1、导流设计参数


  1)底板壁厚较厚,故只留8mm的引流存料量。


  2)齿尖的引流存料量为底板引流存料量的1.5倍。


  3)边齿的引流存料量为底板引流存料量的2倍。


  4)底板的壁厚太大,故用遮挡法设计导流。



  2、工作带设计参数



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散热器模具设计改进优化



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散热器挤压工艺和注意事项


  一、对于高密齿和舌比大的铝挤压模具试模时,第一支铝棒必须是150-200mm的短铝棒或纯铝棒。


  二、试模前,必须调整好铝挤压机挤压中心,挤压轴、盛锭筒和模座出料口在一条中心线上。


  三、在试模和正常生产过程中,铝棒加热温度要保证在480-520℃之间。


  四、铝型材模具加热温度按常规模具温度,控制在480℃左右,直径200mm以下的平模保温时间不得少于2小时,如果是分流模保温在3小时以上;直径大于200mm以上的模具保温4-6小时,以保证模具芯部温度与外部温度的均匀。


  五、在试模或生产前,必须用清缸垫清理干净盛锭筒内胆,并查看挤压机空运行是否正常。


  六、试模或刚开始生产时,挤压机自动档关掉,各段开关归零位。从最小压力开始慢慢的起压,出料大概3-5分钟,铝填充过程时主要控制好压力。压力控制在100Kg/cm2以内,电流表数据为2-3A以内,一般80-120Kg/cm2可以出料,之后才可慢慢的加速,正常生产时挤压速度以压力小于120 Kg/cm2为准。



  七、铝合金型材模具在试模或生产过程中,如发现堵模、偏齿、快慢偏差太大等现象时要立刻停机,并以点退的方式卸模,避免模具报废。


  八、在试模或铝材生产过程中,出料口必须通畅,垫支或夹具松劲根据出料情况合理掌握。随时观察发现异常情况,及时处理,该停机时要立即停机。


  九、矫直过程中,要认真检测前后变化,操作规范,用力适度,严保产品质量。


  十、按照铝材生产计划单要求合理定尺,锯切时,锯齿进料速度不能太快,避免打伤端头,端头必须钳正,去掉飞边和毛刺。


  十一、铝合金型材装筐要规范,包括垫条要摆放合理,避免损伤型材。


  十二、铝型材时效温度控制在190±5℃,保温2.5-4小时,出炉后进行风冷。


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