散熱鋁型材擠壓模具設(shè)計(jì)

郭宇光

近些年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)朝著小型化、多功能化的方向發(fā)展，這就使得電路的集成度越來越高，相應(yīng)地，單位面積散出的熱量也就越來越大，如何有效地散出這些熱量是必須解決的問題。如不能很好的將這些熱量散發(fā)出去，將會(huì)使計(jì)算機(jī)主板溫度不斷升高，升高到一定溫度會(huì)降低計(jì)算機(jī)元器件的性能，不但會(huì)影響計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還會(huì)縮短計(jì)算機(jī)的壽命。散發(fā)出的熱量來自計(jì)算機(jī)內(nèi)部，主要是集成電路的發(fā)熱，電腦散熱器的工作原理是散熱器作為散熱媒介，散熱器與發(fā)熱器件接觸，吸取電腦內(nèi)部的熱量，通過散熱器散發(fā)到電腦外部，從而保證計(jì)算機(jī)在正常的溫度范圍內(nèi)工作。高密齒結(jié)構(gòu)散熱器和太陽花結(jié)構(gòu)散熱器是兩種典型結(jié)構(gòu)的錯(cuò)合金散熱器，在電子產(chǎn)品中應(yīng)用得非常普遍，在電腦主板上主要就是用這兩種結(jié)構(gòu)的散熱器。這兩種散熱器共同的特點(diǎn)是都是通過擠壓成型，能否生產(chǎn)出合格的散熱器，主要取決于擠壓模具的設(shè)計(jì)與制造。

高密齒結(jié)構(gòu)的散熱器齒部壁厚薄，底部厚壁壁厚大，擠壓生產(chǎn)時(shí)很難平衡型材這兩處的流速，齒部阻力大，懸臂長(zhǎng)，模具很容易因?yàn)辇X部懸臂斷裂而報(bào)廢；太陽花結(jié)構(gòu)散熱器放射形齒接近擠壓筒邊緣，型材中心與邊部的流速非常懸殊難以控制，齒部的阻力也非常大，模具很容易因?yàn)辇X部的金屬流不出而塞模。因此，這兩種模具的設(shè)計(jì)難度是非常大的，越來越多的模具設(shè)計(jì)師和科研人員在研究這兩種結(jié)構(gòu)散熱器的設(shè)計(jì)方法，改進(jìn)模具結(jié)構(gòu)，提高模具壽命，所以對(duì)這兩種模具設(shè)計(jì)進(jìn)行一個(gè)系統(tǒng)深入地研究是非常有意義的。

1.2 鍋型材擠壓技術(shù)概述

1.2.1錫型材擠壓技術(shù)特點(diǎn)

擠壓加工方法是有色金屬加工方法中的一種非常重要的加工方法，在有色金屬加工中占有非常重要的地位[1-3]，隨著加工制造業(yè)的飛速發(fā)展，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)以來，制造業(yè)朝著高、精、尖方向發(fā)展，客戶對(duì)產(chǎn)品的形位精度、表面光潔度等各種技術(shù)和質(zhì)量指標(biāo)都提出了更高的要求。為了滿足客戶對(duì)產(chǎn)品提出的越來越高的需求，向客戶提供符合各種要求的有色金屬產(chǎn)品，必須改進(jìn)加工方法和加工設(shè)備。加工方法與加工設(shè)備是加工出高品質(zhì)產(chǎn)品的基礎(chǔ)。擠壓加工方法與乳制、鍛造等壓力加工方法相比，更容易實(shí)現(xiàn)加工出高精度產(chǎn)品的需求，而且有更好的可靠性和優(yōu)越性[4]。歸納起來，擠壓加工方法有以下特點(diǎn)：

（1）在擠壓加工過程中，擠壓工模具給被擠壓金屬以很強(qiáng)而且很均勾的三向壓縮應(yīng)力，被擠壓金屬在三向壓縮應(yīng)力條件下能更好地發(fā)揮本身的塑性，從而為金屬更好的成型創(chuàng)造了條件。由于擠壓加工方法的這種特點(diǎn)，對(duì)于那些低塑性難變形的金屬或合金可用擠壓加工方法來加工，這些金屬或合金用鍛造法或乳制法很難加工，更加工不出高精度的產(chǎn)品。正是基于擠壓加工方法能充分發(fā)揮被擠壓金屬塑性的特點(diǎn)，擠壓加工方法在有色加工行業(yè)中得到了廣泛的運(yùn)用。

（2）擠壓加工方法能加工出多種結(jié)構(gòu)的型材，不但可以加工出高精度的棒、管、線等型材，而且可以加工出高精度的截面幾何形狀復(fù)雜的型材，如階段變截面型材、多孔管材和空心型材等。這些型材很難用鍛造加工方法或乳制加工方法等其他壓力加工方法生產(chǎn)，甚至是不可能的。用擠壓加工方法能加工出復(fù)雜結(jié)構(gòu)的型材，在這一點(diǎn)上，其他壓力加工方法是無法超越的。

（3）擠壓加工方法加工出的產(chǎn)品的精度高于用鍛造加工方法和乳制加工方法等其他壓力加工方法加工出的產(chǎn)品，近年來隨著模具設(shè)計(jì)技術(shù)和模具加工制造技術(shù)的提高，擠壓設(shè)備和工藝的改進(jìn)，已經(jīng)能用擠壓加工方法制造出超高形位精度、表面質(zhì)量?jī)?yōu)異的錯(cuò)型材，擠壓金屬的綜合利用率也得到了很大的提高，為招型材行業(yè)創(chuàng)造了巨大的效益。

（4）金屬的力學(xué)性能在擠壓加工過程中能得到提高，尤其是對(duì)于擠壓效應(yīng)的招合金產(chǎn)品，在萍火時(shí)效后產(chǎn)品的縱向力學(xué)性能高于禮制、鍛造等壓力加工方法加工出的產(chǎn)品。這對(duì)于提高對(duì)培合金擠壓制品的力學(xué)性能和充分發(fā)揮鍋合金功用創(chuàng)造了條件。

（5）擠壓加工方法工序簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，工藝流程簡(jiǎn)短，與乳制和鍛造等壓力加工方法相比，一次擠壓能夠獲得更大橫截面積的結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，而且擠壓設(shè)備、模具和人力投資少、費(fèi)用低，這在很大的程度上提高了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益，提高了擠壓加工方法的運(yùn)用范圍。

近年來，隨著平面分流組合模設(shè)計(jì)和加工制造技術(shù)的不斷提高，形狀復(fù)雜的空心鉛型材通過模具分流爆合擠壓加工方法生產(chǎn)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。隨著擠壓工藝的改進(jìn)和模具設(shè)計(jì)及制造加工技術(shù)的提高，擠壓加工方法加工速度較低的缺點(diǎn)也在不斷克服。擠壓加工方法對(duì)于有色金屬加工來說仍然是一種保證產(chǎn)品加工精度和質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益較好的一種優(yōu)越的加工方法。

1.2.2鍋型材擠壓技術(shù)基本原理

擠壓加工將鑄鍵加熱到預(yù)定溫度，加入到擠壓筒中，擠壓桿推動(dòng)擠壓塾前進(jìn)，擠壓塾擠壓鑄鍵，將擠壓桿的擠壓力傳給鑄錠，鑄錠在擠壓力的作用下敦粗，之后金屬通過模具從而獲得一定形狀與尺寸的產(chǎn)品。

1.3 錫型材擠壓模具技術(shù)概述

1.3.1擠壓模具在錯(cuò)型材生產(chǎn)中的重要地位

擠壓模具是生產(chǎn)招型材的最要的工具，是紹型材生產(chǎn)的基礎(chǔ)，在錫型材生產(chǎn)工業(yè)中占據(jù)核心地位。模具設(shè)計(jì)的優(yōu)劣、制造精度的髙低直接關(guān)系到能否生產(chǎn)出型材以及型材的形位精度。擠壓模具的種類有平面模、分流組合模等，模具在錫型材生產(chǎn)中的重要地位具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）擠壓模具的?？缀湍Ｐ镜慕Y(jié)構(gòu)和尺寸直接決定型材的結(jié)構(gòu)和尺寸，是進(jìn)行擠壓生產(chǎn)的基礎(chǔ)，擠壓模具不但是使金屬產(chǎn)生塑性變形的工具，也是承受擠壓力的關(guān)鍵工具。

（2）擠壓模具的模孔和工作帶加工精度直接決定型材的形位精度和表面質(zhì)量，合理的模具設(shè)計(jì)和高精度的模具加工才能保證產(chǎn)品的精確尺寸和正確的截面形狀，才能使產(chǎn)品避免出現(xiàn)各種缺陷，比如扭曲、翹曲等。

（3）擠壓模具的結(jié)構(gòu)和尺寸對(duì)型材的顯微組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能都有一定的影響，在擠壓空心型材時(shí)，平面分流組合模的分流孔的形狀、尺寸、數(shù)量和排列位置、焊合角的大小，模芯的結(jié)構(gòu)和尺寸對(duì)型材的綜合力學(xué)性能和揮縫的質(zhì)量都有一定的影響，擠壓墊、乘徒筒和擠壓模具的結(jié)構(gòu)與尺寸對(duì)控制型材的粗晶環(huán)等缺陷也有一定的影響。

（4）擠壓模具的結(jié)構(gòu)和尺寸對(duì)被擠壓金屬的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)，模具的應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)、溫度場(chǎng)都有較大的影響，因此合理的模具設(shè)計(jì)對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)能耗有重要的意義。

（5） —般生產(chǎn)中等批量的招型材，擠壓模具的設(shè)計(jì)制造成本占生產(chǎn)總成本的30%左右，如果能有效地提高模具的使用壽命，可使生產(chǎn)成本大幅度下降，提高企業(yè)生產(chǎn)效益。近年來擠壓模具設(shè)計(jì)和制造加工技術(shù)發(fā)展迅速，新的模具設(shè)計(jì)理念和方法不斷涌現(xiàn)，模具制造加工技術(shù)不斷提高，模具種類也越來越多，擠壓配套設(shè)備也發(fā)展迅速，研發(fā)了大型擠壓筒、固定擠壓塾、活動(dòng)模架以及工、模具自動(dòng)裝卸機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)化了工人的工模具裝卸操作，縮短了裝卸時(shí)間，延長(zhǎng)了擠壓生產(chǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效益。

1.3.2擠壓模具設(shè)計(jì)技術(shù)

擠壓模具設(shè)計(jì)主要包括型材結(jié)構(gòu)和工藝分析、擠壓機(jī)噸位選擇、模具結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)、強(qiáng)度校核等。擠壓模具設(shè)計(jì)與一般的機(jī)械零件設(shè)計(jì)不同，需要考慮的因素很多，因?yàn)閿D壓模具直接與被擠壓的金屬接觸，參與金屬的塑性變形，在設(shè)計(jì)擠壓模具時(shí)不但要遵循一般機(jī)械零件設(shè)計(jì)所需遵循的原則，還需考慮擠壓工藝等因素對(duì)模具的影響，因此擠壓模具設(shè)計(jì)比其它類型的模具設(shè)計(jì)和機(jī)械零件的設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，要設(shè)計(jì)出合格的擠壓模具同時(shí)具有較高的使用壽命是一項(xiàng)復(fù)雜的工作。在擠壓模具設(shè)計(jì)的初期，一般都是設(shè)計(jì)棒材、管材和普通實(shí)心型材等簡(jiǎn)單的型材模具，采用機(jī)械零件設(shè)計(jì)的原理結(jié)合設(shè)計(jì)者的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)來設(shè)計(jì)，并用古典強(qiáng)度理論校核模具的強(qiáng)度。