【導讀】地用于生產(chǎn)散熱器材。鋁合金散熱器型材主要有三種類型:扁寬形,梳子形或。魚刺形；圓形或橢圓形以及樹枝形。與其他鋁型材比，散熱器有其自身的特。厚差大,散熱片的齒部很薄,而其根部的底板厚度大。散熱器復雜的截面形狀。給模具設計、制造和生產(chǎn)帶來很大的難度。設計既要保證模具有足夠的強度又要平衡金屬在模具中的流速。的產(chǎn)品圖，將梳子型散熱器擠壓模具設計成平摸，與導流模配合使用。均勻，這也是太陽花散熱器模具設計的關(guān)鍵點。

　　

【正文】 于散熱片的齒比較長，而且每根齒又分出兩根叉齒，所以在設計齒部工作帶時，不能設計成一個長度。齒部的工作帶長度可按下式計算： 2121FFFF HHhh ? （ ） 式中 HF HF2分別為 F F2各區(qū)段上型材的厚度。 齒尖部分壁厚薄，是整個型材最難出料的部分，是設計整個型材工作帶的基礎。設計該部分的工作帶就應該盡可能的短一些。通常齒很高且壁厚懸殊的散熱片的齒部工作 帶是該壁厚 ～ 倍，此處將它設計成 。以薄齒部位工作帶 為基準，按照式（ ）計算厚齒部分。因為薄齒處壁厚是 ,厚齒部位壁厚是 ,經(jīng)過計算可得厚齒部位工作帶長度是 。 （ b）齒底工作帶的設計：因為齒底的厚度是齒尖厚度的 80倍左右，所以該部位的工作帶長度不能按照式（ ）來計算。齒底壁厚大，且位于擠壓筒中心位置，為阻礙該部位的金屬流速工作帶應該加長。但是工作帶太長， 27 又會增加齒根部位的受力，容易使齒壓彎、壓斷。根據(jù)實踐經(jīng)驗，將齒底工作帶的長度設計成 。 （ c）齒根與底部工作帶的過渡設計：圖中齒部工作帶僅僅有 ，而底部卻有 ，這兩個部位工作帶落差很大，如果利用電極圓弧過渡就會導致齒根工作帶過長，齒根工作帶長有兩大弊端：齒部壓力增大、銑工作帶誤差較大該誤差會導致嚴重的偏齒現(xiàn)象，這兩大弊端都會導致模具報廢。為避免上述問題，銑電極時將 處銑到齒底，然后再用磨針將電極每兩個齒根中間磨削到 ，這樣才能將齒根的工作帶過渡好 [18]。 （ d）電極倒圓角：電極銑完后，要用銼刀將電極四周倒圓角，避免工作帶與空刀銜接處出現(xiàn)直角產(chǎn)生應力 集中，以增加工作帶的強度。太陽花散熱片?？坠ぷ鲙чL度設計如圖 3— 7 所示。 圖 3— 7 太陽花散熱器模具模孔工作帶長度 28 （ 10）?？卓盏督Y(jié)構(gòu)設計 模孔空刀，即?？坠ぷ鲙С隹诙藨冶壑谓Y(jié)構(gòu)?？盏兜淖饔镁褪菫榱嗽诒M量減少對型材摩擦力的前提下，增加模具工作帶的強度和剛度。空刀過大則不能保證工作帶部分的強度和剛度，容易出現(xiàn)發(fā)生部分工作帶裂角、崩斷等現(xiàn)象，從而可能導致模具報廢，降低了模具的壽命；空刀過小，大大增加摩擦力，壓力過高容易使模具出現(xiàn)壓塌、斷齒等現(xiàn)象，也容易降低模具壽命。合理地設計?？卓盏?，既可以保證 模具強度，又不至于出現(xiàn)劃傷和堵?，F(xiàn)象。因散熱片齒部的壁厚很薄，故空刀結(jié)構(gòu)應合理設計，以下是散熱片空刀設計的四個要點： （ a）齒尖空刀設計：由于齒尖部位很薄，其出料流速慢，且從大量模具生產(chǎn)過程中觀察發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)在出料時都是向上翹，如果齒尖處的空刀小就會堵模，所以應盡量加大齒尖部位的空刀，使齒尖部位不受到空刀位的阻力，齒尖空刀應為 左右； （ b）齒間空刀設計：齒間內(nèi)側(cè)間距太小，為了盡量保證齒間模具鋼材的強度和硬度，盡量減小齒間空刀，齒間內(nèi)側(cè)空刀為 ～ ，這里取 ； （ c） 齒根空刀設計：齒底部工作帶長度大，能夠承受較大的力，空刀要設計的稍大一些，以保證不會刮傷型材表面，影響型材外觀質(zhì)量，通常齒底部空刀設計為 ～ ,此處取 。 由于電火花加工放電腐蝕產(chǎn)生 0～ 的間隙，導致空刀設計尺寸比實際模具的空刀尺寸要小，這個因素在設計空刀時也是要考慮的重要方面。 （ 11） 擠壓比 制訂擠壓工藝時，首先考慮在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，應做到成品率高，生產(chǎn)效率高，材料和能源消耗低，并合理分配設備負荷量。然后根據(jù)設備能力、擠壓方法、合金種類、制品質(zhì)量要求、組織性能要求及 ?？讛?shù)來確定擠壓比。擠壓比值一般取 6～ 100 范圍生產(chǎn)這款太陽花散熱片擠壓機是 1250T的臥式擠壓機，擠壓筒直徑是 180mm，鑄錠的直徑是 175mm。 擠壓比的公式如下： λ = S 筒 /S 型 () 29 式中 λ — 擠壓比； S 筒 — 擠壓筒的橫截面積 (mm2)； S 型 — 型材橫斷面面積 (mm2)。 型材橫斷面面積 :S 型 = 擠壓筒 (直徑 180mm)面積計算 :S 筒 =πr 2=(180/2)2π = 型材總體擠壓比為 : λ =（ 12）模具外形尺寸 根據(jù)擠壓筒直徑為 180mm，同時考慮到標準化問題，取模具的外徑 D 為230mm，上模厚度取 H上為 90mm，下模厚度 H下為 60mm。 （ 13）模具強度的校核 分流組合模在擠壓時承受載荷最不利的情況發(fā)生在分流孔和焊合室尚未進入金屬，以及金屬充滿分流孔和焊合室開始流出?？變蓚€時候，其主要破壞形式是：分流橋因受彎曲應力而被破壞和分流孔處在危險斷面被剪斷。為了保證所設計模具的強度滿足使用要求，下面對分流模的主要危險部位進行強度校核 [1]。 （ a）分流橋彎曲 應力的校核（按兩端固定，均勻載荷的簡支梁計算，校對模子厚度 H）： ][2m in bPlH ??? () 式中 Hmin— 分流橋的最小高度； l— 分流橋的寬度（兩危險斷面之間的距離）； P— 擠壓機最大的比壓，即單位壓力， MPa； [σb]— 模具材料在工作溫度下的許用應力，在 450～ 500℃下，對3Cr2W8V 取 [σb]=1000MPa；對 4Cr5MoSiV1 取 [σb]=900MPa。 MP aP 10125 0 24 ????? ?? mmH )24150(m i n ?????? 故取 Hmin=90mm 是安全的。 （ 2）分流孔道抗剪應力的校核： 30 τ =Q 橋 /F 橋 ≤ [τ ] () 式中 Q 橋 — 分流橋端面上所承受的總壓力， MN； F 橋 — 分流橋受剪切的總面積， mm2； [τ ]— 模具材料在工作溫度下的許用剪切應力， [τ ]=（ ～ ） [σb],對 3Cr2W8V 鋼在 450～ 500℃時取 [σb]=1000MPa；對 4Cr5MoSiV1 鋼取 [σb]=900MPa。 F 橋 =61380=6240mm 2 Q 橋 =[( 7523) 24+ （ 46247。 2） 2]= 104N F 橋 =4 24 90=8640mm2 τ =Q 橋 /F 橋 = 104247。 8640= 經(jīng)計算，模橋的抗彎強度和抗剪強度均滿足要求，所以分流橋的高度取 90mm 是合理的。 梳子型散熱器模具設計 梳子型散熱器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析 梳子型散熱器其截面圖如 3— 8 所示。從圖中可以看出此截面的外接圓直徑約 為 85mm，上面有 27 條 厚度的散熱片和 2條 厚度的散熱片，散熱片長度最短也有 ，最長達 45mm，片距只有 ，實心部位的厚度 。壁厚較懸殊，齒距小，懸臂大的散熱片，如果模具設計不合理，截面上各部分的金屬在擠出模孔時就越容易以不同的速度流出，從而造成型材的扭擰、波浪、彎曲以及裂紋等缺陷而報廢，模具也極容易損壞。因此，該散熱器模具進行優(yōu)化設計變得尤為重要。 根據(jù)對此散熱器的結(jié)構(gòu)分析，得知生產(chǎn)該散熱器所選用擠壓機噸位應不宜太大、擠壓筒比壓應適中，否則工作帶的懸臂容 易，壓塌模具極容易破損。這里擬選用的的擠壓機噸位為： 1250T。擠壓筒內(nèi)徑為 130mm. 31 圖 3— 8 梳子型散熱器產(chǎn)品截面圖 32 梳子型散熱器擠壓模具整體結(jié)構(gòu)設計方案 對于梳型散熱器這種復雜截面的型材，如果采用平面摸直接擠壓，很難生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，而且極易是模具報廢。它沒有閉合的框，也不能設計成分流模，只有通過設計導流模與平模配合使用，先在導流模中產(chǎn)生預變形，金屬進行第一次分配，形成與散熱器相似的坯料，再通過?？走M行第二次變形，才能擠壓出合格的產(chǎn)品。為了保證模具的強度，應設計形狀和散熱 器形狀相似的模墊和模具配合使用，強化模具強度。 梳子型散熱器結(jié)構(gòu)設計 （ 1）?？自谀Ｗ悠矫嫔系暮侠聿贾? 型材斷面形狀和尺寸是合理配置?？椎闹匾蛩刂?。根據(jù)對于坐標軸的對稱程度可將型材分成三類 :斷面對稱于兩個坐標軸的型材，此種型材對稱性好 。斷面對稱于某一坐標軸的型材，此種型材的對稱性次之 。橫斷面不對稱的型材，此種型材對稱性差。 在設計單孔模時，對于橫斷面和兩個坐標軸相對稱 (或近似對稱 )的型材，其合理的?？着渲檬菓剐筒臄嗝娴闹匦暮湍Ｗ拥闹行南嘀睾?，如圖 3— 9所示。 圖 3— 9軸對稱型 材?？椎牟贾? 在擠壓橫斷面尺寸對于一個坐標軸相對稱的型材時，如果其緣板的厚度相等或彼此相差不大時，那么?？椎呐渲脩剐筒牡膶ΨQ軸通過模子的一個 33 坐標軸，而使型材斷面重心位于另一個坐標軸上，如圖 3— 10 所示。 圖 3— 10對稱于一個坐標軸而緣板厚度比不大的型材模模孔的布置 對于非對稱性的型材和壁厚差別很大的型材，若采用上述原則配置?？?，將使型材斷面的重心到模子中心的距離增大，而把?？孜恢靡频侥Ｗ拥倪吘壣稀Ｍ瑫r，很難保證型材各個部位的流動速度均勻，還要制造通道移位的專用工藝設備 (模墊、壓型嘴、導向裝置等 ) [1]。因此對于各部分壁厚不等的型材和不對稱的型材，必須將型材的重心相對于模子的中心做一定距離的移動，應盡可能地使難于流動的壁厚較薄的部位靠近模子中心，盡量使金屬在變形時的單位靜壓力相等，如圖 3— 11 所示 圖 3— 11不對稱和緣板厚度比大的型材模孔的布置 對于緣板厚度比雖然不大，但截面形狀十分復雜的型材應將型材截面外接圓的中心布置在模子的中心線上 (圖 3— 12a)，對于擠壓系數(shù)很大，擠壓有困難或流動很不均勻的某些型材可采用平衡孔 (在適當位置增加一個輔助模 34 孔的方法 (圖 3— 12b)或增加工藝余料的方法 (圖 3— 12c)或采用合理調(diào)整金屬流速的其它措施來改善擠壓條件，保證薄壁緣板部分的拉力最小，改善金屬流動的均勻性，以減少型材橫向和縱向幾何形狀發(fā)生彎曲、扭曲、波浪及撕裂等現(xiàn)象。為了防止型材由于自重而產(chǎn)生扭擰和彎曲，應將型材大面朝下，增加型材的穩(wěn)定性 (圖 3— 12d) 圖 3— 12復雜不對稱單孔型材模孔布置 總之，單孔型材模孔的布置，應盡量保證型材各部分金屬流動均勻，在x 軸上下方和 y 軸左右方的金屬供給量應盡可能相近，以改善擠壓條件，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，同時，也應考慮模具的強度和壽命，盡可能使用通用模具。 通 過對梳子型散熱器的結(jié)構(gòu)分析可知，它對稱于一個坐標軸但散熱片與底板厚度比較大的，因此應設當?shù)陌妖X尖部位安排得離擠壓筒的中心盡量近些，以均勻金屬的流出模孔的速度。因為金屬的流動特性是靠近擠壓筒中心部位的金屬流動快 , 遠離中心逐漸減慢；型材壁厚越大 , 即?？壮叽缭酱?, 則金屬流動就越快。此散熱器模具的?？自谀＞咂矫嫔系牟贾?[19]。如圖 3— 13所示。 35 圖 3— 13 梳子型模具?？撞贾脠D （ 2）?？壮叽缭O計 準確地確定模孔幾何尺寸，這對獲得尺寸精確的制品起著決定性的作用。設計?？壮叽鐣r，影響?？壮叽绲囊蛩?有很多，主要有擠壓制品的材料、形狀、尺寸及其橫斷面的尺寸公差，制品和模具的熱膨脹系數(shù)，工作帶在載荷作用下產(chǎn)生的畸變，由于不均勻變形引起的拉縮變形，因金屬在流入?？讜r不能急轉(zhuǎn)彎而引起的非接觸變形，制品拉矯直時的斷面尺寸收縮等因素。工作帶尺寸的設計要保證產(chǎn)品尺寸在冷狀態(tài)下不超過所規(guī)定的偏差范圍，同時要最大限度地延長模具的使用壽命，通常用綜合裕量系數(shù)考慮各種因素對制品尺寸的影響，摸孔的計算公式一般按式（ ）和（ ）計算。但對于各部分壁厚相差懸殊，特別是對于遠離擠壓筒中心的薄壁部分，由于受到強烈拉力作用產(chǎn)生 較大的非接觸變形而使壁厚變得更?。ǔ洳粷M），故薄壁處增加一定的裕量，對壁厚比較大的薄壁型材，由于中間部分流動較快，易產(chǎn)生非接觸變形而變薄，故中部?？壮叽鐟^邊緣處增厚 ～ ?；谏厦娴睦碚?，該模具的模孔尺寸如圖 3— 14 所示擴號內(nèi)為產(chǎn)品尺寸。 36 圖 3— 14 梳子型模具?？壮叽? 37 （ 3）工作帶長度設計 工作帶是設計型材模具最重要的幾何參數(shù)之一，它直接影響著制品的質(zhì)量，如刀彎、扭擰、波浪、麻點等缺陷幾乎都是由工作帶的設計與制造不合理引起的。工作帶對金屬流動起阻礙作用，增加工作帶長度可以增 大摩擦阻力，使向該處流動的供應體積中的流動靜壓力增大，迫使金屬向阻力小的部位流動，從而使型材整個斷面上金屬流量趨于均勻。對于外形尺寸較小，對稱性較好，各部分壁厚相等或近似相等的簡單型材而言，?？赘鞑糠值墓ぷ鲙Э扇∠嗟然蚧鞠嗟鹊拈L度，依金屬種類、型材品種和形狀不同，一般可取 2～ 8mm。對于斷面形狀復雜、壁厚差大、外形輪廓大的型材，在設計?？讜r，要借助于不同的工作帶長度來調(diào)節(jié)金屬的流速。在設計時根據(jù)型材斷面各部分厚度差異，將其分成若干區(qū)段 :Fl、 F F?，如圖 3— 15所示： 圖 3— 15 壁厚不等的 T字型材斷面 可按以下公式計算模孔工作帶長度： 112212 fS fShh ???