【導(dǎo)讀】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點(diǎn)：散熱片之。齒部很薄,而其根部的底板厚度大。散熱器復(fù)雜的截面形狀給模具設(shè)計、制造和。生產(chǎn)帶來很大的難度。保證模具有足夠的強(qiáng)度又要平衡金屬在模具中的流速。根據(jù)散熱器的產(chǎn)品圖，將。梳子型散熱器擠壓模具設(shè)計成平摸，與導(dǎo)流模配合使用。把太陽花散熱器擠壓模。熱器模具設(shè)計的關(guān)鍵點(diǎn)。文中選用4Cr5MoSiV1模具鋼作為模具材料，討論了散。隨著鋁合金擠壓材生產(chǎn)難度的增加和對產(chǎn)品個性化性要求的提高，這種作用更加明顯。2021年，我國鋁合金擠壓材產(chǎn)銷量超過660萬t，工模具消

　　

【正文】 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(jìn)行優(yōu)化設(shè)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(jī)噸位應(yīng)不 宜太大、擠壓筒比壓應(yīng)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(jī)噸位為： 1250T。擠壓筒內(nèi)徑為 130mm. 圖 3― 8 梳子型散熱器產(chǎn)品截面圖 梳子型散熱器擠壓模具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 對于梳型散熱器這種復(fù)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(shè)計成分流模，只有通過設(shè)計導(dǎo)流模與平模配合使用，先在導(dǎo)流模中產(chǎn)生預(yù)變形，金屬進(jìn)行第一次分配，形成與散熱器相似的坯料，再通過模孔進(jìn)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(qiáng)度，應(yīng)設(shè)計形狀和散熱器形狀相似的模墊和模具配合使用，強(qiáng)化模具強(qiáng)度。 梳子型散熱器結(jié)構(gòu)設(shè)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弧８鶕?jù)對于坐標(biāo)軸的對稱程度可將型材分成三類 :斷面對稱于兩個坐標(biāo)軸的型材，此種型材對稱性好 。斷面對稱于某一坐標(biāo)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(shè)計單孔模時，對于橫斷面和兩個坐標(biāo)軸相對稱 或近似對稱 的型材，其合理的?？着渲檬菓?yīng)使型材斷面的重心和模子的中心相重合，如圖 3― 9 所示。 圖 3― 9 軸對稱型材模孔的布置 在擠壓橫斷面尺寸對于一個坐標(biāo)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?yīng)使型材的對稱軸通過模子的一個坐標(biāo)軸，而使型材斷面重心位于另一個坐標(biāo)軸上，如圖 3― 10 所示。 圖 3― 10 對稱于一個坐標(biāo)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?。同時，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(shè)備 模墊、壓型 嘴、導(dǎo)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(yīng)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?？椎牟贾? 對于緣板厚度比雖然不大，但截面形狀十分復(fù)雜的型材應(yīng)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(dāng)位置增加一個輔助?？椎姆椒? 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(yīng)將型材大面朝下，增加型材的穩(wěn)定性 圖 3―12d 圖 3― 12 復(fù)雜不對稱單孔型材?？撞贾? 總之，單孔型材?？椎牟贾茫瑧?yīng)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(yīng)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(yīng)考慮模具的強(qiáng)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(biāo)軸但散熱片與底板厚度比較大的，因此應(yīng)設(shè)當(dāng)?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?？椎乃俣取Ｒ驗榻饘俚牧鲃犹匦允强拷鼣D壓筒中心部位的金屬流動快 , 遠(yuǎn)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。 圖 3― 13 梳子型模具?？撞贾脠D （ 2）?？壮叽缭O(shè)計 準(zhǔn)確地確定?？讕缀纬叽?，這對獲得尺寸精確的制品起著決定性的作用。設(shè)計模孔尺寸時，影響?？壮叽绲囊蛩赜泻芏?，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(shè)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(yuǎn)離擠壓筒中心的薄壁部分，由于受到強(qiáng)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?yīng)較邊緣處增厚 ～ ?；谏厦娴睦碚?，該模具的?？壮叽缛鐖D 3― 14 所示擴(kuò)號內(nèi)為產(chǎn)品尺寸。 圖 3― 14 梳子型模具?？壮叽? （ 3）工作帶長度設(shè)計 工作帶是設(shè)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(diǎn)等缺陷幾乎都是由工作帶的設(shè)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(yīng) 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，模孔各部分的工作帶可取相等或基本相等的長度，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(fù)雜、壁厚差大、外形輪廓大的型材，在設(shè)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(shè)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?？?工作帶長度： （ ） 式中 ； S1， S2―分別為斷面 F1 和 F2 的周長； f1,f2―分別為斷面 F1 和 F2 處的面積。 公式 說明型材?？赘鲄^(qū)段工作帶長度與其面積成正比，與其周長成反 比。面積大小反映擠壓時流經(jīng)各區(qū)段之金屬分配情況，周長反映了摩擦力的分布，因此以上方法的本質(zhì)就是根據(jù)金屬量的分配和摩擦力的大小來均衡金屬的流動速度。當(dāng)型材的寬度與型材的厚度之比 寬厚比 小于 30 或者當(dāng)型材的最大寬度小于擠壓筒直徑的 1/3 時，使用上述公式是比較合 理的 [20]。， 由于上式計算比較繁瑣，在實(shí)際生產(chǎn)中一般采用更為簡便的計算方法，即根據(jù)壁厚的比值求工作帶的長度，工作帶長度的比值與厚度比成正比，即前面式（ ）。 當(dāng)型材寬厚比大于 30 或型材最大寬度大于擠壓筒直徑的 1/3 時，?？坠ぷ鲙чL度的計算方法除應(yīng)考慮上述因素之外，尚需考慮型材區(qū)段距擠壓筒中心距離，因為即使型材的厚度均勻時 金屬量分配均等 ，擠壓筒中心金屬的流速也會大于邊緣金屬的流速。因此，模子中心區(qū)的工作帶長度應(yīng)加長，以增加阻礙。當(dāng)型材對稱性好而且比較簡單，以及型材最大寬度小于擠壓筒直徑的 1/4 時， 模子工作帶長度可采用公式（ ）計算。 用上述公式計算型材?？赘鲄^(qū)段的工作帶長度時，應(yīng)先給定一個區(qū)段的工作帶值作為計算的參考值 一般給定型材厚度最窄區(qū)段上的最小工作帶長度 。工作帶最小長度應(yīng)能保證模具有足夠的耐磨能力和使用壽命，能使型材的外形尺寸和緣板厚度保持穩(wěn)定。對于鋁合金來說，在實(shí)際生產(chǎn)中，一般根據(jù)型材的規(guī)格和擠壓機(jī)的噸位來確定工作帶的最小長度，見表 3― 2 表 3― 2 ?？坠ぷ鲙ё钚￠L度值 擠壓機(jī)能力 /MN 125 50 35 16～ 20 3～ 12 ?？坠ぷ鲙ё钚￠L度 /mm 5～ 10 4～ 8 3～ 6 ～ 5 ～ 3 模孔空刀尺寸 /mm 3 2 ～ 2 ～ 作帶的最大長度按擠壓時金屬與?？坠ぷ鲙еg最大有效接觸長度來確定，當(dāng)工作帶長度超過某一數(shù)值時，由于金屬流出?？缀蟮睦鋮s收縮而脫離工作帶的接觸，此時工作帶對于金屬不再起阻礙作用。金屬流動速度越快，鑄錠與模子的加熱溫差越小，則工作帶的最大有效長度也可越大。一般而言，型材模子工作帶的最大長度不應(yīng)超過 15～ 25 mm，生產(chǎn)實(shí)際中，對鋁合金常用 8～ 15mm。 此外，即使型材緣板的厚度在整個寬度上一致的，也不能按公式計算取一致的工作帶長度，因為緣板中心區(qū)金屬流動總是比邊緣區(qū)快，而且緣板越寬其流動速度差別也就越大，因此在設(shè)計模子時，必須將沿緣板寬度方向上的工作帶長度做成可變的。 當(dāng)采用單孔模擠壓時，可按單一同心圓規(guī)則來確定?？坠ぷ鲙чL度 [21]，如圖 3― 16 所示。 圖 3― 16 單孔的同心圓規(guī)則 （ 1）確定?？坠ぷ鲙чL度時，先以整個型材斷面上金屬最難流出處為基準(zhǔn)點(diǎn)，該處的工作帶長度一般為該處型材的 ～ 2 倍。 （ 2）與基準(zhǔn)點(diǎn)相鄰區(qū)段的工作帶長度可為基準(zhǔn)點(diǎn)的工作帶長度加上 lmm。 （ 3）當(dāng)型材壁厚相同時，與模子中心 與擠壓筒中心重 合 距離相等處其工作帶長度相同 。由模子中心起，每相距 10mm 同心圓半徑 工作帶長度的增減數(shù)值可按表 3― 3 所列數(shù)值進(jìn)行確定 表 3― 3 ?？坠ぷ鲙чL度增減值 型材斷面壁厚 /mm 每相距 10mm（同心圓半徑）工作帶長度增減值 /mm （ 4）當(dāng)型材壁厚不相同時，?？坠ぷ鲙чL度的確定除應(yīng)遵循上述規(guī)則外，還應(yīng)按前述的公式 或 進(jìn)行計算，然后還需依靠設(shè)計者的經(jīng)驗進(jìn)行恰當(dāng)確定。 根據(jù)以上原則，設(shè)計出的模 孔工作帶尺寸如圖 3― 17 所示。 圖 3― 17 梳子型模具?？坠ぷ鲙С叽? （ 4）摸孔空刀結(jié)構(gòu)設(shè)計 （ a） [2]。該散熱器導(dǎo)流模設(shè)計成，如圖 3― 18 所示 : 圖 3― 18 梳子型散熱器前導(dǎo)流模尺寸及形狀 （ 6）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(yīng)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(shè)備負(fù)荷量。然后根據(jù)設(shè)備能力、擠壓方法、合金種類、組織性能要求及模孔數(shù)來確定擠壓比。生產(chǎn)這款梳型散熱片擠壓機(jī)是 1250T 的臥式擠壓機(jī)，擠壓筒直徑是 130mm，鑄錠的直徑是 125mm。 型材橫斷面面積 :S 型 擠壓筒 直徑 180mm 面積計算 :S 筒 π r2 130/2 2π mm2 由公式（ ）得擠壓比λ S 筒 /S 型 （ 7）模具外形尺寸 根據(jù)擠壓筒內(nèi)徑為 180mm 和考慮標(biāo)準(zhǔn)化問題，模具外徑取 180mm，模具取厚度 90mm，其中寬展模厚度取 50，模子厚度取 40mm。模墊厚度取 50mm （ 8）模具強(qiáng)度校核 用平面模擠壓雙孔扁條型材或懸壁部分很長的半空心槽材型材時，在高溫高壓下，模子容易產(chǎn)生彈性翹曲，甚至塑性變形，這不僅會改 變型材的尺寸，而且會減低甚至消除工作帶阻礙作用。在受力過大的情況下，模子會沿危險斷面破裂。因此，對型材模子必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。對于槽形模的突出部分，可以認(rèn)為是一個受有均布載荷的懸壁梁，可按下式校核其危險斷面處的模子最小厚度 hmin。 （ ） （ ） 式中 hmin―模具 包括模子和支承環(huán)的總厚度 的最小厚度， mm； l―槽形模子懸臂梁的長度，即槽形型材的槽深尺寸， mm； P―擠壓筒的比壓， MPa； a―?？讘冶哿焊繑?面斷面的寬度， mm； b―?？讘冶哿焊繑嗝娉隹谔帉挾龋?mm； b a－ 2c； c―?？讘冶哿焊砍隹诳盏冻叽? 一般取 ～ 3 ， mm； [б彎 ]―模具材料的許用彎曲應(yīng)力，其值一般取許用抗拉應(yīng)力的（ 04～ ）倍，對于 3Cr2W8V 鋼，取 [σ彎 ] 600～ 700MPa；對于 4Cr5MoSiV1 鋼，取 [σ彎 ] 600MPa 是安全的。 為了計算方便，可令 a b，其結(jié)果對模具厚度影響并不大，則公式可 寫成 : （ ） 從公式中可看出，當(dāng)比壓一定時，即擠壓 機(jī)的壓力，擠壓筒直徑一定時，是定值。故當(dāng)比壓 P 一定時，模具的厚度與懸臂梁長度成正比。 根據(jù)模孔尺寸圖可以算得： l 型材摸和模墊的厚度為 90mm 大于 ，所以是安全的。 第四章 模具的選材與熱處理及維護(hù)與保養(yǎng) 模具材料的選擇 模具材料的使用條件 鋁型材的擠壓過程是一種高溫、高負(fù)荷的加工作業(yè)過程，鋁擠壓模承受極其嚴(yán)酷的使用條件 [22]： （ 1）鋁擠壓模承受高溫作用，局部表層溫度可達(dá) 600℃； （ 2）σ b 低于 850MPa；模具材料的σ b 不應(yīng)低于 1200MPa。 （ 3）在常溫 和高溫下具有高的沖擊韌性和斷裂韌值，以防止模具在應(yīng)力條件下或沖擊載荷作用下產(chǎn)生脆斷。 （ 4）高的穩(wěn)定性。即在高溫下有高的抗氧化穩(wěn)定性，不易產(chǎn)生氧化皮。 （ 5）高的耐磨性。即在長時間的高溫高壓和潤滑不良的情況下，表面有抵抗磨損的能力，特別是在擠壓鋁合金時，有抵抗金屬的“粘結(jié)”和磨損模具表面的能力。 （ 6）具有良好的淬透性。以確保工具的整個斷面（特別是大型工模具的橫斷面）有高的且均勻的力學(xué)性能。 （ 7）具有激冷、激熱的適應(yīng)能力?？垢邿釕?yīng)力和抗止工具在連續(xù)、反復(fù)、長時間使用中