【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(jì)、制造和。生產(chǎn)帶來(lái)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(jì)成平摸，與導(dǎo)流模配合使用。把太陽(yáng)花散熱器擠壓模。熱器模具設(shè)計(jì)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(duì)產(chǎn)品個(gè)性化性要求的提高，這種作用更加明顯。2021年，我國(guó)鋁合金擠壓材產(chǎn)銷量超過(guò)660萬(wàn)t，工模具消

　　

【正文】 時(shí)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(bào)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(jì)變得尤為重要。 根據(jù)對(duì)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(jì)方案 對(duì)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(bào)廢。它沒(méi)有閉合的框，也不能設(shè)計(jì)成分流模，只有通過(guò)設(shè)計(jì)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(guò)?？走M(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(jì)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(jì) （ 1）模孔在模子平面上的合理布置 型材斷面形狀和尺寸是合理配置?？椎闹匾蛩刂?。根據(jù)對(duì)于坐標(biāo)軸的對(duì)稱程度可將型材分成三類 :斷面對(duì)稱于兩個(gè)坐標(biāo)軸的型材，此種型材對(duì)稱性好 。斷面對(duì)稱于某一坐標(biāo)軸的型材，此種型材的對(duì)稱性次之 。橫斷面不對(duì)稱的型材，此種型材對(duì)稱性差。 在設(shè)計(jì)單孔模時(shí)，對(duì)于橫斷面和兩個(gè)坐標(biāo)軸相對(duì)稱 或近似對(duì)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(duì)稱型材?？椎牟贾? 在擠壓橫斷面尺寸對(duì)于一個(gè)坐標(biāo)軸相對(duì)稱的型材時(shí)，如果其緣板的厚度相等或彼此相差不大時(shí)，那么?？椎呐渲脩?yīng)使型材的對(duì)稱軸通過(guò)模子的一個(gè)坐標(biāo)軸，而使型材斷面重心位于另一個(gè)坐標(biāo)軸上，如圖 3― 10 所示。 圖 3― 10 對(duì)稱于一個(gè)坐標(biāo)軸而緣板厚度比不大的型材模模孔的布置 對(duì)于非對(duì)稱性的型材和壁厚差別很大的型材，若采用上述原則配置模孔，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(shí)，很難保證型材各個(gè)部位的流動(dòng)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(duì)于各部分壁厚不等的型材和不對(duì)稱的型材，必須將型材的重心相對(duì)于模子的中心做一定距離的移動(dòng)，應(yīng)盡可能地使難于流動(dòng)的壁厚較薄的部位靠近模子中心，盡量使金屬在變形時(shí)的單位靜壓力相等，如圖 3― 11 所示 圖 3― 11 不對(duì)稱和緣板厚度比大的型材?？椎牟贾? 對(duì)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(duì)于擠壓系數(shù)很大，擠壓有困難或流動(dòng)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(gè)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(lái)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(dòng)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(duì)稱單孔型材模孔布置 總之，單孔型材模孔的布置，應(yīng)盡量保證型材各部分金屬流動(dòng)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(shí)，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(guò)對(duì)梳 子型散熱器的結(jié)構(gòu)分析可知，它對(duì)稱于一個(gè)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?。因?yàn)榻饘俚牧鲃?dòng)特性是靠近擠壓筒中心部位的金屬流動(dòng)快 , 遠(yuǎn)離中心逐漸減慢；型材壁厚越大 , 即模孔尺寸越大 , 則金屬流動(dòng)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 梳子型模具模孔布置圖 （ 2）?？壮叽缭O(shè)計(jì) 準(zhǔn)確地確定?？讕缀纬叽?，這對(duì)獲得尺寸精確的制品起著決定性的作用。設(shè)計(jì)?？壮叽鐣r(shí)，影響?？壮叽绲囊蛩赜泻芏啵饕?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(shí)不能急轉(zhuǎn)彎而引起的非接觸變形，制品拉矯直時(shí)的斷面尺寸收縮等因素。工作帶尺寸的設(shè)計(jì)要保證產(chǎn)品尺寸在冷狀態(tài)下不超過(guò)所規(guī)定的偏差范圍，同時(shí)要最大限度地延長(zhǎng)模具的使用壽命，通常用綜合裕量系數(shù)考慮各種因素對(duì)制品尺寸的影響，摸孔的計(jì)算公式一般按式（ ）和（ ）計(jì)算。但對(duì)于各部分壁厚相差懸殊，特別是對(duì)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(duì)壁厚比較大的薄壁型材，由于中間部分流動(dòng)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?，該模具的模孔尺寸如圖 3― 14 所示擴(kuò)號(hào)內(nèi)為產(chǎn)品尺寸。 圖 3― 14 梳子型模具?？壮叽? （ 3）工作帶長(zhǎng)度設(shè)計(jì) 工作帶是設(shè)計(jì)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(jì)與制造不合理引起的。工作帶對(duì)金屬流動(dòng)起阻礙作用，增加工作帶長(zhǎng)度可以增大摩擦阻力，使向該處流動(dòng)的供應(yīng) 體積中的流動(dòng)靜壓力增大，迫使金屬向阻力小的部位流動(dòng)，從而使型材整個(gè)斷面上金屬流量趨于均勻。對(duì)于外形尺寸較小，對(duì)稱性較好，各部分壁厚相等或近似相等的簡(jiǎn)單型材而言，?？赘鞑糠值墓ぷ鲙Э扇∠嗟然蚧鞠嗟鹊拈L(zhǎng)度，依金屬種類、型材品種和形狀不同，一般可取 2～ 8mm。對(duì)于斷面形狀復(fù)雜、壁厚差大、外形輪廓大的型材，在設(shè)計(jì)?？讜r(shí)，要借助于不同的工作帶長(zhǎng)度來(lái)調(diào)節(jié)金屬的流速。在設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)算?？?工作帶長(zhǎng)度： （ ） 式中 ； S1， S2―分別為斷面 F1 和 F2 的周長(zhǎng)； f1,f2―分別為斷面 F1 和 F2 處的面積。 公式 說(shuō)明型材?？赘鲄^(qū)段工作帶長(zhǎng)度與其面積成正比，與其周長(zhǎng)成反 比。面積大小反映擠壓時(shí)流經(jīng)各區(qū)段之金屬分配情況，周長(zhǎng)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(lái)均衡金屬的流動(dòng)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(shí)，使用上述公式是比較合 理的 [20]。， 由于上式計(jì)算比較繁瑣，在實(shí)際生產(chǎn)中一般采用更為簡(jiǎn)便的計(jì)算方法，即根據(jù)壁厚的比值求工作帶的長(zhǎng)度，工作帶長(zhǎng)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(shí)，?？坠ぷ鲙чL(zhǎng)度的計(jì)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?yàn)榧词剐筒牡暮穸染鶆驎r(shí) 金屬量分配均等 ，擠壓筒中心金屬的流速也會(huì)大于邊緣金屬的流速。因此，模子中心區(qū)的工作帶長(zhǎng)度應(yīng)加長(zhǎng)，以增加阻礙。當(dāng)型材對(duì)稱性好而且比較簡(jiǎn)單，以及型材最大寬度小于擠壓筒直徑的 1/4 時(shí)， 模子工作帶長(zhǎng)度可采用公式（ ）計(jì)算。 用上述公式計(jì)算型材?？赘鲄^(qū)段的工作帶長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)先給定一個(gè)區(qū)段的工作帶值作為計(jì)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(zhǎng)度 。工作帶最小長(zhǎng)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(duì)于鋁合金來(lái)說(shuō)，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(lái)確定工作帶的最小長(zhǎng)度，見(jiàn)表 3― 2 表 3― 2 ?？坠ぷ鲙ё钚￠L(zhǎng)度值 擠壓機(jī)能力 /MN 125 50 35 16～ 20 3～ 12 ?？坠ぷ鲙ё钚￠L(zhǎng)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(zhǎng)度按擠壓時(shí)金屬與?？坠ぷ鲙еg最大有效接觸長(zhǎng)度來(lái)確定，當(dāng)工作帶長(zhǎng)度超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，由于金屬流出模孔后的冷卻收縮而脫離工作帶的接觸，此時(shí)工作帶對(duì)于金屬不再起阻礙作用。金屬流動(dòng)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(zhǎng)度也可越大。一般而言，型材模子工作帶的最大長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò) 15～ 25 mm，生產(chǎn)實(shí)際中，對(duì)鋁合金常用 8～ 15mm。 此外，即使型材緣板的厚度在整個(gè)寬度上一致的，也不能按公式計(jì)算取一致的工作帶長(zhǎng)度，因?yàn)榫壈逯行膮^(qū)金屬流動(dòng)總是比邊緣區(qū)快，而且緣板越寬其流動(dòng)速度差別也就越大，因此在設(shè)計(jì)模子時(shí)，必須將沿緣板寬度方向上的工作帶長(zhǎng)度做成可變的。 當(dāng)采用單孔模擠壓時(shí)，可按單一同心圓規(guī)則來(lái)確定?？坠ぷ鲙чL(zhǎng)度 [21]，如圖 3― 16 所示。 圖 3― 16 單孔的同心圓規(guī)則 （ 1）確定模孔工作帶長(zhǎng)度時(shí)，先以整個(gè)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(zhǎng)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(zhǎng)度可為基準(zhǔn)點(diǎn)的工作帶長(zhǎng)度加上 lmm。 （ 3）當(dāng)型材壁厚相同時(shí)，與模子中心 與擠壓筒中心重 合 距離相等處其工作帶長(zhǎng)度相同 。由模子中心起，每相距 10mm 同心圓半徑 工作帶長(zhǎng)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(zhǎng)度增減值 型材斷面壁厚 /mm 每相距 10mm（同心圓半徑）工作帶長(zhǎng)度增減值 /mm （ 4）當(dāng)型材壁厚不相同時(shí)，?？坠ぷ鲙чL(zhǎng)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(jì)算，然后還需依靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行恰當(dāng)確定。 根據(jù)以上原則，設(shè)計(jì)出的模 孔工作帶尺寸如圖 3― 17 所示。 圖 3― 17 梳子型模具模孔工作帶尺寸 （ 4）摸孔空刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （ a） [2]。該散熱器導(dǎo)流模設(shè)計(jì)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(shí)，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?？讛?shù)來(lái)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(jì)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(wèn)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(zhǎng)的半空心槽材型材時(shí)，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(huì)改 變型材的尺寸，而且會(huì)減低甚至消除工作帶阻礙作用。在受力過(guò)大的情況下，模子會(huì)沿危險(xiǎn)斷面破裂。因此，對(duì)型材模子必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。對(duì)于槽形模的突出部分，可以認(rèn)為是一個(gè)受有均布載荷的懸壁梁，可按下式校核其危險(xiǎn)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(zhǎng)度，即槽形型材的槽深尺寸， mm； P―擠壓筒的比壓， MPa； a―模孔懸臂梁根部斷 面斷面的寬度， mm； b―?？讘冶哿焊繑嗝娉隹谔帉挾?， mm； b a－ 2c； c―模孔懸臂梁根部出口空刀尺寸 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(duì)于 3Cr2W8V 鋼，取 [σ彎 ] 600～ 700MPa；對(duì)于 4Cr5MoSiV1 鋼，取 [σ彎 ] 600MPa 是安全的。 為了計(jì)算方便，可令 a b，其結(jié)果對(duì)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(shí)，即擠壓 機(jī)的壓力，擠壓筒直徑一定時(shí)，是定值。故當(dāng)比壓 P 一定時(shí)，模具的厚度與懸臂梁長(zhǎng)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(guò)程是一種高溫、高負(fù)荷的加工作業(yè)過(guò)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(zhǎng)時(shí)間的高溫高壓和潤(rùn)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(shí)，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(gè)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(zhǎng)時(shí)間使用中