【導(dǎo)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(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。設(shè)計既要保證模具有足夠的強(qiáng)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(shè)計成平摸，與導(dǎo)流模配合使用。均勻，這也是太陽花散熱器模具設(shè)計的關(guān)鍵點(diǎn)。

　　

【正文】 由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(shè)計齒部工作帶時，不能設(shè)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(shè)計整個型材工作帶的基礎(chǔ)。設(shè)計該部分的工作帶就應(yīng)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(shè)計成 。以薄齒部位工作帶 為基準(zhǔn)，按照式（ ）計算厚齒部分。因?yàn)楸↓X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(shè)計：因?yàn)辇X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(yīng)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，將齒底工作帶的長度設(shè)計成 。 （ c）齒根與底部工作帶的過渡設(shè)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(dǎo)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(dǎo)致嚴(yán)重的偏齒現(xiàn)象，這兩大弊端都會導(dǎo)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(yīng)力集中 ，以增加工作帶的強(qiáng)度。太陽花散熱片?？坠ぷ鲙чL度設(shè)計如圖 3— 7 所示。 圖 3— 7 太陽花散熱器模具?？坠ぷ鲙чL度 28 （ 10）?？卓盏督Y(jié)構(gòu)設(shè)計 模孔空刀，即模孔工作帶出口端懸臂支撐結(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(qiáng)度和剛度?？盏哆^大則不能保證工作帶部分的強(qiáng)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(dǎo)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(shè)計?？卓盏叮瓤梢员ＷC模具 強(qiáng)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(yīng)合理設(shè)計，以下是散熱片空刀設(shè)計的四個要點(diǎn)： （ a）齒尖空刀設(shè)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(yīng)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(yīng)為 左右； （ b）齒間空刀設(shè)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(qiáng)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(shè)計：齒底部工作帶長度大，能夠承受較大的力，空刀要設(shè)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(shè)計為 ～ ,此處取 。 由于電火花加工放電腐蝕產(chǎn)生 0～ 的間隙，導(dǎo)致空刀設(shè)計尺寸比實(shí)際模具的空刀尺寸要小，這個因素在設(shè)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(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、制品質(zhì)量要求、組織性能要求及?？?數(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(jī)是 1250T的臥式擠壓機(jī)，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(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)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(jìn)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(yīng)力而被破壞和分流孔處在危險斷面被剪斷。為了保證所設(shè)計模具的強(qiáng)度滿足使用要求，下面對分流模的主要危險部位進(jìn)行強(qiáng)度校核 [1]。 （ a）分流橋彎曲應(yīng)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(jī)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(qiáng)度和抗剪強(qiáng)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(shè)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(dá) 45mm，片距只有 ，實(shí)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(shè)計不合理，截面上各部分的金屬在擠出?？讜r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. 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(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模孔的重要因素之一。根據(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，那么模孔的配置應(yīng)使型材的對稱軸通過模子的一個 33 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?？椎牟贾? 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?？祝瑢⑹剐筒臄嗝娴闹匦牡侥Ｗ又行牡木嚯x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(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(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?。因?yàn)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 , 即模孔尺寸越大 , 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）模孔尺寸設(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?？壮叽鐣r，影響模孔尺寸的因素有很 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(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。 36 圖 3— 14 梳子型模具模孔尺寸 37 （ 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，?？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(fù)雜、壁厚差大、外形輪廓大的型材，在設(shè)計模孔時，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?？坠ぷ鲙чL度： 112212 fS fShh ???