X型散热器挤压模具设计

　　（1江西理工大学材料与化学工程学院，江西赣州341000；2广州数控设备有限公司，广东广州510640）近年来，随着散热器在IT、电器、汽车和机械等工业产品中的广泛应用，其需求量也在快速增长。在我国，散热器主要还是以铝合金挤压成型为主，这是因为挤压成形的毛坯尺寸一致性好，生产周期短，并且成本也比较低。各种加工方法制造散热器毛坯的对比，见表1.铝合金散热器的形状有多种形式，但它们有共同特点：散热片之间距离短，相邻两散热片之间形成个槽形，其深宽比很大，其次是壁厚差大，般散热片薄，而其根部的底板厚度大。因此给散热型材的模具设计、制造和生产带来很大的难度。

　　表1加工方法制造散热器毛坯的对比加工方法尺寸的一致性使用模具的情况后续加工量制造成本铝铸造法-般需要一般的模具较大低挤压成形法好需要精度较高的模具少中等，批量生产成本是较低的机械加工法好不需要无成本较高1散热器截面分析是一款X型实心散热器型材截面设计图，从中可知，此型材截面的外形尺寸为95mmx95mm，其四边均有21条翅片，翅片与翅片间的距离是1.8mm，长翅片的长度是33.5mm，齿尖部位的厚度仅有0.6mm，而实心部位的厚度达到了28mm.如此壁厚相差悬殊，散热齿距小，悬臂大的散热器，如果模具设计不合理，截面上各部分的金属在挤出模孔时就越容易以不同的速度流出，从而造成型材的扭拧、波浪、弯曲以及裂纹等缺陷而报废，模具也极容易损坏。因此，散热片模具进行优化设计变得尤为重要。

　　2模具材料的选择散热器的齿间间隙比般型材都要小的多，而且带有较大悬臂，在挤压时极易发生偏齿和断齿导致模具报废。所以，在选择模具材料的时，对材料的硬度、强度、韧性、淬透性、抗热疲劳性以及耐磨性等都有极高的工求。目前使用广泛的是H13钢，这是一种空冷硬化热作模具钢，属超高强度钢。它具有良好的淬透性、热强性、耐磨性、塑性及较高的冲击韧性、抗冷热疲劳性、热处理变形小，抗裂纹扩展性好，挤压的型材表面粗糙度好，修模省力，使用寿命长，并且价格低货源充足，是的模具材料。模具在热处理时定要氮化均匀，保证各部分的性能致，才能更好的防止模具发生断齿，提高模具寿命。

　　3模具设计这款散热器虽是实心的，但是不能直接采用普通的直通式平模结构。因为其齿数较多，舌比较大，而且壁厚相差悬殊，齿部的挤压力很大，极易模具在齿根部位产生断裂，大大地降低了挤压模具的寿命。

　　为了使模具在挤压时金属的流速均匀，在设计其模具结构时，多采用分流模结构。一般来说，分流孔的数量越多，金属的流速越均匀，但同时也会增加焊合线的数量。考虑到这款散热器的形状，分流孔采用四个，其分布情况如所示。

　　这样分布，焊合线不会切割翅片，有效地起到了避焊的效果。

　　3.1上模设计分析这种假分流模的设计结构，将型孔壁厚较厚的部分设计在上模分流桥的遮挡之下，使其起到阻碍金属流动的作用，从而降低此处金属的流速，使型材挤出时趋于平稳。这种带有分流桥的设计结构，可以有效地减小型材模具危险断面的断裂系数，增强模具强度。

　　如所示，上模采用四个分流孔，桥宽为16mm，桥底加工成带30*的维形，并在底部以5mm圆角过渡，这样有利于金属的流动焊合。为了促进金属的流动，减少摩擦阻力，在模芯上做成品20*锥角，模芯四个角的部位做成15*锥角，这样有利于桥底下金属的流动与焊合，起到促流的作用。分流孔外侧设计成带有8~10°的斜度，使金属能充分填充到模孔的各处。

　　3.2下模设计分析下模与普通平模的结构类似，为了降低模具成本，又能够缩短加工周期，下模多采用镶嵌式结构。下模厚度是65mm，下模内镶块厚度采用40mm，因为内镶块过厚，容易导致齿偏齿、刮伤甚至塞齿且加工时间过长，过薄又不能保证齿的强度。

　　计算模孔尺寸时，在保证强度的条件下，应尽量减轻重量，减少用材和降低成本，因此，般按下偏差考虑。模孔外形尺寸为A=A+KA=1+KAc，K为经验系数，其取值范围为0.007 0.015，对6063合金来说，取0.012.壁厚尺寸的计算公式为B =B+A，BS3mm时，△可加大0.2~0.3mm.此外，还有根据经验，先将散热器的尺寸整体按1放量，然后再对那些高度和厚度比较大的尺寸适当增加放量。

　　工作带的设计也是整个模具设计的重要部分，其对调节金属的流速起到相当重要的作用。在设计工作带时，散热器的齿部壁厚薄，是整个型材难出料的部分，是设计整个型材工作带的基础。因此齿尖部位的工作带应该尽可能短，这样有利于减小摩擦力，降低金属流动阻力，调节金属流速。此处工作带应该设计成三个长度，齿片的前端和靠近根部部分设计成0.3mm，齿片的中间部分设计成0.5mm. 4结束语如何调整金属流速，使其在挤压时能够平稳挤出，是挤压模具设计的个关键因素。像散热器这种复杂的型材，只通过改变工作带的长度来控制金属流出速度是不够的。实践证明，将散热器型材模具设计成带分流孔的平面组合模结构，不仅有效的调节了金属在挤压时的流速，而且减小了由于模具承受较大的正面压力所导致的模孔危险断面的断裂，极大地延长了模具的使用寿命，提高了产品质量和生产效率。