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散热器型材的挤压技术

发布:2018-07-23 14:52      点击:
        铝合金因质轻美观、良好的导热性和易加工成复杂的形状,被广泛地用于散热器材上。铝合金散热器型材主要有三种类型:扁宽形,梳子形或鱼刺形;圆形或椭圆圆形外面散热片呈放射状;树枝形。它们的共同特点是:散热片之间距离短,相邻两散热片之间形成一个槽形,其深宽比很大;壁厚差大,一般散热片薄,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。
       
散热器型材有一部分尺寸较小、形状对称的产品比较容易生产,大部分散热器型材扁宽形,外形尺寸较大,有的不对称,散热片之间的槽形深宽比很大,其生产难度较大。需要从铝锭、模具、挤压工艺几方面配合,才能顺利生产出散热器型材。挤压散热器型材用的合金必须具有良好的可挤压性和导热性,一般用的有1A30、1035和6063等合金。目前普遍使用较多的是6063合金,因为它除了有良好的可挤压性、导热性外,还有较好的力学性能。
       
6063合金
  铝合金散热器型材的生产要从铝锭的质量、模具的材质和设计、减少挤压力以及挤压工艺等方面着手。
  1、铝锭的质量要求
铝锭的合金成分要严格控制杂质含量,保证合金万分的纯洁度。对于6063合金要控制Fe、Mg、Si的含量。Fe的含量应小于0.2%,Mg、Si的含量一般都控制在国家标准的下限,Mg含量0.45%——0.55%,Si含量0.25%——0.35%。铝锭要经过充分的均匀化处理,使铝锭的组织、性能均匀一致。
  铝锭的表面要光滑,不允许有偏析瘤或粘有沙泥。铝锭的端面要平整,不能切成台阶状或切斜度太大(切斜度应在3㎜以内)。因为台阶状或切斜度太大,用平面模挤压散热型材时,如果没有设计导流樫,铝锭直接碰到模具,由于铝锭端面不平,出现有的地方先接触模具,产生应力集中,易把模具的齿形挤断,或造成出料的先后不一,容易产生堵模或挤压成型不好的现象。
  2、对模具的要求
  因为散热器型材的模具都是许多细长的齿,要承受很大的挤压力,每个齿都要有很高的强度和韧性,如果彼此之间的性能有很大的差异,就容易使强度或韧性差的那些齿产生断裂。因此模具钢材的质量必须可靠,最好使用质量可靠的厂家生产的H13钢材,或选用优质的进口钢材。模具的热处理十分重要,要用真空加热淬火,最好采用高压纯氮淬火,可以保证淬火后模具的各部分性能均匀。淬火后要采取三次回火,使模具的硬度保证在HRC48——52的前提下,具有足够的韧性。这是防止模具断齿的重要条件。
  散热器型材要能顺利挤压成功,关键是模具的设计要合理,制造要精确。一般尽量避免铝锭直接挤压到模具工作带上。对于扁宽的梳形散热器型材,设计一个中间较小、两边较大的导流模,使金属往两边流,减少模具工作带上的挤压力,而且使其压力分布均匀。由于散热器型材断面的壁厚差大,设计模具工作带时要相应保持它们的差别,即壁厚大的地方工作带要特别加大,可以大到20mm——30mm,而齿尖的位置要突破常规,把工作带减到最小。总之要保证金属在各处流动的均匀性。对于扁宽形散热器,为保证模具有一定的刚度,模具的厚度要适当增加。厚度增加量约30%——60%。模具的制作也要十分精细,空刀要做到上下、左右、中间保持对称,齿与齿之间的加工误差要小于0.05mm,加工误差大容易产生偏齿,即散热片的厚薄不均匀,甚至会产生断齿的现象。
  对于设计比较成熟的断面,用嵌镶合金钢模具也是一个较好的方法,因为合金钢模具有较好的刚性和耐磨性,不易产生变形,有利于散热器型材的成形。
  3、减少挤压力
  为了防止模具断齿应尽量减少挤压力,而挤压力与铝锭的长、合金变形抗力的大小、铸锭的状态、变形程度的大小等因素有关。因此挤压散热铝型材的铝棒不宜太长,约为正常铝棒长度的(0.6——0.85倍)。特别是在试模和挤压第一根铝棒时,为确保能顺利生产出合格的产品,最好用更短的铸棒,即正常铝棒长度(0.4——0.6)倍的铝棒来试模。
  对于形状复杂的散热型材断面,除了缩短铝棒的长度外,还可考虑用纯铝短铸做第一次试挤压,试挤成功后再用正常铝锭进行挤压生产。
  铝锭均匀化退火不仅可以使组织和性能均匀,而且可以提高挤压性能和降低挤压力,所以要求铝锭必须均匀化退火。至于变形程度的影响,由于散热器型材的断面积一般都比较大,挤压系数一般在40以内,因此其影响较小。
  4、挤压工艺
  散热器型材生产的关键是挤压模具的第一次试模,有条件的话,可以先在电脑上做模拟试验,看模具设计的工作带是否合理,然后在挤压机上试模。第一次试模十分重要,操作手要让主柱塞前进上压时在低于8MPa的低压力下慢速前进,最好有人用电筒光线照看模具出口处,等挤压模具的每一个散热片都均匀挤压模孔后,才能逐渐加压加速进行挤压。试模成功后继续挤压时,应注意控制好挤压速度,做到平稳操作。生产散热器型材时应注意模具的加热温度,要使模具温度与铸锭温度相近。若温差太大,由于上压时挤压速度慢,会使金属温度下降,易产生堵模或流速不均匀的现象。