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  鋁合金因質輕美觀、良好的導熱性和易加工成複雜的形狀,被廣泛地用于散熱器材上。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;圓形或橢圓形外面散熱片呈放射狀、樹枝形。它們的共同特點是:散熱片之間距離短,相鄰兩散熱片之間形成一個槽形,其深寬比很大;壁厚差大,一般散熱片薄,而其根部的底闆厚度大。因此給散熱型材的模具設計、制造和生産帶來很大的難度。


   散熱器型材有一部分尺寸較小、形狀對稱的産品比較容易生産,大部分散熱器型材扁寬形,外形尺寸較大,有的不對稱,散熱片之間的槽形深寬比很大,其生産難度較大。需要從鑄錠、模具、擠壓工藝幾方面配合,才能順利生産出散熱器型材。擠壓散熱器型材用的合金必須具有良好的可擠壓性和導熱性,一般用的有1A30、1035和6063等合金。目前普遍使用較多的是6063合金,因為它除了有良好的可擠壓性、導熱性外,還有較好的力學性能。


鋁合金散熱器型材的生産要從鑄錠的質量、模具的材質和設計、減少擠壓力以及擠壓工藝等方面着手。



1、鑄錠的質量要求


  鑄錠的合金成分要嚴格控制雜質含量,保證合金熔體的純潔度。對于6063合金要控制Fe、Mg、Si的含量。Fe的含量應小于0.2%,Mg、Si的含量一般都控制在國家标準的下限,Mg含量0.45%~0.55%,Si含量0.25%~0.35%。鑄錠要經過充分的均勻化處理,使鑄錠的組織、性能均勻一緻。


鑄錠的表面要光滑,不允許有偏析瘤或粘有沙泥。鑄錠的端面要平整,不能切成台階狀或切斜度太大(切斜度應在3㎜以内)。因為台階狀或切斜度太大,用平面模擠壓散熱型材時,如果沒有設計導流樫,鑄錠直接碰到模具,由于鑄錠端面不平,出現有的地方先接觸模具,産生應力集中,易把模具的齒形擠斷,或造成出料的先後不一,容易産生堵模或擠壓成型不好的現象。



2、對模具的要求


  因為散熱器型材的模具都是許多細長的齒,要承受很大的擠壓力,每個齒都要有很高的強度和韌性,如果彼此之間的性能有很大的差異,就容易使強度或韌性差的那些齒産生斷裂。因此模具鋼材的質量必須可靠,最好使用質量可靠的廠家生産的H13鋼材,或選用優質的進口鋼材。模具的熱處理十分重要,要用真空加熱淬火,最好采用高壓純氮淬火,可以保證淬火後模具的各部分性能均勻。淬火後要采取三次回火,使模具的硬度保證在HRC48~52的前提下,具有足夠的韌性。這是防止模具斷齒的重要條件。


  散熱器型材要能順利擠壓成功,關鍵是模具的設計要合理,制造要精确。一般盡量避免鑄錠直接擠壓到模具工作帶上。對于扁寬的梳形散熱器型材,設計一個中間較小、兩邊較大的導流模,使金屬往兩邊流,減少模具工作帶上的擠壓力,而且使其壓力分布均勻。由于散熱器型材斷面的壁厚差大,設計模具工作帶時要相應保持它們的差别,即壁厚大的地方工作帶要特别加大,可以大到20mm~30mm,而齒尖的位置要突破常規,把工作帶減到最小。總之要保證金屬在各處流動的均勻性。對于扁寬形散熱器,為保證模具有一定的剛度,模具的厚度要适當增加。厚度增加量約30%~60%。模具的制作也要十分精細,空刀要做到上下、左右、中間保持對稱,齒與齒之間的加工誤差要小于0.05mm,加工誤差大容易産生偏齒,即散熱片的厚薄不均勻,甚至會産生斷齒的現象。


  對于設計比較成熟的斷面,用嵌鑲合金鋼模具也是一個較好的方法,因為合金鋼模具有較好的剛性和耐磨性,不易産生變形,有利于散熱器型材的成形。



3、減少擠壓力


  為了防止模具斷齒應盡量減少擠壓力,而擠壓力與鑄錠的長、合金變形抗力的大小、鑄錠的狀态、變形程度的大小等因素有關。因此擠壓散熱鋁型材的鑄棒不宜太長,約為正常鑄棒長度的(0.6~0.85倍)。特别是在試模和擠壓第一根鑄棒時,為确保能順利生産出合格的産品,最好用更短的鑄棒,即正常鑄棒長度(0.4~0.6)倍的鑄棒來試模。


  對于形狀複雜的散熱器型材斷面,除了縮短鑄棒的長度外,還可考慮用純鋁短鑄做第一次試擠壓,試擠成功後再用正常鑄錠進行擠壓生産。


  鑄錠均勻化退火不僅可以使組織和性能均勻,而且可以提高擠壓性能和降低擠壓力,所以要求鑄錠必須均勻化退火。至于變形程度的影響,由于散熱器型材的斷面積一般都比較大,擠壓系數一般在40以内,因此其影響較小。



4、擠壓工藝


  散熱器型材生産的關鍵是擠壓模具的第一次試模,有條件的話,可以先在電腦上做模拟試驗,看模具設計的工作帶是否合理,然後在擠壓機上試模。第一次試模十分重要,操作手要讓主柱塞前進上壓時在低于8MPa的低壓力下慢速前進,最好有人用電筒光線照看模具出口處,等擠壓模具的每一個散熱片都均勻擠壓出模孔後,才能逐漸加壓加速進行擠壓。試模成功後繼續擠壓時,應注意控制好擠壓速度,做到平穩操作。生産散熱器型材時應注意模具的加熱溫度,要使模具溫度與鑄錠溫度相近。若溫差太大,由于上壓時擠壓速度慢,會使金屬溫度下降,易産生堵模或流速不均勻的現象。


散熱器型材擠壓工藝參數見表1。



  表1 散熱器型材擠壓工藝參數



合 金

鑄錠溫度/℃

擠壓筒溫度/℃

模具溫度/℃

擠壓系數

擠壓速度min-1

1035,1A30

400~470

400~440

400~460

20~60

15~50

6063

500~520

400~450

480~500

15~40

10~30



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