電冰箱散熱器零件壓鑄模設計

1、電冰箱鋁散熱片的壓鑄制造（東南大學 機械工程學院 機093 楊德魏 學號 孫航 學號 趙立翔 學號 南京 210000）摘要：不同種類的電冰箱使用的散熱器外形各有不同，然而其材質(zhì)及制造工藝大同小異。本文通過對電冰箱散熱片工作條件及使用要求的分析，確定毛胚材料及毛胚制造方法。以鋁散熱片的壓鑄制造為代表畫出毛胚制圖并制定其制造工藝。關鍵詞： 電冰箱 鋁散熱片 壓鑄 制造工藝中圖分類號：TG 230 文件標識碼：AThe refrigerator aluminum heat sink die-castings manufacturing (Dong Nan mechanical engineerin

2、g college university of YangDe wei student machine SunHang ZhaoLiXiang student Nan Jing id 210000) Abstract: different kinds of refrigerators use radiator shape each different, yet its material and manufacturing process the same. This article through to the refrigerator heat sink working conditions

3、and requirements of the use of analysis, confirmed blank casts materials and wool embryo manufacturing methods. Die-casting aluminum heat sink in manufacturing as a representative draw blank casts its manufacture and make the drawing. Keywords: refrigerators aluminum heat sink die-casting manufactur

4、ing process 1.散熱器的基本概況1.1散熱器材質(zhì)的比熱1.2散熱器材質(zhì)的選擇一般說來，普通風冷散熱器自然要選擇金屬作為散熱器的材料。對所選用的材料，希望其同時具有高比熱和高熱傳導系數(shù)，鋁的這兩個參數(shù)都居于前列，是一個相當不錯的選擇。由于鋁具有密度小，延展性好，易于加工等特點，當然，價格遠比銅之類便宜，所以目前絕大多數(shù)散熱器都采用鋁作為主要材料。不過，純鋁硬度不足，切削性能差，所以在實際生產(chǎn)中，廠商門為了保證產(chǎn)品有適當?shù)挠捕?，都采用鋁合金來制造實際產(chǎn)品(鋁約占總成分的98%)，當然摻雜了其他金屬會導致散熱性能有所降低，不過，鋁優(yōu)良的導熱能力在鋁合金身上基本上得到保留。相比較而言，銅和

5、鋁合金二者同時各有其優(yōu)缺點：銅的導熱性好，但價格較貴，加工難度較高，重量過大，且銅制散熱器熱容量較小，而且容易氧化。另一方面純鋁太軟，不能直接使用，都是使用的鋁合金才能提供足夠的硬度，鋁合金的優(yōu)點是價格低廉，重量輕，但導熱性比銅就要差很多。2.各種材質(zhì)散熱片及制造簡介2.1純鋁散熱器純鋁散熱器是早期最為常見的散熱器，其制造工藝簡單，成本低，到目前為止，純鋁散熱器仍然占據(jù)著相當一部分市場。為增加其鰭片的散熱面積，純鋁散熱器最常用的加工手段是鋁擠壓技術，而評價一款純鋁散熱器的主要指標是散熱器底座的厚度和Pin-Fin比。Pin是指散熱片的鰭片的高度，F(xiàn)in是指相鄰的兩枚鰭片之間的距離。Pin-Fi

6、n比是用Pin的高度(不含底座厚度)除以Fin，Pin-Fin 比越大意味著散熱器的有效散熱面積越大，代表鋁擠壓技術越先進。2.2純銅散熱器銅的熱傳導系數(shù)是鋁的1.69倍，所以在其他條件相同的前提下，純銅散熱器能夠更快地將熱量從熱源中帶走。不過銅的質(zhì)地是個問題，很多標榜“純銅散熱器”其實并非是真正的100的銅。在銅的列表中，含銅量超過99的被稱為無酸素銅，下一個檔次的銅為含銅量為85以下的丹銅。目前市場上大多數(shù)的純銅散熱器的含銅量都在介于兩者之間。而一些劣質(zhì)純銅散熱器的含銅量甚至連85都不到，雖然成本很低，但其熱傳導能力大大降低，影響了散熱性。此外，銅也有明顯的缺點，成本高，加工難，散熱器質(zhì)量

7、太大都阻礙了全銅散熱片的應用。紅銅的硬度不如鋁合金AL6063，某些機械加工(如剖溝等)性能不如鋁；銅的熔點比鋁高很多，不利于擠壓成形( Extrusion )等等問題。雖然，目前最常用的散熱片材料是銅和鋁合金，鋁合金容易加工，成本低，是應用最多的材料，而銅較高的熱傳導系數(shù)，使得其瞬間吸熱能力比鋁合金好，但散熱的速度就較鋁合金要慢。因此，無論純銅、純鋁、還是鋁合金散熱器，都有一個致命的缺陷：由于只使用一種材質(zhì)，雖然基本的散熱能力能夠滿足輕度散熱的需要，但由于無法很好地均衡熱傳導能力和熱容量能力兩個方面的要求，在散熱要求較高的場合便未免有些力不從心了。2.3銅鋁結合技術 這兩種金屬的結合比較困難

8、，銅和鋁之間的親和力較差，如果接合處理不好，便會產(chǎn)生較大的介面熱阻(即兩種金屬之間由于不充分接觸而產(chǎn)生的熱阻)。在實際設計和制造中，廠商總是盡可能降低介面熱阻，揚長避短，往往這也體現(xiàn)了廠商的設計能力與制造工藝。常見的銅鋁結合工藝包括：2.3.1扦焊扦焊是采用熔點比母材熔點低的金屬材料作為焊料，在低于母材熔點而高于焊料熔點的溫度下，利用液態(tài)焊料潤濕母材，填充接頭間隙，然后冷凝形成牢固接合界面的焊接方法。主要工序有：材料前處理、組裝、加熱焊接、冷卻、后處理等工序。常用的扦焊方式是錫扦焊,鋁表面在空氣中會形成一層非常穩(wěn)定的氧化層(AL2O3),使銅鋁焊接難度較高,這是阻礙焊接的最大因素。必須要將其去

9、除或采用化學方法將其去除后并電鍍一層鎳或其它容易焊接的金屬，這樣銅鋁才能順利焊接在一起。 散熱片上的銅底是進行熱的傳導，要求的不僅是機械強度，更重要的是焊接的面積要大(焊著率要高)，才能有效地提升散熱效能，否則不斷不會提升散熱效能，反而會使其比全鋁合金的散熱片更加糟糕。2.3.2貼片、螺絲鎖合貼片工藝是將薄銅片通過螺絲與鋁制底面結合，這樣做的主要目的是增加散熱器的瞬間吸熱能力，延長一部分本身設計成熟的純鋁散熱器的生命周期。經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)：在鋁散熱片底部與銅塊之間使用高性能導熱介質(zhì)，施加80Kgf的力壓緊后用螺絲將其鎖緊，其散熱效果與銅鋁焊接的效果相當，同樣達到了預計的散熱效能提升幅度。 這種方法

10、較焊接簡單, 而且品質(zhì)穩(wěn)定，制程簡單，投入設備成本較焊接低，不過只是作為改進，所以性能提升不明顯。雖然有散熱膏填充，銅片與鋁底之間的不完全接觸仍然是熱量傳遞的最大障礙。制造的主要工序有：銅片裁切、校平(平面度小于0.1mm、鉆孔、涂抹導熱介質(zhì)鉆孔、攻牙、清洗、強力預壓程序、兩段式鎖合作業(yè)、定扭力鎖螺絲。貼片工藝的重點在于控制好銅、鋁平面度和粗糙度，以及鎖螺絲的扭力等因素，即可得到一定的效能提升，是一種不錯的銅鋁結合方式。如果使用的導熱介質(zhì)性能低劣，或是銅塊平整度不良，熱量就不能順利地傳導至鋁的散熱片表面，使散熱效果大打折扣。另外，螺絲的鎖合力和銅材的純度不夠，都是不良的影響因素。3鋁散熱器的壓

11、鑄制造3.1其他制造工藝的優(yōu)缺點制造散熱器的工藝方法很多簡單介紹如下：3.1.1刨床、切削工藝刨床式制程即先以擠型方式做出帶有凹槽之長條狀的胚子，再使用特殊的刀具，將初胚削出一層層的鰭片出來，其散熱鰭片的厚度可薄至 0.5mm 以下，且鰭片與底板是一體成型，從而避免接口阻抗這一多材質(zhì)結合時的大麻煩。其缺點則是，在成型的過程中，由于材料應力集中，鰭片與底板接合處會產(chǎn)生肉眼不易察覺的裂縫，進而影響散熱器的散熱性能，且由于廢料、量產(chǎn)能力及次品率等問題，使得制作成本較高。切削技術則是對一整塊金屬進行一次性切削，形成很薄、很密散熱鰭片，從而有效地增加了散熱面積。由于要進行切削，金屬的硬度不能太高，所以鋁

12、的含量會比普通鋁合金散熱片稍高，成型后的散熱器質(zhì)量很輕，安裝方便。這種技術雖然原料成本與普通壓鑄成型的散熱器相當，但工藝要求高，加工困難，因此產(chǎn)品并不多。3.1.2精密切割技術精密切割技術是將一塊整體的型材(鋁/銅)，根據(jù)需要用特殊的切割機床在基座上切割出指定間距的散熱鰭片。相比傳統(tǒng)的鋁擠壓工藝，精密切割技術可以在單位體積內(nèi)切割出更大的散熱面積(增加50%以上)。精密切割技術切割出的散熱片表面會形成粗顆粒，這種粗顆粒可以使散熱片和空氣的接觸面更大，提升散熱效率。精密切割的最大優(yōu)勢是散熱器屬于整體切割成型，散熱鰭片和散熱底座結合為一體，精密切割技術制造的散熱片不存在介面熱阻的問題，熱傳導效率非常

13、高。成本也比較高，不適應于一般散熱要求的散熱片生產(chǎn)。3.2鋁散熱片壓鑄制造3.2.1鋁散熱片的制圖圖1.a圖1.b32散熱器零件壓鑄模設計3.2.1工藝性分析 鋁具有良好的熱交換性，與銅、黃銅散熱器相比，鋁合金散熱器具有質(zhì)量輕、成本低等優(yōu)點，已被廣泛使用。采用壓鑄工藝生產(chǎn)鋁合金散熱器，同其他鑄造方法相比有很多優(yōu)點。它可以減少后序加工，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本，節(jié)約金屬原材料，且鑄件表面光潔美麗，壓鑄件精度較高，尺寸穩(wěn)定，一致性好，加工余量小，組織致密，具有較高的強度和硬度。圖1示散熱器零件采用壓鑄工藝生產(chǎn)，由于此鑄件葉片薄，且間距小，深度較深，模具型腔難以制造，采用圖2中所示的鑲塊組件結構，

14、不僅解決了型腔制造困難，而且改善了壓鑄模的填充、排氣性能，使鑄件組織致密，滿足了散熱器鑄件對氣密性的要求。圖23.2.2壓鑄模結構設計 散熱器零件，材料為ADC12。散熱器鑄件葉片部位型腔受鑄件形狀的限制，各葉片腔體之間間距小、深度深，使壓鑄模型腔制造困難。同時，壓鑄填充時，由于型腔、壓室、合金液中的氣體以及涂料產(chǎn)生的氣體在短時間充填過程中來不及全部排出，部分氣體被卷入到合金液中，使鑄件產(chǎn)生氣孔，組織疏松，嚴重影響鑄件的氣密性，造成鑄件廢品。為了改善壓鑄模型腔加工工藝性和散熱片部位的填充、排氣性能，散熱器葉片動模型芯采用鑲塊組合結構，如圖2所示。整個型腔由多片鑲塊組成，由螺栓連接成一體，不僅易

15、于型腔加工，而且利于填充、排氣，便于壓鑄模維修、清理，解決了加工后出現(xiàn)氣孔問題，減少由于氣孔原因造成的壓鑄廢品，提高了壓鑄件的成品率。由于受壓鑄模結構限制，抽芯機構采用斜滑塊抽芯，其抽拔距離比斜導柱抽芯小，壓鑄模結構緊湊。3.2.3壓鑄模工作原理 壓鑄模澆注系統(tǒng)為中心澆注形式，采用斜滑塊抽芯及頂桿、頂板頂出機構。其動作過程如下：合模，定模板推動斜滑塊復位；壓鑄機壓射；開模，通過推桿將鑄件頂出。為防止頂出時血塊脫落，在動模板上加裝擋塊。3.2.4壓鑄機的選擇a.主脹型力的計算式中 -主脹型力（KN）；A-鑄件在分型面上的投影面積（）(此處A=78)；P -壓射比壓（MPa）（此處p=90MPa）。計算得b. 鎖模力計算和設備選擇 選用壓鑄機時，首先要確定鎖模力。鎖模力的主要作用是為了克服范壓力，鎖緊壓鑄模的分型面，防止金屬液飛濺，保證鑄件的尺寸精度。式中 -壓鑄機應有的鎖模力（KN）；K -安全系數(shù)，一般K=1.25;-主脹型力（KN）；-分脹型力（作用在滑塊鎖緊面上的法向分力引起脹型力之和）（KN）。計算的 所以選擇散熱器零件在J1113G生產(chǎn)。3.3工藝參數(shù)的確定 根據(jù)壓射比壓推芥值表（參考潘憲曾等。壓鑄模設計手冊.北京:機械工業(yè)出版社，1999），耐氣密性件的壓射比壓設置范圍為80-120MPa，