散热器用铝型材挤压工艺与模具设计毕业设计文稿

散热器用铝型材挤压工艺与模具设计毕业设计文稿内容摘要：

越远，则此处的定径带应越短，当用定径带仍难于控制流速时，对于形状特别复杂，壁厚很薄，离中心很远的部分可采用促流角或采用导料锥来加速金属的流动。 相反，对于那些壁厚大得多的部分或离挤压筒很近的地方就应采用阻碍角进行补充阻碍，以减缓此处的流速。 此 处，还可以采用工艺平衡孔，工艺余量或者采用前室模、导流模，改变分流孔的数目、大小、形状和位置来调节金属的流速。 (5)保证足够的模具强度 由于挤压时模具的工作条件是十分恶劣的，所以模具强度是模具设计中的一个非常重要的问题。 除了合理布置模孔的位置，选择合适的模具材料，设计合理的模具结构和外形之外，精确地计算挤压力和校核各危险断面的许用强度也是十分重要的。 目前计算挤压力的公式很多，经验公式、初等解析公式虽然精度较低，但由于简单，具有较好的工程价值：挤压力的上限解法，由于可用于求解复杂断面型材的挤压变形问题，也 有较好的实用价值：对于某些重要的模具或十分复杂的模具可用有限元法求解。 9 模具设计的技术条件及基本要求 模具的结构、形状和尺寸设计计算完毕以后，要对模具的加工质量、使用条件提出基本要求，这些要求主要是 : （ 1）有适中而均匀的硬度，模具经淬火、回火处理后，其硬度值为 HRC40～ 52(根据模具的尺寸而定，尺寸越大，要求的硬度越低 )。 （ 2）有足够高的制造精度，模具的形位公差和尺寸公差应符合图纸的要求 (一般负公差制造 )，配合尺寸具有良好的互换性。 （ 3）有足够高的表面粗糙度，配合表面应达 Ra=～ m，工作带表面达 Ra=～ m，表面应进行氮化处理、磷化处理或其它表面强化处理，如多元素共渗处理及化学热处理等。 （ 4）有良好的对中性、平行度、直线度和垂直度，配合面的接触率应大于 80%。 （ 5）模具无内部缺陷和表面缺陷，一般应进行超声波探伤和表面质量检查后才使用。 （ 6）工作带变化处及模腔分流孔过渡区、焊合腔中的拐接处应圆滑均匀过渡不得出现棱角。 挤压模典型结构要素的设计 模角 模角α是挤压模设计中的一个最基本的参数，它是指模子的轴线与模面之间所构成的夹角。 模角α在挤压过程 中起着十分重要的作用，其大小对挤压制品的表面质量与挤压力都有很大的影响。 平模的模角α等于 90176。 ，其特点是在挤压时形成较大的死区，可阻止铸锭表面的杂质、缺陷、氧化皮等流到制品的表面上，可获得良好制品表面，但在挤压某些易于在死区产生断裂的金属与合金时，会引起制品表面上出现分层、起皮和小裂纹。 采用平模挤 压时，消耗的挤压力较大，模具容易产生变形，使模孔变小或者将模具压坏，特别是挤压某些高温高强的难变形合金时，上述现象更为明显。 从减少挤压力，提高模具使用寿命的角度来看，应使用锥形模。 根据模角α与挤压力的 10 关系，当α =45176。 ～ 60176。 时，挤压力出现最小值。 但当α =45176。 ～ 50176。 时，由于死区变小，铸锭表面的杂质和脏物可能被挤出模孔而恶化制品的表面质量。 因此，挤压铝合金用锥形模的模角应大于 50176。 ，一般可取 55176。 ～ 65176。 应该指出，随着挤压条件的改变，合理模角也会发生变化。 为了兼顾平面模和锥形模的优点，出现了平锥模和双锥模。 双锥模的模角为：α 1=60176。 ～ 65176。 ，α 2=10176。 ～ 45176。 ，但在挤压铝合金时，为了提高挤压速度，最好取α 2=10176。 ～ 13176。 此外，还采用流线模、平流线模和碗形模等，这些模子的模角是连续变化的。 定 径带长度和直径 定径带又称工作带，是模子中垂直模子工作端面并用以保证挤压制品的形状、尺寸和表面质量的区段。 定径带直径 d 定 与实际所挤压的制品直径并不相等，设计 d 定 大小时，其基本原则是：在保证挤压出的制品在冷却状态下不超出图纸规定的制品公差范围的条件下，尽量最大限度地延长模具的使用期限。 影响制品尺寸的因素很多，如温度、模具材料和被挤压金属的材 料，制品的形状和尺寸，拉伸矫直量以及模具变形情况等，在设计模具定径带直径时，通常用一裕量系数 C1来考虑各种因素对制品尺寸的影响。 定径带长度 h 定 也是模具设计中的重要基本参 数之一。 定径带长 h 定 度过短，制品尺寸难于稳定，易产生波纹、椭圆度、压痕压伤等废品，同时，模子易磨损，会大大降低模具的使用寿命。 定径带长度 h 定 过长时，会增大金属的摩擦阻力，从而增大挤压力，且易于粘结金属，使制品的表面出现划伤、毛刺、麻面、波浪等缺陷。 出口直径或出口喇叭锥 模子的出口部分是保证制品能顺利通过模子并保证高表面质量的重要参数。 若模子出口直径 d 出 过小，则易划伤制品表面，甚至会引起堵模，但出口直径 d 出 过大，则会大大削弱定径带的强度，引起定径带过早地变形、压塌，明显地降低模具的使用寿命。 因此， 在一般情况下，出口带尺寸应比定径带尺寸大 3～ 6mm，对于薄壁管或变外径管材的模子此值可适当增大。 为了增大模子的强度和延长模具的使用寿命，出口带可做成喇叭锥。 出口喇叭 11 角（从挤压型材离开定径带开始）可取 1176。 30′～ 10176。 （此值受锥形端铣刀角度的限制）。 特别是对于壁厚小于 2mm 而外形十分复杂的型材模子，为了保证模具的强度，必须做成喇叭出口。 有时为了便于加工，也可设计成阶梯形的多级喇叭锥。 为了增大定径带的抗剪强度，定径带与出口带之间可以 20176。 ～ 45176。 的斜面或以圆角半径为 ～ 3mm 的圆弧过渡。 入口圆 角 模子的入口圆角是指被挤压金属进入定径带的部分，即模子工作端面与定径带形成的端面角。 制作入口圆角 r 入 可防止低塑性合金在挤压时产生表面裂纹和减少金属在流入定径带时的非接触变形，同时也减少在高温下挤压时模子棱角的压塌变形 [1]。 但是，圆角增大了接触摩擦面积，事能引起挤压力增高。 模子入口圆角 r 入 值的选取与金属的强度、挤压温度和制品尺寸、模子结构等有关。 挤压铝及其合金时，端面入口角应取锐角，但近来也有些厂家，在平面模入口处做成 r 入 =～ 的入口圆角；在平面分流组合模的入口做成 r 入 =～ 5mm 的圆 角。 确定采用平面和分流模的原则 铝型材挤压分流模和平模是按照被挤压产品的品种来区分的。 使用分流模挤压的型材断面形状至少含有一个比闭合的框，而平模却没有。 此外，还有一种办分流模，此种摸挤压的型材断面形状近似闭合，但留有一个小断口。 半分流模的导流模采用分流孔，模垫则采用平模模垫 [4]。 确定平模还是分流模需要计算舌型比。 舌型比是指在悬臂梁部分的悬臂梁的长度 L1与悬臂梁的宽度 L2之比， A是指悬臂梁的面积，在模具强度计算和校核中主要对这部分进行计算。 长型比的大小直接影响模具的寿命，所以在悬臂处如果 A/L12（即 L2/L1）的值超过表 21 数值时，为了保证模具的强度将这半空型材做成分流模： 12 表 21 半空型材做成分流模时 A/L12的值 L1/mm A/L12 ～ ≥ 2 ～ ≥ 3 ～ ≥ 4 ～ ≥ 5 ≥ 6 平面分流组合模的特点与结构 工作原理与特点 平面分流组合模的工作原理与桥式舌型模一样，也是采用实心铸锭，在挤压机挤压力的作用下，金属在经过分流孔时被劈成几股金属流，汇集于焊合室 (模腔 )，在高温、高压、高真空的模 腔内又重新被焊合，然后通过模芯与模子所形成的间隙流出，形成符合一定尺寸要求的管材或空心型材。 平面分流组合模是在桥式舌型模的基础发展起来的，实质是桥式舌型模的一个变种，即把突桥改成为平面桥，所以又称为刀式舌型模。 这种形式的模子在近年来获得了迅速的发展，并广泛地用于在不带独穿孔系统的挤压机上生产各种规格和形状的管材和空心型材，特别是民用建筑型。 平面分流组合模的主要优点是 : （ 1）可以挤压双孔或多孔的内腔十分复杂的空心型材或管材，也可以同时生产几根空心制品，所以生产效率高，这一特点是桥式舌型模很难实现的。 （ 2）可以挤压悬臂梁很大，用平面模很难生产的半空心型材。 （ 3）模具易于组合，互换性高，成本较低。 （ 4）易于分离残料，操作简单，辅助时间短，可在普通的型棒挤压机上用普通的工具完成。 挤压周期短，同时残料短，成品率高。 （ 5）可实现连续挤压，根据需要截取任意长度的制品。 （ 6）可以改变分流孔的数目、大小和形状，使断面形状比较复杂、壁 13 厚差较大，难以用工作带、阻碍角和促流角等调节流速的空心型材很好成形。 （ 7）可以用带锥度的分流孔，实现在小挤压机上挤压外形较大的空心制品，而且能保证有足够的变形量。 但是，平面分流组合 模也有一定的缺点： （ 1）制品表面焊缝较多，可能会影响制品的组织和力学性能，不适宜内部受压的军工用部件。 （ 2）要求模子的加工精度较高，特别是对于多孔空心型材，上下模要求严格对中。 （ 3）与平面模和桥式舌型模相比，变形阻力较大，所以挤压力一般比平面模高 30%～ 40%，比桥式舌型模高 15%～ 20%。 因此目前只限于生产一些纯铝，铝锰系、铝 镁 硅系等软铝合金。 为了用平面分流组合模挤压强度较高的铝合金，可在阳模上加一个保护模，以减少模桥的承压力。 （ 4）残料分离不干净，有时会影响产品质量，而且不便于修模。 分流组合模的结构 分流组合模是由阳模（上模）、阴模（下模）、定位销、连接螺钉四部分组成，如图 2— 1所示。 上下模组装后装入模支承中，为了保证模具的强度，减少或消除模子变形，有时还要配备专用的模垫和环。 在阳模上有分流孔、分流桥和模芯。 分流孔是金属通往型孔的通道。 分流孔是入口小、出口大的喇叭形，以减少金属流动阻力。 分流桥是支承模芯的。 模芯用来成形型材内腔。 在阴模上有焊合室，模孔型腔，工作带和空刀。 焊合室是把分流孔流出来的金属汇集在一起重新焊合起来形成以模芯为中心的整体坯料，由于金属不断聚集，静压力不断增大，直 至挤出模孔。 模孔型腔的工作带部分确定型材的外部尺寸和形状以及调节金属的流速，而空刀部分是为了减少摩擦，使制品能顺利通过，免遭划伤，以保证表面质量。 空刀的形式不同，可直接影响到模具工作带的强度。 定位销是用来进行上下模的装配定位，而联结螺钉是把上下模牢固地联结在一起，使平面分流模形成一个整体，便于操作，并可增大强度。 此外，按分流桥的结构不同，平面分流组合模又可分为固定式和可拆式的两种。 带可拆式分流桥的模具又称之为叉架式分流模，用这种形式的模子，可同时挤压多根空心制品。 14 图 2— 1分流组合模结构 1— 阳模； 2— 定位销； 3— 阴模 模具外形尺寸的确定原则 模具的外形尺寸是指模子的外接圆直径 D 模 和 H 模 以及外形锥角。 模具外形尺寸主要由模具的强度确定，同时，还应该考虑系列化和标准化，以便于管理和使用。 具体来说，应根据挤压机的结构形式挤压力、挤压筒的直径、型材在模子工作平面上的布置、模孔外接圆的直径、型材断面上是否有影响模具和整套工具强度的因素等来选择模具外形尺寸。 为了保证模具所必须的强度，推荐用以下的公式来确定模具的外接圆直径： D 模 ≈（ ～ ） D 筒 () 式中 D 模 — 模具的外接圆直径； D 筒 — 挤压筒的内径。 15 模具的 H模取决于制品的形状、尺寸和挤压力，挤压筒的直径以及模具和模架的结构等。 在保证模具组件（模子 +模垫 +垫环）有足够的强度的条件下，模具厚度应尽量薄，规格尽量少，以便于管理和使用。 一般情况下，对于中小型挤压机 H 摸可取 25～ 80mm，对于 80MN 以上的大型挤压机， H 模可取 80～ 150mm。 模子的外形锥度有正锥的和倒锥的两种，带正锥的模子在装模时顺着挤压方向放入模支承里。 以便于装卸，锥度不能太小，但锥度过大泽模架靠紧挤压筒时 ，模子容易从模支承中掉出来，因此一般取 1176。 30′～ 4176。 带倒锥体模子在操作时，逆着挤压方向装到模支承中，器外圆锥度为 3176。 ～ 15176。 ，一般情况下可取 6176。 ～ 10176。 ，为了便于加工，在椎体的尾部一般加工出 10mm左右的止口部分。 16 第三章 典型散热器挤压模具设计 挤压模具是金属从模孔中挤出并获得模孔断面形状和尺寸的挤压工具。 挤压模对挤压制品的质量、产量及成品率等有重要意义。 铝合金在挤压过程中的变形是在模具内进行的，材料处于三向压应力状态，有利于提高材料的塑性变形能力。 这对于挤压形状 较复杂的铝合金散热器来说尤为重要。 同时，挤压还可以消除铝合金铸锭中的气孔、疏松和缩孔等缺陷，提高材料的可成形性，改善产品的性能。 由于挤压加工突出的优点，这使其成为生产铝合金型材主要加工方式。 而在铝合金型材挤压加工工艺中，首先是挤压模具的设计。 太阳花散热器的模具设计 太阳花散热器产品结构分析 太阳花散热器是一款常用的电脑散热器，如图 3— 1 所示。 从图中可看出，此型材截面的外形尺寸为φ 90 的圆形，在它的周围均布有 52 根圆弧型齿，每根齿前端又分出 2根叉齿，齿片的总长度是 ，齿尖部位的 厚度仅有 ,而实心部位的厚度达到了 42mm。 如此壁厚相差悬殊，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。