一款工业散热片模具的设计.pdf

第6 0 卷第4 期 2008 年11 月 有色金属 N o n [ e r r o u sM e t a l 5 V d ．6 0 ．N o ．4 N o v e m b e r2008 一款工业散热片模具的设计 ，杨辉 河南科技学院，河南新乡4 5 3 0 0 3 摘要通过对一款典型工业散热片模具的设计描述，介绍复杂分流组合模具设计在实践中的应用及其效果。 关键词金属材料；铝合金；型材；分流孔；工作带 中图分类号T G l 4 6 ．2 1 ；T G 3 7 5 ．4 1文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 8 0 4 0 0 5 5 一0 4 、 近年来，我国铝型材工业进步显著。建筑、工 业、装饰、生活用铝型材在国内市场需求量增长很 快，铝型材厂也如雨后春笋般涌现，但从总体上来看 是消化和仿制的多，创新和研发的少。技术基础薄 弱，技术水平低下，工艺落后，仿制到位不足。价格 和成本控制不严，技术和质量较低，甚至出现质量失 控现象，无法与国外产品抗衡。模具寿命低，生产时 尺寸公差也难以控制，但市场对型材精度的要求却 进一步提高了，当然也就对铝型材挤压技术提出了 更高的要求。 ． ’ 在建筑和工业应用中，大多数是外形较大，壁较 薄，截面形状复杂，沟槽丝孔较多的空心或半空心的 型材，分流组合模是生产这类型材的主要工具。由 于产品形状的复杂性和承受过高的挤压力，分流组 合模极易损坏。模具的质量和类型直接影响到产品 成本和质量，科学合理的设计模具，意义十分重大。 以一例工业散热片的模具改进来具体加以说明，所 设计的型材断面图如图1 所示。 1 模具材料的选择 由于型材断面尺寸不是太大，壁厚较薄，选择模 具钢型号为4 C r 5 M o V l S i 即可满足要求。 2 计算挤压比确定挤压筒的直径 ‘型材断面断面面积为3 5 6 ．6 m m 2 ，外接圆直径 为 1 0 5 ．4 r a m ，可以选择的盛锭筒直径不能小于型 材外接圆直径，如选取盛锭简直径为1 2 5 m m 和 1 5 6 m m ，通过计算挤压比来确定较合适的挤压机。 收稿日期2 0 0 6 一儿一2 2 作者简介杨辉 1 9 7 8 一 ，男，河南南阳市人，硕士，主要从事机 电教学、科研等方面的研究。 图1 型材断面图 F i g ．1 A l u m i n u mt y p em a t e r i a lc 1 “ o 鹤s e c t i o nd i a g r a m 采用 1 2 5 m m 的挤压筒时挤压比为入 3 ．1 4 1 2 5 ／2 2 ／3 5 4 ．6 3 4 ．6 ，采用 1 5 6 的挤压筒时挤压 比为入 3 ．1 4 1 5 6 ／2 2 ／3 5 4 ．6 5 3 ．9 ，3 4 ．6 1 5 ， 5 3 ．9 1 5 。 由计算结果可知，用两个尺寸的挤压筒得到的 挤压比都大于是1 5 ，但分流组合模的分流比一般取 1 5 ～2 5 ，因此选择挤压筒直径为 1 2 5 m m 的9 2 0 U S T 的挤压机比较合适，这样不仅满足要求，而且 生产成本较低。 3 分流比的选择及分流孔的合理设计 布蜀 为了保证焊缝质量，分流比选为1 5 。根据分流 比确定分流孔总面积，由K ∑R ／F 得∑F i F XK 3 5 4 ．6 1 5 5 3 1 9 m m 2 。由于型材外形复杂、 壁较薄，选择6 个分流孔较为合适，分流孔的布置如 图2 所示。 万方数据 5 6有色金属 第6 0 卷 图2 分流孔布置图 F i g ．2R e p o s i t i c t xo fr e d u n d a n tp 嗽m db o r ea r r a n g ed h g r a m 4 分流桥的设计 为了保证模具有足够的强度，并且桥下金属死 区少，焊缝质量好，分流桥应尽量设计得短而窄，选 择水滴式分流桥可满足要求。由经验公式B b 3 - - 2 0 m m 选择分流桥宽度为1 8 m m ，如图3 所示。 图3 模桥 F i g ．3M o l db r i d g e 5 模芯的合理设计 根据型材尺寸，我们选择凸台式模芯结构，这种 形态不仅能够满足强度和刚度要求，而且加工容易， 便于修模，经济性、工艺性能都较好。 6 焊合室的合理设计 焊合室的形状和大小对制品的焊缝质量有很大 的影响，当焊合室体积与截面积之比较大时，才能够 建立足够大的静水压力，使焊缝牢固，焊合室的截面 形状及入口形式随挤压制品的截面的变化而不同。 为了避免死区产生，采用蝶形焊合室，高度为 1 5 m m 。具体结构如图4 所示。 7 模孔尺寸的计算及其布局 用平面分流组合模生产的产品，绝大多数型材 为民用建筑型材。这些型材形状复杂，外形尺寸大， 壁很薄，并且在保证强度的条件下，尽量减轻重量， 减少用材和降低成本。因此，外形和壁厚尺寸大，尽 量按下偏差考虑，在模芯设计上只考虑金属冷却后 的收缩量。 壁厚尺寸的计算公式为B B o i A f ，B o f ≤ 3 m m 时，△f 可加大0 ．2 - - 0 ．3 m m 。 1 B B o l A 1 0 ．8 0 ．2 l m m 。 2 B B 0 2 A 2 0 ．9 5 0 ．2 5 1 ．2 m m 。 3 B B 0 3 A 3 0 ．6 - I - 0 ．2 0 ．8 m m 。 模孔外形尺寸为A A o K A o 1 ．4 - K A o ， K 为经验系数，其取值范围为0 ．0 0 7 ～0 ．0 1 5 ，对 6 0 6 3 合金来说，取0 ．0 1 2 。 1 A 1 K A 0 1 7 5 ．9 。 2 A 1 K A 0 2 2 2 ．5 6 ，精整后取 2 2 ．6 m m 。 3 A I K A 0 3 5 0 ．6 。 另外，在矫直过程中易产生扩口现象，因此将尺 寸2 8 。更改为2 7 9 。模孔尺寸布局如图5 所示。 ／一。 、 f ％ y 够／1 } ] ，～- ， ＼／ 图4 焊合室 F i g ．4 H a nm a t c h e sr o o m 图5 ．模孔尺寸图 F i g ．5 M o l db o r es i z ed i a g r a m 8 工作带的设计 目前，不论是否采用电子计算机辅助设计，在工 作带的设计上，现场经验仍非常重要。 万方数据 第4 期杨辉一款工业散热片模具的设计5 7 首先应根据分流孔的布置确定哪个分流桥底盼 金属为最难到达之处。根据桥的宽度模孔间隙距中 心距离才能够确定各桥底处工作带，以最难到达处 为基准工作带，其长度为型材壁厚的2 ～2 ．5 倍。分 流孔直对部分为该分流孔最近处桥底工作带的2 ～ 3 倍。 实体部分可分三段进行， A 与空心边接处工 作带长度h 1 ， B 三面受阻部位工作带长度h 2 ； C 中间部分工作带h3 。h 3 1 ．5 - - 3 h 1 ，若中间部分 为分流孔直对部位，可选上限。其余部分尽可能采 用过渡方法，尽可能选用较少级数的工作带，当分流 桥底模孔离中心很近时，可视为分流孔直对处。 在各部位工作带确定后，仍需金属流动的状态 进行类比，并结合有经验作适当调整。对于多模芯 间的模孔工作带选择也可视为桥底工作带，整体模 芯则为桥。 9 校核 1 抗弯强度校核。由公式H I I I i 。≥LX [ P 2 a b ] 1 ／2 得H ≥L P 2 [ 盯鸯] 1 ／2 1 8 6 7 5 2 1 0 0 0 1 ／2 1 0 ．4 7 5 m m 。实际模具设计中H 取 6 5 r a m ，满足要求。 2 抗剪强度校核。由经验公式得r KxQ 桥 ／S 桥≤[ f ] 0 ．4 8 ．2 8 1 0 6 6x1 8 6 5 4 7 1 ．7 9 5 M P a 6 0 0M P a 。确定校核系数时K 取 0 ．4 ，根椐计算符合要求。 ． 1 0P R O ／E 模具设计图 P R O ／E 上下模具设计图分别见图6 和图7 。 参考文献 图6 上模 F i g ．6 L a s tm o l d 图7 下模 F i g ．7 D e s c e n dam o l d 1 1结语 凭借着铝合金型材具有质轻、美观、力学及抗腐 蚀性能好等优点，铝型材被广泛应用于建筑、生活用 品、航空航天、汽车等领域。设计完成之后，在河南 某铝厂试挤，其挤压出的圆角型材的尺寸和形状完 全符合图纸要求，且表面光洁度高。现在在挤压过 程中仍表现良好，无出现模具裂纹、部分结构磨损现 象。因而所设计的模具结构是较为合理的，具有一 定的借鉴价值。 [ 1 ] 刘静安．铝型材挤压模具设计，制造，使用及维修[ M ] ．北京冶金工业出社，1 9 9 9 8 4 1 3 8 ． [ 2 ] 刘静安．铝型材模具设计与生产工艺优化[ M ] ．重庆西南铝信息中心，1 9 9 8 8 0 9 8 ． [ 3 ] 许其亮，赵云路．建筑铝型材生产[ M ] ．西安西安冶金建筑学院，1 9 9 8 2 6 1 2 8 9 ． [ 4 ] 刘静安，匡永祥．铝合金型材生产实用技术[ M ] ．重庆重庆国际信息咨询中心，1 9 9 4 2 8 7 3 5 8 ． [ 5 ] 王祝堂，田荣璋．铝合金及其加工手册[ M ] ．第2 版．长沙中南工业大学出版社，1 9 9 6 4 8 2 5 2 4 ． [ 6 ] 王祖唐，张新泉．铝型材挤压导流模设计研究[ J ] ．轻合金加工技术，1 9 9 2 ，2 0 1 7 9 ． [ 7 ] 王刚．挤压铝型材的悬臂模具设计[ J ] ．轻合金加工技术，1 9 9 8 ，2 6 8 2 5 3 5 ． [ 8 ] 洪深泽．挤压工艺及模具设计[ M ] ．北京机械工业出版社，1 9 9 6 2 2 9 2 4 2 ． [ 9 ] 黎桂英，何宏征．铝及铝合金型材与制品[ M ] ．广州广东科技出版社，1 9 9 5 5 7 8 5 8 2 ． [ 1 0 ] 郭志斌．建筑型材挤压模具氮化工艺参数优选试验[ J ] ．轻金属，1 9 9 3 ， 1 2 4 9 5 1 ． [ 1 1 ] 刘静安．挤压模具技术的理论与实践[ M ] ．重庆科学技术文献出版社，1 9 8 9 1 6 9 1 8 7 ． [ 1 2 ] 蔡应铎．6 0 6 3 铝合金挤压型材常见缺陷成因与对策[ C ] ／／全国第十一届轻合金加工学术年会论文集．哈尔滨中国有 色金属加工工业协会轻金属协会，2 0 0 0 1 7 2 ． 万方数据 A nI n d u s t r yS p r e a d sM o l d i n gT o o lD e s i g n ■ y A N G H 访 H e n a nI n s t i t u t eo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ，X i n x i a n g4 5 3 0 0 3 ，H e n a n ，C h i n a A b s t r a c t T h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o na n dt h er e s u l t so ft h ec o m p l i c a t e dr e p o s i t i o no fr e d u n d a n tp e r s o n n e lc o m b i n et h e m o l d i n gt o o ld e s i g na r ei n t r o d u c e db yt h ed e s i g nd e s c r i p t i o nt oat y p i c a lm o d e li n d u s t r ys p r e a d sam o l d i n gt o o l K e y w o r d s m e t a lm a t e r i a l ；a l u m i n u ma l l o y ；a l u m i n i u ms e c t i o n ；s h u n th o l e ；w o r k i n gt a p e 上接第5 4 页，C o n t i n u e df r o mP ．5 4 P r e p a r a t i o nw i t hO x y g e nC o n t r o lb yV a c u u ma n dI n f l u e n c i n g F a c t o r so fN a n o s i z e dT e t r a p o d l i k eZ n O D UY u a n - y u a n ，Q t uK e - q i a n g ，Z E N GH e n g - z h i G k m 缸删a n d C h e m i c a lE n g i n e e r i n gC o l l e g e ，C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，O m n g s h a4 1 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c t N a n o - t e t r a p o dz i n co x i d ew h i s k e r sa r ep r e p a r e db yc o n t r o l l i n gt h ep r o p o r t i o no fz i n ca n do x y g e nt h r o u g h a d j u s t i n gt h ev a c u u mc o n d i t i o no ft h er e a c t i o ns y s t e m ．T h ee x p e r i m e n t sa r ef o c u s e do nt h ei n f l u e n c eo ft e m p e r a t u r e ，v a c u u ma n dr e a c t i o nt i m eo nt h es h a p ea n ds i z eo ft h ep r o d u c t s ．B e t w e e n8 6 0 - - 9 0 0 “ C ，u n i f o r mn a n o m e t e r t e t r a p o d ．1 i k eZ n Ow h i s k e ra r eo b t a i n e dw i t hm e t a lz i n ca sr a wm a t e r i a la n da i ra So x y g e ns o u r c e K e y w o r d s i n o r g a n i cn o n m e t a lm a t e r i a l ；z i n co x i d e ；T Z n O “ ；v a c u u m ；f a c t o r 万方数据