專利名稱：超高齒形比例鋁合金散熱片的生產方法和相應模具的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬擠壓加工技術，特別涉及一種電腦用超高齒形比例鋁合金散熱片的生產方法及其相應模具。
目前，電腦的中央處理器的速度不斷提升，但電腦中采用電風扇裝置對CPU等進行冷卻，采用風扇的缺點是將空氣中的灰塵從電腦外殼間隙帶入電腦里面，形成灰塵覆蓋膜蓋在CPU等芯片和散熱片表面，直接影響散熱效果，使IC等加速老化，縮短電腦壽命，嚴重的灰塵甚至造成電腦內有的地方出現線路短路等，造成電腦損壞。因此，新一代電腦中正采用超高齒形比例增大散熱面積鋁合金高速散熱器，而不使用電風扇裝置進行冷卻。但是，世界各國對超高齒形比例的鋁合金擠壓模具設計受到傳統方法和模具材料的限制，只能生產齒高與齒間的間隙比例低于十倍的鋁合金散熱片，由于鋁合金在擠壓生產過程中，模具是保證產品標準的基本要素，而目前世界上最普遍所采用的傳統擠壓模具設計方法是低于五倍齒高比例型材料采用平板實心模具的設計，而較復雜或高難度的擠壓比，壓力較大，稍高齒形比例達六至十倍間的型材會以復合模設計，即空心模加實心模組合來解決，而目前的高耐熱模具鋼強度無法制造出超高齒形比例的鋁合金型材。從模具懸臂梁設計長度極限上計算限制了模具的強度。因為在擠壓過程中，半固態的鋁合金被擠壓機高壓推動通過模孔而在一瞬間進入模具每片懸臂間的間隙時，產生的不平衡側壓力令超高齒形比例的設計鋼材強度無法承受，亦即是模具的懸臂梁受到超乎本身強度承受的側壓力而遭到徹底摧毀破裂。直至目前為止，世界各國鋁擠壓行業的模具制造極難以突破生產超高齒形比例的型材這一關。故此，需采用另一種更新的模具設計方法，能生產二十倍以上超高齒形比例鋁型材的生產方法和相應模具是十分迫切需要解決的問題。
本發明的目的在于提供一種超高齒形比例鋁合金型材(散熱片)的生產方法和相應模具。
本發明的目的是這樣實現的，即提供一種超高齒形比例鋁合金散熱片的生產方法，其包括采用進料模和成型模，所述進料模上設置與散熱片垂直方向的連體橫梁。
本發明也提供一種制造超高齒形比例鋁合金散熱片的模具，其由進料模和成型模連體組成，所述進料模上開設有與散熱片垂直方向的連體橫梁。
以下結合附圖，描述本發明的實施例，其中
圖1是所要生產的鋁合金散熱片的形狀圖；圖2是以現有技術生產普通低齒高比例鋁合金散熱片的模具和加工情況示意圖；圖3是現有技術采用實心平板模及空心模的復合組式設計生產稍高齒形比例散熱片復合模具的示意圖；圖4是本發明以橋式橫梁方法和模具構造的一實施例示意圖；圖5是圖4中的A-A剖視圖；圖6是一個所要求制造的本發明的產品的實例尺寸和結構示意圖；圖7是齒片之間的間隙尺寸即模具懸臂梁的尺寸示意圖；圖8是加工圖6所示產品的模具形狀和外形尺寸示意圖；圖9是生產圖6所示本發明超高齒形比例鋁合金散熱片的模具的有關尺寸和結構示意圖；圖10是本發明的產品所采用的模具的橫梁的具體尺寸的示意圖；圖11是本發明模具的立體示意圖。
參閱圖1所示要生產的鋁合金散熱片(型材)的形狀圖。圖中所示為機械制圖中三視圖的主視圖，由于散熱片的形狀是眾所周知的，一個視圖已能清楚說明，圖1所示也是散熱片的斷面形狀，U表示其高度，其中U1是齒基的高度，U2是齒高，U＝U1+U2，而寬度用V表示，沿著與紙面相垂直方向的厚度沒有畫出，可根據需要確定。每一齒的寬度是a，兩齒之間的寬度是b，a和b可以是常數，也可以是沿齒高U2的不同而尺寸不同，可以是例如下寬上窄等變化的。當U2大而a和b較小時，在制造上就出現了前述的困難。從模具上來說，b乘U2是模具在U-V平面上的一個懸臂梁的斷面，b越小，U2越大，則懸臂梁的強度越差。
參閱圖2，是制造普通同類產品的現有技術的模具的一種，圖2是從原料壓入方向看模具時的視圖。圖中表示出了所要制造的散熱片的形狀，它的齒高度小，兩片齒片之間的寬度b大，齒高與齒間的間隙比例低于五倍，所以模具有足夠的強度支持，但對于二十倍以上的圖1所示的超高齒形比例鋁型材，本圖中所示的生產方法和模具強度設計就無法實現。
參閱圖3，是制造同類產品的另一種現有技術即以平板實心模加空心模的復合式組設計的例子。它是由進料模具1和成型模具2構成以復合模生產鋁合金散熱片(型材)的模具。它相當于圖2從中間剖開的剖視圖，但結構不同。它適用于稍高齒形比例5～10倍間的鋁合金散熱片的制造，它由空心模和實心模1-1組合來解決，但仍不能制造圖1所示的超高齒形比例的鋁合金型材。
參閱圖4所示本發明方法和模具的一個實施例的示意圖。圖中可以看到，模具包括有進料模1和成型模2，靠外面的是進料模1，靠里面的是成型模2，成型模2上用于成型散熱片的空隙清楚地被看到。本發明的方法是，在進料模1上設置了與散熱片垂直方向的連體橫梁1-2，圖中所示的實施例中設置了三道橋式橫梁1-2，橫梁的跨度L大于所要制造的鋁合金散熱片的寬度V。三道橫梁的中心線的間距以及每一橫梁本身的寬度可由后述的計算方式或經驗確定。設置與散熱片垂直方向的連體橫梁1-2的結果，如前所述，三道橋式橫梁連體地垂直吊在成型模2上的各懸臂梁間，大大地加強了懸臂梁的強度，當擠壓時，第一次的受壓面是此橋式橫梁，受到減低壓力的半固態鋁合金被此橫梁所阻擋，分流灌滿懸臂梁的超高齒片間隙中，每一齒片只承受單一的側壓力相應大大減低，整套模具的承受壓力方向結構完全改變，從而可以制造出合格的題述方法的產品。
參閱圖5，是圖4中A-A剖視圖，進一步說明進料模1和成型模2的結構和相對位置關系，圖中清楚地示出了進料模1和成型模2的相對位置設置情況。進料模1在圖中的右方，成型模2在圖中的左方，圖中成型模2的中間沒有剖面線的部分是空的，是要被充填鋁合金形成散熱片的位置，在成型模2上設置有空隙壁2-2，它是一個空的壁狀空間，空隙壁2-2位于成型模2緊靠進料模1的位置，空隙壁2-2的面積可以是近似于所制造的鋁合金散熱片的UV面的面積(即圖1中所示的散熱片的寬度V乘高度U的面積)，可以略小于U乘V的面積尺寸，圖中的中心線稱為X軸，空隙壁2-2在X方向上的尺寸可以略薄或略厚，可由實際情況確定，約是幾毫米的寬度。空隙壁2-2也是工作帶，同時起緩沖作用，空隙壁2-2越寬，鋁合金與空隙壁的摩擦力越大，則流速越慢。圖中也示出了橫梁在X軸垂直方向的大致位置。
工作時，半固態鋁合金從右方向左方壓入，流經模具中的分流孔直至到最左方的懸臂梁空隙都被充滿，由于有橋式橫梁阻擋，流速較慢，而流過橋式橫梁后進入懸臂梁空隙之間，形成鋁合金型材后，被不斷推前滑出模具最左方的前端，形成鋁合金散熱片，并會被冷卻成極為接近規格的鋁合金散熱片，被強力拉直矯形后，成為合格品。此外，成型模2需采用耐高溫高強度模具鋼CG-2制成，CG-2鋼在550℃溫度的條件下材料許用應力[σh]＝166～184kg/mm2，采用超過這個強度規格的其它模具鋼也可以。
從圖6起的各圖，都是為了簡述本發明的方法和模具結構實施例的一些設計細節。
參閱圖6所示一個所要制造的超高齒形比例鋁合金型材散熱器的形狀尺寸，它包含有九片散熱片，散熱片高高豎起像齒形，所以稱作齒，利用與圖1相同的尺寸符號，其寬度V＝37.22毫米，高度U＝84.00毫米，齒基高度U1＝4.00毫米，齒高U2＝80毫米，每一片散熱片的上尖寬度a1＝1.2毫米，共九片，每一散熱片的基寬a2＝1.70毫米，每兩片散熱片中心線之間的間距是4.44毫米。公差按中國GB5237-93(高精級)或美國Y145M1994，型材表面要求光滑，平直，不得有線紋，不得有劃傷。
參閱圖7所示齒間隙的尺寸，與圖6對應計算，此齒間隙是模具的實體部分，即成型模2的懸臂梁部分，懸臂梁的上端寬度b1＝4.44-1.20＝3.24毫米，懸臂梁的下端即懸端寬度b2＝4.44-1.70＝2.74毫米，此懸臂梁的高度即齒高U2＝80.00毫米，因此，其斷面積F＝(b1+b2)×U2÷2＝(3.24+2.74)×80÷2＝239.2mm2。從而計算出齒比＝F÷(b1)2＝239.2÷(3.24)2＝22.79≈22.80。齒高與齒之間的間隙比例達22.80倍，屬于超高齒比例，是極高難度擠壓的型材，需采用本發明的方法進行模具設計制造才能成功。
擠壓條件方面，設備采用規格例如880美噸的擠壓機，相當于800m噸擠壓機，擠壓筒直徑為118毫米，最大單位壓力(比壓)P＝800÷(592π)＝0.073噸/mm2＝7.3噸/cm2，擠壓模具外形尺寸見圖8。
參閱圖8所示擠壓模具的形狀和外形尺寸，它們是圓柱形形狀，設中心線為x軸，進料模1和成型模2沿x方向的總尺寸X1+X2＝108.00毫米，外徑φ＝180.00毫米。下述計算中的符號亦參閱圖10所示位置和尺寸。
再計算成型模2沿x軸方向的厚度尺寸X2，X2＝U2√b×P÷[σh]
其中b＝(b1+b2)/2＝(3.24+2.74)/2≈3P為最大單位壓力，即比壓，P＝7.3噸/cm2＝73kg/mm2[σh]是材料許用應力，進料模1及成型模2的連體組成采用耐高溫高強度的模具鋼CG-2或超過其強度規格的模具鋼制成，CG-2鋼在550℃的條件下[σh]＝166～184kg/mm2，可以取[σh]＝140kg/mm2U2為齒高，U2＝80mm控制最大單位壓力P取4.8噸/cm2，主缸壓力表指示138kg/cm2，則X2＝80√(3×48)÷140＝80×1.014≈81mm取X2＝65毫米，其強度不足部分用橋吊著且加強側壓力的承受能力。
關于進料模1的三個橫梁的中心線之間的間距計算，采用如下公式H＝L√P÷2[σh]其中，H是橫梁中心線之間的間距，三個橫梁垂直等分連體吊于每片懸臂梁上面L是橫梁跨度，取56mmP是最大單位壓力，取73kg/mm2[σh]是模具許用應力，取140kg/mm2則H＝56√73÷(2×140)＝56×0.51＝28.59mm取H＝28mm，橫梁沿豎直方向的尺寸Z取8毫米。
參閱圖9，清楚地顯示了成型模2沿X方向上的線度，如前面計算得出的，X2＝65毫米，進料模1沿X方向上的線度X1可由圖8所示X1+X2＝108毫米減去X2的65毫米得到X1＝43毫米。
圖中還畫上了在進料模1上設有導流槽Q，以解決充填問題，橫梁下中央處，工作帶即空隙壁2-2的長度可至減半，具體的工作帶長度可根據傳統擠壓模具設計經驗確定。
參閱圖10，與前面圖5所示模具是一樣的，圖10中標出了前面剛計算出和采用的數據，例如橋式橫梁中心線之間的間距H＝28毫米，每一橫梁圖中所示的豎直方向的尺寸Z＝8毫米，三道橫梁均布且皆與齒片垂直，橫梁跨度L＝28.00+28.00＝56.00毫米，中心線M-M至模具齒底的距離W可取42.00毫米，入料口直徑φ3可取110.00毫米，其它的一些細微尺寸可根據經驗確定。
參閱圖11所示本發明模具的立體圖，它直觀地顯示出本發明模具包括有進料模1和成型模2，顯示出本發明的重要特征，即進料模1的中央設有三道與散熱片懸臂梁垂直設置的橋式橫梁1-2，橋式橫梁與進料模1的其余部分連成一體，起到橋式橫梁作用，它沿進料方向向內逐漸成楔形，起導流作用，沿進料方向再內是空隙壁2-2，半固態鋁合金在這里已被減壓減速，半固態鋁合金經過空隙壁2-2就進入懸臂梁，充滿懸臂梁間空隙后受壓不斷推前成型，在冷卻后形成本發明要生產的超高齒形比例鋁合金型材。
以上采用了在進料模上設置三道橋式橫梁的實施例，根據本發明的利用所謂橋式橫梁實現減壓的方法以更大型號擠壓機設備，也可以采用四根橫梁，五根橫梁等等，制造和生產更高齒形比例的產品，在進一步改善模具材料的情況下，也可以只采用例如兩根橫梁，甚至是只采用一根橫梁在進料模1之中，完成題述產品鋁合金散熱片(型材)的制造都是可能的。
因此，本發明的方法和模具設計，巧妙地解決了超高齒形比例鋁合金散熱片的生產，使超高齒形比例鋁合金散熱片的生產變得簡單，使生產成本顯著降低，本發明的實施會產生很好的經濟效益。
權利要求
1.一種超高齒形比例鋁合金散熱片的生產方法，其包括采用進料模(1)和成型模(2)，其特征在于，所述進料模(1)上設置與散熱片垂直方向的連體橫梁(1-2)。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述進料模(1)上設置的連體橫梁(1-2)有三道。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述進料模(1)上設置的連體橫梁(1-2)的跨度L大于所要制造的鋁合金散熱片的寬度V。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述成型模(2)用耐高溫高強度的模具鋼CG-2或超過其強度規格的模具鋼制成，CG-2鋼在550℃的條件下的材料許用應力[σh]＝166～184kg/mm2。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述成型模(2)上設置有空隙壁(2-2)。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述空隙壁位于所述成型模(2)緊靠進料模(1)的位置，所述空隙壁的面積近似于所制造的鋁合金散墊片的UV面的面積，即寬度V乘高度U。
7.一種制造超高齒形比例鋁合金散熱片的模具，其由進料模(1)和成型模(2)連體組成，其特征在于，所述進料模(1)上開設有與散熱片垂直方向的連體橫梁(1-2)。
8.如權利要求7所述的模具，其特征在于，所述進料模(1)上開設的連體橫梁(1-2)有三道。
9.如權利要求7所述的模具，其特征在于，所述進料模(1)及成型模(2)的連體組成所用的模具鋼規格是CG-2，所述模具鋼在550℃的條件下的材料許用應力[σh]＝166～184kg/mm2。
全文摘要
一種超高齒形比例鋁合金散熱片的生產方法和相應模具,包括采用進料模和成型模,在進料模上設置與散熱片垂直方向的一道或一道以上的連體橫梁,橫梁的跨度大于散熱片的寬度,成型模采用高強度模具鋼CG－2或更高強度規格模具鋼制成,本方法容易實施,能夠降低生產成本和制造出以其它方法難于生產出的超高齒形比例的鋁合金散熱片型材。
文檔編號B21C25/02GK1247110SQ9811888
公開日2000年3月15日 申請日期1998年9月7日 優先權日1998年9月7日
發明者張偉君 申請人:海寶五金制造廠有限公司