专利名称：超高齿形比例铝合金散热片的生产方法和相应模具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属挤压加工技术，特别涉及一种电脑用超高齿形比例铝合金散热片的生产方法及其相应模具。
目前，电脑的中央处理器的速度不断提升，但电脑中采用电风扇装置对CPU等进行冷却，采用风扇的缺点是将空气中的灰尘从电脑外壳间隙带入电脑里面，形成灰尘覆盖膜盖在CPU等芯片和散热片表面，直接影响散热效果，使IC等加速老化，缩短电脑寿命，严重的灰尘甚至造成电脑内有的地方出现线路短路等，造成电脑损坏。因此，新一代电脑中正采用超高齿形比例增大散热面积铝合金高速散热器，而不使用电风扇装置进行冷却。但是，世界各国对超高齿形比例的铝合金挤压模具设计受到传统方法和模具材料的限制，只能生产齿高与齿间的间隙比例低于十倍的铝合金散热片，由于铝合金在挤压生产过程中，模具是保证产品标准的基本要素，而目前世界上最普遍所采用的传统挤压模具设计方法是低于五倍齿高比例型材料采用平板实心模具的设计，而较复杂或高难度的挤压比，压力较大，稍高齿形比例达六至十倍间的型材会以复合模设计，即空心模加实心模组合来解决，而目前的高耐热模具钢强度无法制造出超高齿形比例的铝合金型材。从模具悬臂梁设计长度极限上计算限制了模具的强度。因为在挤压过程中，半固态的铝合金被挤压机高压推动通过模孔而在一瞬间进入模具每片悬臂间的间隙时，产生的不平衡侧压力令超高齿形比例的设计钢材强度无法承受，亦即是模具的悬臂梁受到超乎本身强度承受的侧压力而遭到彻底摧毁破裂。直至目前为止，世界各国铝挤压行业的模具制造极难以突破生产超高齿形比例的型材这一关。故此，需采用另一种更新的模具设计方法，能生产二十倍以上超高齿形比例铝型材的生产方法和相应模具是十分迫切需要解决的问题。
本发明的目的在于提供一种超高齿形比例铝合金型材(散热片)的生产方法和相应模具。
本发明的目的是这样实现的，即提供一种超高齿形比例铝合金散热片的生产方法，其包括采用进料模和成型模，所述进料模上设置与散热片垂直方向的连体横梁。
本发明也提供一种制造超高齿形比例铝合金散热片的模具，其由进料模和成型模连体组成，所述进料模上开设有与散热片垂直方向的连体横梁。
以下结合附图，描述本发明的实施例，其中
图1是所要生产的铝合金散热片的形状图；图2是以现有技术生产普通低齿高比例铝合金散热片的模具和加工情况示意图；图3是现有技术采用实心平板模及空心模的复合组式设计生产稍高齿形比例散热片复合模具的示意图；图4是本发明以桥式横梁方法和模具构造的一实施例示意图；图5是图4中的A-A剖视图；图6是一个所要求制造的本发明的产品的实例尺寸和结构示意图；图7是齿片之间的间隙尺寸即模具悬臂梁的尺寸示意图；图8是加工图6所示产品的模具形状和外形尺寸示意图；图9是生产图6所示本发明超高齿形比例铝合金散热片的模具的有关尺寸和结构示意图；图10是本发明的产品所采用的模具的横梁的具体尺寸的示意图；图11是本发明模具的立体示意图。
参阅图1所示要生产的铝合金散热片(型材)的形状图。图中所示为机械制图中三视图的主视图，由于散热片的形状是众所周知的，一个视图已能清楚说明，图1所示也是散热片的断面形状，U表示其高度，其中U1是齿基的高度，U2是齿高，U＝U1+U2，而宽度用V表示，沿着与纸面相垂直方向的厚度没有画出，可根据需要确定。每一齿的宽度是a，两齿之间的宽度是b，a和b可以是常数，也可以是沿齿高U2的不同而尺寸不同，可以是例如下宽上窄等变化的。当U2大而a和b较小时，在制造上就出现了前述的困难。从模具上来说，b乘U2是模具在U-V平面上的一个悬臂梁的断面，b越小，U2越大，则悬臂梁的强度越差。
参阅图2，是制造普通同类产品的现有技术的模具的一种，图2是从原料压入方向看模具时的视图。图中表示出了所要制造的散热片的形状，它的齿高度小，两片齿片之间的宽度b大，齿高与齿间的间隙比例低于五倍，所以模具有足够的强度支持，但对于二十倍以上的图1所示的超高齿形比例铝型材，本图中所示的生产方法和模具强度设计就无法实现。
参阅图3，是制造同类产品的另一种现有技术即以平板实心模加空心模的复合式组设计的例子。它是由进料模具1和成型模具2构成以复合模生产铝合金散热片(型材)的模具。它相当于图2从中间剖开的剖视图，但结构不同。它适用于稍高齿形比例5～10倍间的铝合金散热片的制造，它由空心模和实心模1-1组合来解决，但仍不能制造图1所示的超高齿形比例的铝合金型材。
参阅图4所示本发明方法和模具的一个实施例的示意图。图中可以看到，模具包括有进料模1和成型模2，靠外面的是进料模1，靠里面的是成型模2，成型模2上用于成型散热片的空隙清楚地被看到。本发明的方法是，在进料模1上设置了与散热片垂直方向的连体横梁1-2，图中所示的实施例中设置了三道桥式横梁1-2，横梁的跨度L大于所要制造的铝合金散热片的宽度V。三道横梁的中心线的间距以及每一横梁本身的宽度可由后述的计算方式或经验确定。设置与散热片垂直方向的连体横梁1-2的结果，如前所述，三道桥式横梁连体地垂直吊在成型模2上的各悬臂梁间，大大地加强了悬臂梁的强度，当挤压时，第一次的受压面是此桥式横梁，受到减低压力的半固态铝合金被此横梁所阻挡，分流灌满悬臂梁的超高齿片间隙中，每一齿片只承受单一的侧压力相应大大减低，整套模具的承受压力方向结构完全改变，从而可以制造出合格的题述方法的产品。
参阅图5，是图4中A-A剖视图，进一步说明进料模1和成型模2的结构和相对位置关系，图中清楚地示出了进料模1和成型模2的相对位置设置情况。进料模1在图中的右方，成型模2在图中的左方，图中成型模2的中间没有剖面线的部分是空的，是要被充填铝合金形成散热片的位置，在成型模2上设置有空隙壁2-2，它是一个空的壁状空间，空隙壁2-2位于成型模2紧靠进料模1的位置，空隙壁2-2的面积可以是近似于所制造的铝合金散热片的UV面的面积(即图1中所示的散热片的宽度V乘高度U的面积)，可以略小于U乘V的面积尺寸，图中的中心线称为X轴，空隙壁2-2在X方向上的尺寸可以略薄或略厚，可由实际情况确定，约是几毫米的宽度。空隙壁2-2也是工作带，同时起缓冲作用，空隙壁2-2越宽，铝合金与空隙壁的摩擦力越大，则流速越慢。图中也示出了横梁在X轴垂直方向的大致位置。
工作时，半固态铝合金从右方向左方压入，流经模具中的分流孔直至到最左方的悬臂梁空隙都被充满，由于有桥式横梁阻挡，流速较慢，而流过桥式横梁后进入悬臂梁空隙之间，形成铝合金型材后，被不断推前滑出模具最左方的前端，形成铝合金散热片，并会被冷却成极为接近规格的铝合金散热片，被强力拉直矫形后，成为合格品。此外，成型模2需采用耐高温高强度模具钢CG-2制成，CG-2钢在550℃温度的条件下材料许用应力[σh]＝166～184kg/mm2，采用超过这个强度规格的其它模具钢也可以。
从图6起的各图，都是为了简述本发明的方法和模具结构实施例的一些设计细节。
参阅图6所示一个所要制造的超高齿形比例铝合金型材散热器的形状尺寸，它包含有九片散热片，散热片高高竖起像齿形，所以称作齿，利用与图1相同的尺寸符号，其宽度V＝37.22毫米，高度U＝84.00毫米，齿基高度U1＝4.00毫米，齿高U2＝80毫米，每一片散热片的上尖宽度a1＝1.2毫米，共九片，每一散热片的基宽a2＝1.70毫米，每两片散热片中心线之间的间距是4.44毫米。公差按中国GB5237-93(高精级)或美国Y145M1994，型材表面要求光滑，平直，不得有线纹，不得有划伤。
参阅图7所示齿间隙的尺寸，与图6对应计算，此齿间隙是模具的实体部分，即成型模2的悬臂梁部分，悬臂梁的上端宽度b1＝4.44-1.20＝3.24毫米，悬臂梁的下端即悬端宽度b2＝4.44-1.70＝2.74毫米，此悬臂梁的高度即齿高U2＝80.00毫米，因此，其断面积F＝(b1+b2)×U2÷2＝(3.24+2.74)×80÷2＝239.2mm2。从而计算出齿比＝F÷(b1)2＝239.2÷(3.24)2＝22.79≈22.80。齿高与齿之间的间隙比例达22.80倍，属于超高齿比例，是极高难度挤压的型材，需采用本发明的方法进行模具设计制造才能成功。
挤压条件方面，设备采用规格例如880美吨的挤压机，相当于800m吨挤压机，挤压筒直径为118毫米，最大单位压力(比压)P＝800÷(592π)＝0.073吨/mm2＝7.3吨/cm2，挤压模具外形尺寸见图8。
参阅图8所示挤压模具的形状和外形尺寸，它们是圆柱形形状，设中心线为x轴，进料模1和成型模2沿x方向的总尺寸X1+X2＝108.00毫米，外径φ＝180.00毫米。下述计算中的符号亦参阅图10所示位置和尺寸。
再计算成型模2沿x轴方向的厚度尺寸X2，X2＝U2√b×P÷[σh]
其中b＝(b1+b2)/2＝(3.24+2.74)/2≈3P为最大单位压力，即比压，P＝7.3吨/cm2＝73kg/mm2[σh]是材料许用应力，进料模1及成型模2的连体组成采用耐高温高强度的模具钢CG-2或超过其强度规格的模具钢制成，CG-2钢在550℃的条件下[σh]＝166～184kg/mm2，可以取[σh]＝140kg/mm2U2为齿高，U2＝80mm控制最大单位压力P取4.8吨/cm2，主缸压力表指示138kg/cm2，则X2＝80√(3×48)÷140＝80×1.014≈81mm取X2＝65毫米，其强度不足部分用桥吊着且加强侧压力的承受能力。
关于进料模1的三个横梁的中心线之间的间距计算，采用如下公式H＝L√P÷2[σh]其中，H是横梁中心线之间的间距，三个横梁垂直等分连体吊于每片悬臂梁上面L是横梁跨度，取56mmP是最大单位压力，取73kg/mm2[σh]是模具许用应力，取140kg/mm2则H＝56√73÷(2×140)＝56×0.51＝28.59mm取H＝28mm，横梁沿竖直方向的尺寸Z取8毫米。
参阅图9，清楚地显示了成型模2沿X方向上的线度，如前面计算得出的，X2＝65毫米，进料模1沿X方向上的线度X1可由图8所示X1+X2＝108毫米减去X2的65毫米得到X1＝43毫米。
图中还画上了在进料模1上设有导流槽Q，以解决充填问题，横梁下中央处，工作带即空隙壁2-2的长度可至减半，具体的工作带长度可根据传统挤压模具设计经验确定。
参阅图10，与前面图5所示模具是一样的，图10中标出了前面刚计算出和采用的数据，例如桥式横梁中心线之间的间距H＝28毫米，每一横梁图中所示的竖直方向的尺寸Z＝8毫米，三道横梁均布且皆与齿片垂直，横梁跨度L＝28.00+28.00＝56.00毫米，中心线M-M至模具齿底的距离W可取42.00毫米，入料口直径φ3可取110.00毫米，其它的一些细微尺寸可根据经验确定。
参阅图11所示本发明模具的立体图，它直观地显示出本发明模具包括有进料模1和成型模2，显示出本发明的重要特征，即进料模1的中央设有三道与散热片悬臂梁垂直设置的桥式横梁1-2，桥式横梁与进料模1的其余部分连成一体，起到桥式横梁作用，它沿进料方向向内逐渐成楔形，起导流作用，沿进料方向再内是空隙壁2-2，半固态铝合金在这里已被减压减速，半固态铝合金经过空隙壁2-2就进入悬臂梁，充满悬臂梁间空隙后受压不断推前成型，在冷却后形成本发明要生产的超高齿形比例铝合金型材。
以上采用了在进料模上设置三道桥式横梁的实施例，根据本发明的利用所谓桥式横梁实现减压的方法以更大型号挤压机设备，也可以采用四根横梁，五根横梁等等，制造和生产更高齿形比例的产品，在进一步改善模具材料的情况下，也可以只采用例如两根横梁，甚至是只采用一根横梁在进料模1之中，完成题述产品铝合金散热片(型材)的制造都是可能的。
因此，本发明的方法和模具设计，巧妙地解决了超高齿形比例铝合金散热片的生产，使超高齿形比例铝合金散热片的生产变得简单，使生产成本显著降低，本发明的实施会产生很好的经济效益。
权利要求
1.一种超高齿形比例铝合金散热片的生产方法，其包括采用进料模(1)和成型模(2)，其特征在于，所述进料模(1)上设置与散热片垂直方向的连体横梁(1-2)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进料模(1)上设置的连体横梁(1-2)有三道。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述进料模(1)上设置的连体横梁(1-2)的跨度L大于所要制造的铝合金散热片的宽度V。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成型模(2)用耐高温高强度的模具钢CG-2或超过其强度规格的模具钢制成，CG-2钢在550℃的条件下的材料许用应力[σh]＝166～184kg/mm2。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成型模(2)上设置有空隙壁(2-2)。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述空隙壁位于所述成型模(2)紧靠进料模(1)的位置，所述空隙壁的面积近似于所制造的铝合金散垫片的UV面的面积，即宽度V乘高度U。
7.一种制造超高齿形比例铝合金散热片的模具，其由进料模(1)和成型模(2)连体组成，其特征在于，所述进料模(1)上开设有与散热片垂直方向的连体横梁(1-2)。
8.如权利要求7所述的模具，其特征在于，所述进料模(1)上开设的连体横梁(1-2)有三道。
9.如权利要求7所述的模具，其特征在于，所述进料模(1)及成型模(2)的连体组成所用的模具钢规格是CG-2，所述模具钢在550℃的条件下的材料许用应力[σh]＝166～184kg/mm2。
全文摘要
一种超高齿形比例铝合金散热片的生产方法和相应模具,包括采用进料模和成型模,在进料模上设置与散热片垂直方向的一道或一道以上的连体横梁,横梁的跨度大于散热片的宽度,成型模采用高强度模具钢CG－2或更高强度规格模具钢制成,本方法容易实施,能够降低生产成本和制造出以其它方法难于生产出的超高齿形比例的铝合金散热片型材。
文档编号B21C25/02GK1247110SQ9811888
公开日2000年3月15日 申请日期1998年9月7日 优先权日1998年9月7日
发明者张伟君 申请人:海宝五金制造厂有限公司