劉俊義

（西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司擠壓廠，重慶401326）

0 前言

隨著鋁合金散熱器在電器、汽車和照明等工業(yè)產(chǎn)品中的廣泛應(yīng)用，其需求量也在快速增長。鋁合金散熱器型材的擠壓生產(chǎn)一直是各個擠壓廠面臨的一個難題，其特點(diǎn)是齒數(shù)多、舌比大、齒部的擠壓力很大，模具極易在齒根部位產(chǎn)生斷裂；其次是壁厚相差懸殊，齒部壁厚極薄，因此散熱器型材的模具設(shè)計、制造和生產(chǎn)難度都很大。其中模具設(shè)計是關(guān)鍵，它直接關(guān)系到產(chǎn)品的成型和質(zhì)量。

本文根據(jù)散熱器型材的不同特點(diǎn)，敘述了編號為EL4514和EL3148A兩種不同類型散熱器型材的模具設(shè)計方案。

1 實心散熱器型材EL4514的模具設(shè)計

1.1 型材EL4514的特點(diǎn)及難點(diǎn)

型材EL4514，其外形尺寸大，寬度達(dá)320mm，齒數(shù)多、舌比大。其產(chǎn)品如圖1所示，該產(chǎn)品在2500t油壓機(jī)φ260 mm擠壓筒上生產(chǎn)。

圖1 EL4514型材圖

1.2 模具的設(shè)計

該散熱器不能直接采用普通的直通式平模結(jié)構(gòu)，要采用帶保護(hù)模的結(jié)構(gòu)形式。由于型材的外形是320 mm，比擠壓筒尺寸還大，因此保護(hù)模必須設(shè)計成寬展（導(dǎo)流）模。設(shè)計時將壁厚較厚的部分設(shè)計在橋的遮擋之下，使其起到阻礙金屬流動的作用。

模具采用φ420 mm的外形，保護(hù)模規(guī)格為φ420 mm×120 mm；模具規(guī)格為φ420 mm×80 mm。保護(hù)模、模具設(shè)計如圖2所示。

圖2 模具設(shè)計圖

由于型材底面的壁厚大，雖然用保護(hù)模加以遮擋，但金屬的流速仍會很快，因此在設(shè)計時，模具上要事先設(shè)計阻礙塊，以調(diào)整金屬的流速。同時為了保證型材底面的平面間隙，模具設(shè)計時還考慮了預(yù)變形。預(yù)變形的示意圖如圖3所示。

圖3 型材底部預(yù)變形

為了避免模具在齒根部位產(chǎn)生斷裂，還需設(shè)計專用環(huán)以增加模具的整體強(qiáng)度。

2 空心型材EL3148A的模具設(shè)計

2.1 型材EL3148A的特點(diǎn)及難點(diǎn)

EL3148A是路燈上用的一款空心散熱器型材，其斷面形狀復(fù)雜，空腔多、壁厚薄、散熱齒數(shù)多、懸臂大，在擠壓時極易出現(xiàn)金屬填充不好、偏齒和斷齒而導(dǎo)致模具報廢等情況，其產(chǎn)品圖如圖4所示。該模具設(shè)計是否合理直接關(guān)系到能否生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。

圖4 EL3148A型材圖

2.2 模具設(shè)計方案

散熱器型材EL3148A斷面形狀特別復(fù)雜，又是空心型材，安排在2500t油壓機(jī)φ260 mm擠壓筒上采用分流模擠壓生產(chǎn)。模具采用φ300 mm的外形，裝配厚度200 mm。

2.2.1 分流孔的布置

分流孔的大小及分布很重要，必須保證型材各部位的金屬分布均衡。EL3148A上模的芯頭多達(dá)9個，為了保證型材各部位的金屬都能填充好，上模采用雙層分流孔設(shè)計，內(nèi)層設(shè)計3個小分流孔，以保證型材內(nèi)圈的金屬填充；外層設(shè)計9個分流孔，以保證型材內(nèi)圈和外圈之間的筋條都能填充好。分流孔的面積和位置要經(jīng)過精確的計算和布局后確定，使之達(dá)到最佳效果。由于中間三個分流孔較小，為了保證金屬供流均衡，在模具端面設(shè)計一個φ60 mm×10mm的沉臺，如圖5所示。

圖5 模具分流孔設(shè)計圖

2.3.2 引流槽的設(shè)計

或許我的問題不是不能回家，我的確很想念母親、父親，還有迦勒，想念夜晚的爐火，想念母親的編織針輕輕碰撞的聲音，可這不是我心里感覺如此空虛失落的唯一原因。

由于內(nèi)外芯頭之間筋的金屬填充全靠引流孔和引流槽，因此合理設(shè)計引流孔及引流槽的尺寸極為重要。其宗旨是既要保證金屬的填充，又要保證各個芯頭的穩(wěn)定性好，使其在擠壓過程中不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)。該模具共需設(shè)計11個引流孔及引流槽才能保證型材各部位金屬填充充分，如圖6所示。

圖6 模具引流孔、槽示意圖

2.2.3 下模的設(shè)計

由于型材壁厚薄、散熱齒數(shù)多、懸臂大，經(jīng)強(qiáng)度校核計算下模厚度必須保證在125mm，為了增加懸臂處的強(qiáng)度，模具出口帶設(shè)計為二次空刀。上、下模具的材料都選擇性能良好的優(yōu)質(zhì)進(jìn)口鋼，如圖7所示。

圖7 下模具示意圖

2.2.4 工作帶的設(shè)計

工作帶是保證產(chǎn)品形狀、尺寸精度、表面質(zhì)量的重要參數(shù)，工作帶的設(shè)計是否合理，將關(guān)系到能否生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。圖8是EL3148A的工作帶及空刀設(shè)計尺寸。

圖8 工作帶及空刀設(shè)計圖

2.3 模具強(qiáng)度校核

2.3.1 上模強(qiáng)度計算

分流模的主要破壞形式是：分流橋因受彎曲應(yīng)力而被破壞和分流孔處在危險斷面被剪斷。

分流橋彎曲應(yīng)力的校核，按兩端固定，均勻載荷的簡支梁計算，校對模子厚度H。

由上式計算得：Hmin=68.5 mm

綜合以上計算考慮，上模厚度取75 mm。

2.3.2 下模強(qiáng)度計算

下模散熱齒的槽形部分，可以認(rèn)為是一個受有均布載荷的懸臂梁，可按下式校核其危險斷面處的模子最小厚度h。

式中：hmin為模具的最小厚度，mm；p為擠壓機(jī)最大比壓，MPa；l為懸臂梁的長度，mm；σ彎為模具材料的許用彎曲應(yīng)力，對H13鋼取600 MPa。

由上式計算得：hmin=99.6 mm

綜合以上計算考慮，下模厚度取125 mm。

2.4 EL3148A模具的加工制作工藝

EL3148A上模是異形多芯頭模具，模具加工難度很大。該模具的加工難度主要是上模，其加工工藝是：粗車→劃線→粗銑芯頭（留余量）→分流孔（中間3個分流孔用電火花加工）→熱處理→磨平面→切整體銅電極→電火花整打芯頭形狀、打引流孔、引流槽→鉗工制作。

由于加工異形多芯頭模具時，數(shù)控銑床不能直接加工到位，芯頭中間的窄縫根本無法用機(jī)床加工，為了保證芯頭尺寸和形狀，先用銅電極整打芯頭，再打引流孔、引流槽。

該模具最后一道加工工序是鉗工，主要由鉗工手工制作。鉗工在加工制作此模具時必須采用合理的方法及工藝才能保證模具的質(zhì)量。具體步驟如下：消除電火花硬籽→提高芯頭表面質(zhì)量→引流孔、引流槽圓滑過渡→上、下模精心裝配。

由于芯頭的尺寸較小，在頸部上分布的11個引流孔和引流槽的尺寸都很小，不能用普通的砂輪機(jī)拋光，只有用很小的筆式砂輪精心打磨，消除掉銑床加工和電火花加工不到位的尖角、棱角等缺陷；在拋光時應(yīng)保證各部位圓滑過渡，空刀平直一致；仔細(xì)檢查各部分是否加工到位，引流孔及引流槽、分流孔、分流橋是否均勻、對稱。

3 結(jié)束語

EL4514、EL3148A是不同類型的散熱器，采用上述模具設(shè)計及加工方案均生產(chǎn)出了合格的產(chǎn)品，實現(xiàn)了量產(chǎn)。通過這兩個品種的生產(chǎn)，我們在模具的設(shè)計和加工上都有了較大的突破和創(chuàng)新，為以后生產(chǎn)該類高難度的散熱器型材奠定了基礎(chǔ)。