銅鋁復(fù)合散熱器的擠出工藝手藝 闡明與研究

散熱器型材其構(gòu)造 均是由多個(gè)齒形構(gòu)成 ，為了提高散熱效力 ，增年夜 散熱面積，在每一個(gè)齒上年夜 都布有多個(gè)尖牙，這類 構(gòu)造 固然 有用 地提高了散熱效力 ，改善了散熱結(jié)果 ，增添 了散熱面積， 然則 卻給型材擠壓帶來(lái)了很年夜 的阻力。

摘要：鋁合金散熱器型材是鋁合金擠壓型材中難度較年夜 ，手藝 含量較高的一種。散熱器產(chǎn)物 由于其特別的機(jī)能 要求，對(duì) 與熱源直接接觸的外觀，需要鑲嵌銅片提高散熱器的導(dǎo)熱率，而今朝 的各類 銅鋁連系 的工藝普遍在兩者之間存在粘結(jié)層，不成避免地影響到散熱器的機(jī)能 。

　　本文提出了一種覆銅散熱器復(fù)合型材一次擠壓成形的方式 ，文中具體 論說(shuō) 了銅鋁復(fù)合加工機(jī)理和散熱器覆銅設(shè)計(jì)及其構(gòu)造 剖析 ，經(jīng)由過(guò)程 傳統(tǒng)的鋁型材擠壓裝備 及模具的構(gòu)造 進(jìn)行設(shè)計(jì)革新 。離別 在擠壓裝備 上增添 了銅板的送料機(jī)構(gòu)，在擠壓模具、模套、模座等擠壓對(duì)象 上增添 輸送銅板的進(jìn)料口，初步實(shí)現(xiàn)了覆銅散熱器復(fù)合型材一次擠壓成形。

1　引言

　　跟著 科學(xué)手藝 的不竭提高 ，新構(gòu)造 、新材料和新工藝的運(yùn)用 日趨 普遍 ?，F(xiàn)代工程中的許多零部件需要工作在高溫或低溫、侵蝕 介質(zhì)、電磁場(chǎng)或放射脾氣 況 中，所選用的材料應(yīng)當(dāng) 是能知足 工作要求的特別材料，零丁 使用一種材料經(jīng)常 不克不及 知足 現(xiàn)實(shí) 運(yùn)用 中的各類 要求，而且 有色金屬材料的用量也比力年夜 。為了節(jié)儉年夜 量的優(yōu)良 珍貴 有色金屬材料，下降 本錢 ，簡(jiǎn)化制造工藝，包管 分歧 的工作前提 下使用分歧 的材料，充實(shí)行 展 分歧 材料的機(jī)能 優(yōu)勢(shì)，異種有色金屬材料的復(fù)合手藝 在現(xiàn)實(shí) 出產(chǎn)中有著普遍 的運(yùn)用 。

　　今朝 ，工程上年夜 量采取 的是純真 的鋁散熱器，由于鋁的導(dǎo)熱系數(shù)較低，僅為230W/m℃(0℃時(shí))，年夜 量的熱量很難被敏捷 帶走。而銅的導(dǎo)熱系數(shù)較高，為382W/ m℃(0℃時(shí))，但銅散熱器的重量較年夜 ，而且 在卑劣 情況 下的三防(防潮、防霉、防鹽霧)較難。

　　銅鋁復(fù)合建造 的散熱器，較好地施展 了兩種金屬各自的優(yōu)勢(shì)，做到了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，不僅能使散熱器耐侵蝕 ，產(chǎn)物 重量輕壽命長(zhǎng)，而且還提高了散熱器其他方面的手藝 參數(shù)指標(biāo)。

　　近幾年來(lái)，散熱器出產(chǎn)商在原有鋁合金散熱器的根蒂根基 上作了手藝 改善 ，在散熱翅片不和 加上5～6mm厚的紫銅板，或 在鋁制散熱翅中到場(chǎng) 紫銅散熱管，以利于提高散熱結(jié)果 。今朝 高速CPU芯片就采取 了此種設(shè)計(jì)的散熱器進(jìn)行散熱，但由于鋁－銅的物理性質(zhì)差別 較年夜 ，構(gòu)成 致密靠得住 的毗連難度較年夜 ，是以 若何 將兩者 有用 地毗連在一路 成了此項(xiàng)手藝 運(yùn)用 的樞紐?，F(xiàn)有的焊接辦 藝 是先在鋁外觀鍍鎳，再與銅板執(zhí)行 軟釬焊，即構(gòu)成 鋁－鎳－銅系統(tǒng) 。這一工藝方式 根基 上能到達(dá) 產(chǎn)物 設(shè)計(jì)的手藝 要求，但由于需要增添 電鍍工藝，因今生 產(chǎn)本錢 較高，而且由于鎳的熱傳導(dǎo)性較差，阻礙了散熱器散熱結(jié)果 的進(jìn)一步提高，沒(méi)有最年夜 限度的施展 此種(銅－鋁)散熱器設(shè)計(jì)的手藝 優(yōu)勢(shì)。

　　今朝 市道上充溢 著各類 各樣的銅鋁連系 的散熱器，采取 分歧 的工藝將銅與鋁連系 在一路 。經(jīng)常使用 的有釬焊、螺絲鎖合、熱脹冷縮連系 、機(jī)械式壓合等方式。

2　覆銅散熱器的加工機(jī)理與設(shè)計(jì)

　　覆銅散熱器凸起 的問(wèn)題是銅/鋁接頭的毗連[1]。實(shí)踐證實(shí) ，在負(fù)荷較年夜 的情況下，用傳統(tǒng)方式 對(duì)銅與鋁毗連所出產(chǎn)的電工產(chǎn)物 是極不成靠的[2]。采取 表而堆焊、爆炸復(fù)合、軋制復(fù)合等多種方式 都可 成功制備銅/鋁毗連件，但是 就機(jī)能 和價(jià)錢 比而言，采取 擠壓法制備復(fù)合接頭具有顯著 的優(yōu)勢(shì)，經(jīng)由過(guò)程 該方式 構(gòu)成 的銅/鋁毗連件可以下降 本錢 、減輕構(gòu)件質(zhì)量和 施展 銅、鋁各自的長(zhǎng)處 ，并能變異種金屬的焊接為同種金屬的焊接[3-5]。銅、鋁復(fù)應(yīng)時(shí) ，在復(fù)合界而上會(huì)生成一層金屬間化合物(如CuAl2等)，這類金屬間化合物硬而脆，會(huì)致使 復(fù)合板的連系 強(qiáng)度和曲折 機(jī)能 等下降 ，且導(dǎo)電性變差[6]，是以 ，這類 過(guò)渡層不克不及 太厚，不然 將對(duì)材料的使用特征 發(fā)生 影響。別的 ，由于鋁的線縮短 系數(shù)年夜 于銅的線縮短 系數(shù)，在冷卻進(jìn)程 中銅/鋁復(fù)合界而四周 發(fā)生 很年夜 的應(yīng)力，當(dāng)界面連系 強(qiáng)度不足時(shí)，將致使本來(lái) 杰出的鍛造 連系 而開(kāi)裂。是以 ，選擇公道 的復(fù)合工藝相當(dāng) 主要 。

　　銅/鋁復(fù)合材料采取 固－液復(fù)正當(dāng) 制備，起首 要對(duì)銅板進(jìn)行預(yù)處置：將銅板在脫脂劑中進(jìn)行脫脂處置，用清水沖刷 后在鋼絲輪長(zhǎng)進(jìn) 行除銹和打毛處置，打毛的目標(biāo) 是為增添 界面的接觸而積。銅/鋁復(fù)合層的構(gòu)成 主如果 銅與鋁的界面反映和彼此散布 的了局，復(fù)合界面的冶金連系 是經(jīng)由過(guò)程 接觸面上金屬的融化 和散布 進(jìn)程 實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)液態(tài)鋁與固態(tài)銅接觸時(shí)，固態(tài)銅外觀發(fā)生界面反映和 銅和鋁原子的彼此散布 ，在兩種金屬中構(gòu)成 散布 層，在界面上還構(gòu)成 金屬間化合物。復(fù)合界面的冶金連系 是經(jīng)由過(guò)程 界面層上固體的局部融化 和原子散布 的物理冶金進(jìn)程 實(shí)現(xiàn)的。

在固－液復(fù)合的前提 下，使用熔劑對(duì)銅板進(jìn)行預(yù)浸鍍，在鋁錠擠壓溫度為480℃以上，銅板預(yù)熱溫度為400℃時(shí)，獲得了界面過(guò)渡層厚度為45μm，剪切強(qiáng)度為57 MPa的杰出復(fù)合界面[7]。

　　同時(shí)，固－液復(fù)合界面上存在融化 區(qū)和非融化 區(qū)，銅/鋁復(fù)合界面的連系 是經(jīng)由過(guò)程 銅/鋁接觸面上銅的融化 和銅與鋁之間的散布 實(shí)現(xiàn)的。

3　散熱器覆銅設(shè)計(jì)及構(gòu)造 剖析

　　在鋁合金散熱器底部鑲嵌0.2mm厚度的銅板，可以年夜 年夜 提高散熱器的散熱效力 ，同時(shí)節(jié)儉年夜 量本錢 。散熱片選用較高導(dǎo)熱系數(shù)的材料對(duì)提高熱傳導(dǎo)效力 很有扶助，鋁的導(dǎo)熱系數(shù)為735KJ/(M?H?K)，銅的導(dǎo)熱系數(shù)為1386KJ/(M?H?K)，在所有其它前提 均不異的時(shí)辰，銅在單元 時(shí)候 內(nèi)傳導(dǎo)的熱量是鋁的近兩倍。

　　若是將鋁合金散熱片改用銅來(lái)制造，對(duì)熱的傳導(dǎo)速度 將會(huì)有一個(gè)很可觀的晉升，如許 固然 就對(duì)高度集中的熱量具有顯著 “療效”。然則 ，還需要斟酌 銅的比重比鋁年夜 ，將不相符 散熱片重量限制的要求； 紅銅的硬度不如鋁合金AA6063，某些機(jī)械加工機(jī)能 不如鋁；銅的熔點(diǎn)比鋁高許多 ，晦氣 于擠壓成形等等問(wèn)題。所以這里就把銅、鋁連系 運(yùn)用 ，行使 銅的高導(dǎo)熱系數(shù)特點(diǎn)，把熱量傳導(dǎo)至鋁材質(zhì)的鰭片，再經(jīng)由過(guò)程 電扇 的對(duì)流感化 披發(fā) 至空氣中。既包管 其重量不超標(biāo)，又可量產(chǎn)，也獲得 了必然 的效能晉升。

　　散熱片的肋片散布 間距是5.5mm，厚度從1mm到3mm不等；且肋片數(shù)量 較多。很顯著 ，肋片散布 區(qū)域的擠壓力散布 極不平均 ，存在很年夜 的磨擦 力；同時(shí)肋片強(qiáng)度較低，在熱擠壓進(jìn)程 中很容易發(fā)生偏折。反之，散熱器底部供料充沛，比擬 力肋片而言，強(qiáng)度年夜 ，擠壓力小，熱擠壓進(jìn)程 中流速快，從而型材整體很容易發(fā)生扭擰和側(cè)彎。同時(shí)，銅鋁結(jié)應(yīng)時(shí) 親和力較差，必需 嚴(yán)酷節(jié)制 銅板與鋁錠的接觸面、擠壓力和 擠壓溫度，這也增添 了對(duì)型材擠壓進(jìn)程 中活動(dòng) 不亂 性的要求，和 對(duì)銅板附出力 的要求。

由于模具的齒頂部是最不容易 填充的部位，為了使此處填充充實(shí)，鄙人 模齒頂處的焊合室，設(shè)計(jì)了可起促流感化 的30°斜面，從而更好地改善了此處的流速。別的 ，此分流模下模焊合室的設(shè)計(jì)構(gòu)造 ，分歧 于常規(guī)情勢(shì) 的分流模構(gòu)造 ，與上模的分流口尺寸不是完全對(duì)應(yīng)的，在焊合室上，下寬度的取值根據(jù) 散熱器型材寬度，按平模導(dǎo)流口的設(shè)計(jì)情勢(shì) 取值，如許 有益 于 齒頂部不容易 填充的部份 充實(shí)填充。

4　構(gòu)造 方案設(shè)計(jì)

　　4.1　擠壓模模面的設(shè)計(jì)

　　送料機(jī)構(gòu)是一個(gè)雷同 于接連擠壓裝配 的銅卷。經(jīng)由過(guò)程 預(yù)先對(duì)銅板進(jìn)行外觀處置（主要經(jīng)由過(guò)程 脫脂、除銹、打毛處置等），使銅板外觀具有必然 粗拙 度，可以或許 增年夜 與半固態(tài)鋁錠的接觸面積。這里的銅板厚度是0.2mm，所以在液態(tài)鋁錠的活動(dòng) 進(jìn)程 中，行使 外觀磨擦 力可以或許 帶動(dòng)薄銅板一路 活動(dòng) 。由表1可以知：擠壓進(jìn)程 中的模具溫度到達(dá) 480-500℃,擠壓速度為10－30m/min。

表1　鋁合金散熱器型材擠壓工藝參數(shù)[8]

　　由上一節(jié)所述，在鋁錠擠壓溫度為480℃以上，銅板預(yù)熱溫度為400℃時(shí)，可以獲得界面過(guò)渡層厚度為45μm，剪切強(qiáng)度為57 MPa的杰出復(fù)合界面。所以銅板還要顛末預(yù)熱處置，使整體溫度到達(dá) 400℃。顛末預(yù)熱處置后的銅板要實(shí)時(shí)送入到擠壓模具的模腔內(nèi)，與半固態(tài)鋁錠一路 顛末工作帶、一級(jí)空刀、二級(jí)空刀，最后從模墊送出銅鋁復(fù)合的散熱器型材。

　　在送入銅板的進(jìn)程 中，為了確保銅板可以或許 順?biāo)?的進(jìn)入到模腔內(nèi)，同時(shí)鋁錠不至于從所開(kāi)的側(cè)孔擠出，在銅板的厚度上增開(kāi)0.08mm的厚度，即擠壓模模面開(kāi)出厚度為0.28mm的送銅板的槽。如圖1所示。

圖1 擠壓模模面設(shè)計(jì)

4.2　模套構(gòu)造 要素的設(shè)計(jì)

　　模套主要用于對(duì)導(dǎo)流模、擠壓模、模墊的固定，及其在擠壓機(jī)中的定位感化 ?？蓪~板輸送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在擠壓機(jī)的下方，在輸送鋁錠的同時(shí)，將銅帶也輸入擠壓機(jī)中。所以在模套的下端開(kāi)一條0.3mm（＝0.2mm＋0.1mm）厚度的罅縫，供銅板送料。如圖2所示。

圖2　模套設(shè)計(jì)

　　4.3　銅板送料機(jī)構(gòu)的工作機(jī)理及進(jìn)程 剖析

　　本設(shè)計(jì)中，銅板送料機(jī)構(gòu)位于擠壓機(jī)的下側(cè)，操作人員站在擠壓機(jī)右邊 進(jìn)行遙控操作。預(yù)熱后的鋁錠從擠壓機(jī)的下部輸送 到擠壓機(jī)內(nèi)。銅板起首 進(jìn)行外觀處置，先將銅板在脫脂劑中進(jìn)行脫脂處置，然落后 行除銹和打毛處置。又由于銅板要進(jìn)行預(yù)熱處置，所以在銅板的外側(cè)有一個(gè)保溫箱，包管 銅板溫度恒定連結(jié) 在400～480℃。

　　在型材擠壓起頭前，操作人員先將必然 長(zhǎng)度的銅板穿過(guò)模套13、擠壓模14，送入到擠壓模中。如圖3所示。然后運(yùn)行擠壓機(jī)，擠壓軸起頭鞭策 鋁錠活動(dòng) ；鋁錠經(jīng)由過(guò)程 導(dǎo)流模后，在擠壓模腔內(nèi)與銅板會(huì)合 。在480℃以上的高溫、10MN的高壓感化 下，鋁錠與銅板帶外觀敏捷 發(fā)生界面反映，銅和鋁原子彼此散布 ；在兩種金屬中構(gòu)成 散布 層，在界面上還構(gòu)成 金屬間化合物，從而兩者 牢凝結(jié) 合。成型后的銅鋁復(fù)合散熱器經(jīng)由過(guò)程 空刀、后空刀、模墊11、墊環(huán)12等部位后，逐級(jí)降溫強(qiáng)化，最后構(gòu)成 覆銅散熱器型材，截取恰當(dāng) 長(zhǎng)度落后 行外觀處置便可 。

　　如圖3所示，在銅板送料進(jìn)程 中，為了包管 銅板垂直穿過(guò)模套、模型 的罅縫，在接近 模套的部位加設(shè)一個(gè)滾輪機(jī)構(gòu)17，主要起到定型定位的感化 。固然 ，不成避免的會(huì)泛起 銅板斷裂或 銅板傾斜等問(wèn)題，這就需要從頭對(duì)位和植入銅板；為了削減 機(jī)械 的頻頻 起停，滾輪機(jī)構(gòu)對(duì)銅板的位置調(diào)控顯得尤其 主要 。

圖3　擠壓機(jī)各部位構(gòu)造

為了使模具在擠壓時(shí)?？赘鞑康牧魉倨骄?、擠壓安穩(wěn) ，在設(shè)計(jì)模具構(gòu)造 時(shí)，打破了實(shí)心型材年夜 都采取 平模情勢(shì) 的常規(guī)設(shè)計(jì)理念，將此型材模具設(shè)計(jì)成帶有流口、分流橋的分流模的情勢(shì) ，與常規(guī)分流模所分歧 的是，在此分流模的上模分流橋上，沒(méi)有決意 型材內(nèi)孔尺寸的型 芯部份 ，是以 ，稱之為假分流模。

5　小結(jié)

　　本章主要介紹了銅鋁復(fù)合散熱器的研究與運(yùn)用 。軋制復(fù)正當(dāng) 、爆炸復(fù)正當(dāng) 、擠壓－拉拔法是出產(chǎn)銅鋁復(fù)合材料的經(jīng)常使用 方式 。運(yùn)用 較多的銅鋁復(fù)合材料主要有銅包鋁復(fù)合線材、銅鋁復(fù)合接頭材料、銅鋁復(fù)合板帶等。

　　要使年夜 量熱量經(jīng)由過(guò)程 散熱器散出，本文論說(shuō) 的新型散熱器以0.2mm紫銅板作為散熱器的基板，在基板上壓接鋁合金型材散熱肋片。在高壓下，紫銅基板和鋁合金型材散熱肋片的接觸面發(fā)生 分了級(jí)的接觸。用紫銅為基板是由于 紫銅的導(dǎo)熱率高，可以或許 使熱量盡可能 散布 開(kāi)。基板上壓接的散熱肋片很密，可以或許 增年夜 散熱面積。

　　具體 接頭了擠壓模模面和模套構(gòu)造 要素的設(shè)計(jì)，具體申明 晰銅板送料機(jī)構(gòu)的工作機(jī)理及運(yùn)行進(jìn)程 ，包管 了銅板源源不竭的輸送到擠壓模模腔內(nèi)，從而獲得 及格 的銅鋁復(fù)合散熱器。

樞紐詞：銅鋁復(fù)合散熱器，散熱器，擠壓模具，模具設(shè)計(jì)