散热器型材的挤压技术

摘要：介绍铝合金散热器型材生产的难度及其解决它的挤压技术。

关键词：散热器型材；难度；挤压技术

铝合金因质轻美观、良好的导热性和易加工成复杂的形状，被广泛地用于散热器材上。铝合金散热器材主要有三种类型：扁宽形，梳子形或鱼刺形；圆形或椭圆圆形外面散热片呈放射状；树枝形。如图1所示。它们的共同特点是：散热片之间距离短，相邻两散热片之间形成一个槽形，其深宽比很大；壁厚差大，一般散热片薄，而其根部的底板厚度大。因此给散热型材的模具设计、制造和生产带来很大的难度。

散热器型材有一部分尺寸较小、形状对称的产品比较容易生产，大部分散热器型材扁宽形，外形尺寸较大，有的不对称，散热片之间的槽形深宽比很大，其生产难度较大。需要从铸锭、模具、挤压工艺几方面配合，才能顺利生产出散热器型材。挤压散热器型材用的合金必须具有良好的可挤压性和导热性，一般用的有1A30、1035和6063等合金。目前普遍使用较多的是6063合金，因为它除了有良好的可挤压性、导热性外，还有较好的力学性能。

铝合金散热器型材的生产要从铸锭的质量、模具的材质和设计、减少挤压力以及挤压工艺等方面着手。

1、            铸锭的质量要求

铸锭的合金成分要严格控制杂质含量，保证合金万分的纯洁度。对于6063合金要控制Fe、Mg、Si的含量。Fe的含量应小于0.2%，Mg、Si的含量一般都控制在国家标准的下限，Mg含量0.45%～0.55%，Si含量0.25%～0.35%。铸锭要经过充分的均匀化处理，使铸锭的组织、性能均匀一致。

铸锭的表面要光滑，不允许有偏析瘤或粘有沙泥。铸锭的端面要平整，不能切成台阶状或切斜度太大（切斜度应在3㎜以内）。因为台阶状或切斜度太大，用平面模挤压散热型材时，如果没有设计导流樫，铸锭直接碰到模具，由于铸锭端面不平，出现有的地方先接触模具，产生应力集中，易把模具的齿形挤断，或造成出料的先后不一，容易产生堵模或挤压成型不好的现象。

2、            对模具的要求

因为散热器型材的模具都是许多细长的齿，要承受很大的挤压力，每个齿都要有很高的强度和韧性，如果彼此之间的性能有很大的差异，就容易使强度或韧性差的那些齿产生断裂。因此模具钢材的质量必须可靠，最好使用质量可靠的厂家生产的H13钢材，或选用优质的进口钢材。模具的热处理十分重要，要用真空加热淬火，最好采用高压纯氮淬火，可以保证淬火后模具的各部分性能均匀。淬火后要采取三次回火，使模具的硬度保证在HRC48～52的前提下，具有足够的韧性。这是防止模具断齿的重要条件。

散热器型材要能顺利挤压成功，关键是模具的设计要合理，制造要精确。一般尽量避免铸锭直接挤压到模具工作带上。对于扁宽的梳形散热器型材，设计一个中间较小、两边较大的导流模，使金属往两边流，减少模具工作带上的挤压力，而且使其压力分布均匀。由于散热器型材断面的壁厚差大，设计模具工作带时要相应保持它们的差别，即壁厚大的地方工作带要特别加大，可以大到20mm～30mm，而齿尖的位置要突破常规，把工作带减到最小。总之要保证金属在各处流动的均匀性。对于扁宽形散热器，为保证模具有一定的刚度，模具的厚度要适当增加。厚度增加量约30%～60%。模具的制作也要十分精细，空刀要做到上下、左右、中间保持对称，齿与齿之间的加工误差要小于0.05mm，加工误差大容易产生偏齿，即散热片的厚薄不均匀，甚至会产生断齿的现象。

对于设计比较成熟的断面，用嵌镶合金钢模具也是一个较好的方法，因为合金钢模具有较好的刚性和耐磨性，不易产生变形，有利于散热器型材的成形。

3、            减少挤压力

为了防止模具断齿应尽量减少挤压力，而挤压力与铸锭的长、合金变形抗力的大小、铸锭的状态、变形程度的大小等因素有关。因此挤压散热铝型材的铸棒不宜太长，约为正常铸棒长度的（0.6～0.85倍）。特别是在试模和挤压第一根铸棒时，为确保能顺利生产出合格的产品，最好用更短的铸棒，即正常铸棒长度（0.4～0.6）倍的铸棒来试模。

对于形状复杂的散热大喊型材断面，除了缩短铸棒的长度外，还可考虑用纯铝短铸做第一次试挤压，试挤成功后再用正常铸锭进行挤压生产。

铸锭均匀化退火不仅可以使组织和性能均匀，而且可以提高挤压性能和降低挤压力，所以要求铸锭必须均匀化退火。至于变形程度的影响，由于散热器型材的断面积一般都比较大，挤压系数一般在40以内，因此其影响较小。

4、            挤压工艺

散热器型材生产的关键是挤压模具的第一次试模，有条件的话，可以先在电脑上做模拟试验，看模具设计的工作带是否合理，然后在挤压机上试模。第一次试模十分重要，操作手要让主柱塞前进上压时在低于8MPa的低压力下慢速前进，最好有人用电筒光线照看模具出口处，等挤压模具的每一个散热片都均匀挤压模孔后，才能逐渐加压加速进行挤压。试模成功后继续挤压时，应注意控制好挤压速度，做到平稳操作。生产散热器型材时应注意模具的加热温度，要使模具温度与铸锭温度相近。若温差太大，由于上压时挤压速度慢，会使金属温度下降，易产生堵模或流速不均匀的现象。

散热器型材挤压工艺参数见表1。

表1  散热器型材挤压工艺参数

5、            结束语

散热器型材的挤压技术除与上面因素有关外，还与挤压机的能力和水平、后部设备的自动化程度、工人的操作技巧等有关，不同的散热型材断面应根据其特点采取相应的措施，不能一概而论。

原摘《摘自全国第13届轻合金加工学术交流会论文集》