LED散热器铝型材挤压模具的设计与优化

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     铝是LED灯具制作中最好的散热材料。,方面是其良好的散热系数,另一方面是其价格。铝合金型材具有重量轻、美观耐用、散热率高、塑形性好等优点,在空调、冷却器和散热器等方面获得了广泛的应用。


    在我国,散热器也越来越流行采用铝型材,而且主要以铝挤压成形为主,这是因为挤压成形的毛坯尺寸一致性好,生产周期短,成本也比较低。在铝合金型材挤压生产过程中,挤压模具对实现整个挤压过程有着十分重要的意义。


    挤压模具是保证产品成形,具有正确形状、尺寸和精度的基本工具。合理的挤压工模具结构、形状和尺寸,在一定程度上可控制产品的内部组织和力学性能,特别是在控制铝型材空心制品的焊缝组织和力学性能方面,分流孔的大小和形状以及其分布位置,焊合腔的形状和尺寸,模芯的结构等起着决定性作用。


    一、铝型材外形结构分析


    图1是一款 LED灯具散热器铝合金型材截面图,从图中可知,该LED灯具散热器用铝合金挤压空心型材,其特点是外接圆尺寸大,断面形状复杂,截面大,其外形长度为340mm,高度为100mm;散热片齿薄,悬臂长,悬臂处舌比大,舌比最大可达8,而散热片齿间间距小,在各齿间存在着危险断面,挤压时齿部受力后极易发生偏齿和断齿导致模具报废。


    其次是型材截面壁厚相差悬殊,特别是该截面根部的底板厚度较厚(最厚达28mm),而散热片齿部最薄处厚度仅有2mm,壁厚比达14,造成铝型和挤压流速的极不均匀,更增大了危险断面的断裂系数。因此给散热器型材的模具设计、制造和生产带来很大的难度。


    如果挤压模具设计不合理,挤压时易造成模具的偏齿、断齿以及型材的扭拧、波浪、弯曲以及裂纹等缺陷而报废,因此挤压模具的合理设计是该LED灯具散热器型材实现正常挤压的决定因素。



    二、挤压模具的设计要点


    鉴于铝型材产品的难点分析,我们采用宽展挤压方法生产。经过充分研究,对两端部区域采用30°大宽展角,有利于金属自然流动,在两端形成足够的压容室。为了保证产品挤压出后的截面平直度,需对中心部位与边部的金属流速进行平衡,在模具结构设计方面,重点考虑分流孔、工作带、空刀、焊合室、分流桥等5个方面的设计,LED灯具散热器铝合金型材模具结构如图2所示。


    1、分流孔


    分流孔是金属通往型孔的通道。一般来说,分流孔的数量越多,金属的流速越均匀,分流孔体积大的,流速相对快。因此设计时使用六个分流孔的结构并使分流桥遮挡壁厚大的部分,使其起到阻碍金属流动的作用,从而降低此处金属的流速,使型材挤出时速度趋于平稳;分流孔直供齿部壁厚小的部分,使金属流速加快,最终使厚薄处流速相对一致,使得金属的流速趋于均匀,可以有效减小危险断面的断裂系数。


    图2 LED灯具散热器铝合金型材模具结构图


    2、工作带


    工作带是模子中垂直模子工作端面并用以保证挤压制品的形状、尺寸和表面质量以及调节金属的流动的区段,对调节金属流速起着重要作用。为了使型材挤出时各部分流动的速度均匀、挤出平稳,将壁厚薄、悬臂大、被模体遮盖住部分的齿部工作带设计为最低,这样有利于减少金属的摩擦力,降低金属的流动阻力。


    3、空刀


    空刀部分是为了减少摩擦,使制品能顺利通过,免遭划伤,以保证产品表面品质。为了防止悬臂折断或偏摆,齿间的空刀设计尽量小;为了防止塞模,齿端部位空刀设计尽量大。


    4、焊合室


    焊合室是把分流孔流出来的金属不断聚集,静压力不断增大,使分流孔之间的金属焊合之后挤出模孔。为了使上下焊合时齿部速度快些,壁厚厚的部位流速慢些,焊合室高度取45mm,周边用R5圆滑过渡,减少死区产生,有利于金属流动,并降低了挤压变形抗力。


    5、分流桥


    为了降低焊合条纹出现的机会或减轻焊合条纹的程度,把分流桥的倒角设计成水滴形,并把分流桥桥尖设计成20°锥形,分流桥桥尖角度越小,分流桥后铝合金流的焊合压力越大,这样有利于金属流动焊合,如图3所示。


    宽展模除了起宽展作用外,还起着预分配金属和调整出口型材流速的作用。实践证明,把LED灯具散热器铝合金型材用宽展模设计,可以通过加大宽展模两侧端部圆角半径并对模具分流孔、工作带、空刀、焊合室、分流桥等进行优化设计,不仅有效地调节了金属在挤压时的流速,改善了挤出铝型材的均匀性,而且减少了由于挤压模具承受较大的正面压力所导致的模孔危险断面的断裂,实现了正常挤压,极大地延长了挤压模具的使用寿命,提高了生产效率。

    将大悬臂的散热器型材模具设计成假分流模的结构,不仅有效地减少了由于模具承受较大的正面压力所导致的模孔危险断面的断裂,极大地延长了模具的使用寿命,而且,这种带有分流桥的结构,还有效地减小了模孔底部较大壁厚处的流速,确保了挤压型材流速的均衡平稳、同时,这种结构的挤压模具设计方案,为壁厚相差悬殊的实心型材模具的设计开辟了新的思路和途径。

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