铝合金散热器材：特点、类型与生产难度解析

铝合金因重量轻、外形美观、导热性能好、易加工成复杂形状等优点，在散热器中得到广泛的应用。铝合金散热器主要有三种形状：平板宽型、梳状或鱼骨状；圆形或椭圆形、放射状、树枝状散热器。它们的共同特点是：散热器间距短，相邻两散热器间形成凹槽，深宽比大；壁厚差别大，散热器一般较薄，根部底板较厚。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。

有些散热器型材尺寸较小，形状对称，比较容易生产。大多数散热器型材外形尺寸较大，且为扁平宽大型材。有些散热器型材形状不对称，翅片间凹槽的深宽比较大，生产难度较大。必须通过锭材、模具、挤压工艺三者的配合，才能顺利生产出散热器型材。挤压散热器型材所用合金必须具有良好的挤压性能和导热性能，一般采用1A30、1035、6063合金。目前，6063合金应用较多，因为它除了具有良好的挤压性能和导热性能外，还具有良好的力学性能。

铝合金散热器型材生产应从铸锭质量、模具材质及设计、降低挤压压力、挤压工艺等方面入手。

1. 钢锭的质量要求

铸锭的合金成分必须严格控制杂质含量，保证合金熔体的纯度。对于6063合金，必须控制Fe、Mg、Si的含量。Fe的含量应小于0.2%，Mg和Si的含量一般控制在国家标准的下限，Mg含量为0.45%~0.55%，Si含量为0.25%~0.35%。铸锭必须经过充分的均匀化处理，使铸锭的组织和性能均匀一致。

锭子表面应光滑，不允许有偏析、砂眼。锭子端面应平整，不能割成台阶状或割成很大的斜度（割缝斜度应在3mm以内）。因为台阶状或割缝斜度太大，用平模挤压散热型材时，若无导梁，锭子会直接撞在模具上。由于锭子端面不平整，有的地方会先碰到模具，造成应力集中，容易折断模具的齿，或造成出料顺序不一致，容易造成堵模​​或挤压成型不良。

2.对模具的要求

由于散热器型材的模具是由许多细长的齿组成，要承受很大的挤压压力，所以每个齿都必须具有很高的强度和韧性，如果它们之间的性能差别很大，就容易造成强度或韧性较差的齿发生断裂。所以模具钢材的质量一定要可靠，最好是选用可靠厂家生产的H13钢，也可以选用优质的进口钢材。模具的热处理很重要，要采用真空加热淬火，最好是采用高压纯氮淬火，以保证淬火后模具各部分性能均匀。淬火后要进行三次回火，保证模具的硬度在HRC48~52，并具有足够的韧性，这是防止模具断齿的重要条件。

散热器型材挤压成功的关键在于模具的合理设计和精密制造。一般最好避免将锭料直接挤压到模具工作带上。对于平而宽的梳状散热器型材，设计中间较小、两侧较大的导流模具，使金属向两侧流动，减少模具工作带上的挤压力，使压力分布均匀。由于散热器型材断面壁厚差异较大，在设计模具工作带时应相应留出差异，即壁厚较大的地方的工作带应特别加大，可大到20mm～30mm，齿尖位置则应打破常规，使工作带减小到最小。总之，处处都要保证金属流动的均匀性。对于平而宽的散热器，为保证模具具有一定的刚性，应适当增加模具的厚度，厚度增加量约为30%～60%。 模具的制作也必须非常精细，空刀必须上下左右、中间对称，齿间加工误差应小于0.05mm，加工误差大容易出现偏齿，也就是散热片厚薄不均，甚至断齿。

对于设计比较成熟的型材，采用嵌入式合金钢模具也是比较好的方法，因为合金钢模具刚性好、耐磨性好，不易变形，有利于散热器型材的成型。

3.降低挤压压力

为了防止模具断牙，应尽量减小挤压力，而挤压力的大小与锭长、合金的抗变形能力、锭的状态、变形程度等有关。因此，挤压散热铝型材用的铸棒不宜过长，约为正常铸棒长度的（0.6～0.85倍）。特别是在试模、挤压第一根铸棒时，为保证能顺利生产出合格产品，最好选用较短的铸棒，即用（0.4～0.6）倍正常铸棒长度的铸棒进行试模。

对于形状复杂的散热器型材，除了缩短铸棒长度外，还可以考虑采用纯铝短铸件进行第一次试挤，试挤成功后，再用正常铸锭进行挤压生产。

铸锭进行均匀化退火不仅可以使组织、性能均匀，而且可以改善挤压性能，降低挤压力，因此铸锭必须进行均匀化退火。至于变形程度的影响，由于散热器型材的截面积一般较大，挤压系数一般在40以内，所以其影响相对较小。

4.挤压工艺

散热器型材生产的关键是挤压模具的初次试模，如果条件允许，可以先在计算机上做模拟试验，看看模具设计的工作区是否合理，然后在挤压机上试模。初次试模非常重要，操作人员应在8MPa以下的低压下让主柱塞慢慢向前移动，最好有人用手电筒照看模具出口。挤压模具的每个散热片均匀地挤出模孔后，可逐渐增加压力，加速挤压。试模成功后继续挤压时，应注意控制挤压速度，做到操作平稳。生产散热器型材时，应注意模具的加热温度，使模具温度接近锭温，如果温差过大，上压时由于挤压速度慢，金属温度会下降，容易发生堵模或流速不均。

散热器型材挤压工艺参数如表1所示。

表1 散热器型材挤出工艺参数

合金

锭温/℃

挤出筒温度/℃

模具温度/℃

挤压系数

挤出速度 min-1

1035,1A30

400～470

400～440

400～460

20～60

15～50

6063

500～520

400～450

480～500

15～40

10～30

5. 结论

散热器型材挤压工艺除与以上因素有关外，还与挤压机的能力和水平、后置设备的自动化程度、工人的操作技能等有关。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。

出版来源：轻合金加工技术