散熱設計與結(jié)構(gòu)工藝介紹

2014/03/22散熱設計與結(jié)構(gòu)工藝介紹散熱產(chǎn)品的工藝講解旋壓與沖壓工藝介紹表面處理在產(chǎn)品中的應用常用塑膠材料的特性熱設計基礎知識目錄熱的定義兩個物體間因溫度差而傳遞的一種能量形式就是熱。熱能的單位用“J”（焦耳）表示。熱設計的定義利用熱傳導、熱對流及熱輻射三種換熱手段，設計發(fā)熱源至環(huán)境的低熱阻通路，以滿足設備散熱要求的過程稱為熱設計。熱設計的目的控制產(chǎn)品內(nèi)部所有電子元器件的溫度，使其在所處的工作環(huán)境條件下不超過標準及規(guī)范所規(guī)定的最高溫度。熱設計的定義熱量傳遞的方式

熱傳導

熱對流熱輻射熱量傳遞的方式熱量傳遞的三種方式可以單獨出現(xiàn)，也可以兩種或三種形式同時出現(xiàn)熱傳導：又稱傳導傳熱,簡稱導熱，即在同一物體內(nèi)或連接緊密的不同物體間，熱量自動地從高溫向低溫傳遞的方式稱為熱傳導。熱傳導公式由傅立葉導熱定律得：其中：Q---物體吸收或放出的熱流量，單位為W（瓦）A---與熱量傳遞方向垂直的面積，單位為m2△t---高溫與低溫面的溫度差，單位為或K或℃L---兩個面之間的距離，單位為mK---材料的導熱系數(shù)，表明單位時間、單位面積、負的溫度梯度下的導熱量，單位為W/m.K或W/m.℃熱傳導公式：Q=KA△t/LK熱力學溫度（開爾文），C攝氏溫度，0℃=273.15K熱傳導導熱系數(shù)的定義導熱系數(shù)導熱系數(shù)是指在穩(wěn)定傳熱條件下，1m厚的材料，兩側(cè)表面的溫差為1度（K,°C）,在1小時內(nèi)，通過1平方米面積傳遞的熱量，單位為瓦/米度（W/mK,此處的K可用°C代替）。導熱系數(shù)與材料的組成結(jié)構(gòu)、密度、含水率、溫度等因素有關。非晶體結(jié)構(gòu)、密度較低的材料，導熱系數(shù)較小。材料的含水率、溫度較低時，導熱系數(shù)較小。熱對流由方程可見，要增強對流換熱，可以加大換熱系數(shù)和換熱面積。熱對流：又稱對流傳熱，是指熱量通過流動介質(zhì)，由空間的一處傳播到另一處的現(xiàn)象稱為熱對流。熱對流可分為自然對流和強制對流，強制對流傳熱狀況比自然對流好。熱對流這種傳熱方式僅發(fā)生在液體和氣體中。熱對流公式：Q=hA(Tw-Ta)其中：Q---熱對流產(chǎn)生的熱量，單位W（瓦）H---表面對流傳熱系數(shù)，表明當當流體與固體表面之間的溫度差為1K時，1m*1m壁面面積在每秒所能傳遞的熱量。H的大小反映對流換熱的強弱，單位為W/m2.K或W/m2.℃A---有效對流換熱面積，單位為：m2Tw---熱表面溫度，單位為：K或℃Ta---冷卻空氣溫度，單位為：K或℃熱輻射輻射率用數(shù)值來表示，其數(shù)值范圍為0～1。理論上來講，全黑物質(zhì)為1，鋁為0.05～0.5，鐵為0.6～0.9，黑色樹脂為0.8～0.9。這就是熱輻射率（沒有單位）。熱輻射：又稱輻射傳熱,是物質(zhì)由于本身溫度的原因激發(fā)產(chǎn)生電磁波而被另一低溫物體吸收后，又重新全部或部分地轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿倪^程稱為熱輻射。熱輻射公式：Q＝5.67*10-8*ε*A*(Th4-Tc4)其中：Q---熱輻射產(chǎn)生的熱量，單位W（瓦）ε---是表面的輻射率Th

與Tc---分別為高溫與低溫面的溫度，單位為：K或℃A---熱量傳遞方向垂直的面積，單位為m2外型尺寸為325*275100mm的箱體，已知Ta=40。C，箱體最高溫度不超過60。C，求箱體表面散發(fā)的熱量Q為多少瓦？解：1，求面積上面A1=0.275*0.1=0.0275m2側(cè)面A2=（0.275+0.1）*0.3252*2=0.24375m22,求傳熱系數(shù)上面h1=2.51*C1*(△t/L)0.25=4.46W/m2.C姿勢系數(shù)0.52△t=60-40=20

。C代表長度L1=(0.275*0.1*2)/(0.275+0.1)=0.147m側(cè)面h2=2.51*C2*(△t/L)0.25=3.94W/m2.C姿勢系數(shù)0.56△t=60-40=20

。C代表長度L2=0.325m熱對流的散熱公式Q=h*A*△t得上面Q1=h1*A1*△t=4.46*0.0275*20=2.5W側(cè)面Q2=h2*A2*△t=3.94*0.24375*20=19.2W求得機殼表面自然散熱熱量為：Q=Q1+Q2=2.5*19.2=21.7W熱對流計算舉例耗費人力物力不合理的熱設計研發(fā)進度Delay產(chǎn)品質(zhì)量隱患設計方案變更公司信譽受損不合理的熱設計散熱產(chǎn)品的工藝講解擠型散熱片Extrusion鍛造式散熱片F(xiàn)orge折迭式散熱片F(xiàn)olded刨片式散熱片Skive推迭鰭片式散熱片Stacked插片式散熱片Crimping鑄造式散熱片Die-Cast專用機加工類散熱片

Machining工藝制程優(yōu)點缺點擠型散熱片Extrusion鋁擠型制程系將鋁擠型錠預熱至520~540℃后，在高壓下流經(jīng)400℃的擠型模具，做出連續(xù)平行溝槽的散熱片初胚，接著再二次加工將條狀初胚裁剪、剖溝成一個個散熱片成本低、開發(fā)期短、適合大量生產(chǎn)形狀單純，散熱效果較差鍛造式散熱片F(xiàn)orge將鋁塊加熱后利用高壓充滿模具內(nèi)而形成細長比及材料致密度高，可變化形狀模具費及設備費高，需二次加工折迭式散熱片F(xiàn)olded將薄板片折呈鰭片排列形狀，再用硬焊或錫焊方式與擠形過或機械加工過底板相結(jié)合成一散熱片。可作高細長比的散熱片，鰭片部分是一體折彎成型，有利于熱傳導之連續(xù)性，具有不同散熱材料組合的彈性。有阻抗，無法排列很密刨片式散熱片Skive先以擠型方式做出長條狀帶有凹槽的初胚，接著利用一特殊刀具將初胚創(chuàng)初一層層彎曲的鰭片出來。鰭片厚度可薄至0.5mm以下，同時鰭片與底板是一體成行無界面阻抗之問題，另外具有高鰭片密度，高散熱片面積，高熱導性。量產(chǎn)不易，刀具易磨損，制造材料多。推迭鰭片式散熱片Stacked用錫膏將散熱片和底板經(jīng)高溫爐粘在一起細長比高、重量輕、散熱面積大，可適用不同材料之接合成板高、制程較多、錫膏存在有接口阻抗之問題插片式散熱片

Crimping利用鋁擠型擠出有溝槽的散熱片底板，同時將鋁板片或銅板片作成一片片的鰭片，接著將每片鰭片插入散熱片底板的溝槽上，再利用導熱黏膠或焊錫將兩者接合起來。細長比可達60倍以上，鰭片可選擇不同材料。焊接效果難控制，造成界面阻抗增加，焊接后強度不可保證鑄造式散熱片Die-Cast系經(jīng)精密的風到設計，于模具上開適當?shù)啮捚帕?，將鋁塊加熱至降伏點后，于模穴內(nèi)利用高壓使鋁材充滿模穴而形成柱狀鰭片。鰭片高度可達50mm以上，厚度可薄至1mm以下散熱片容易有鰭片高度不均之現(xiàn)象，模具費用高專用機加工類散熱片Machining

直接由金屬塊將材料加工成具有鰭片間隙的散熱片型式。通常是在CNC機臺上以GangSaw刀具來加工制造散熱片，此刀具具有多重精密排列的鋸輪。

適用于高性能散熱片的制造，如銅散熱片加工，且容易自動化。加工過程中易造成鰭片損害和變形問題，同時產(chǎn)生大量廢料與材料耗損，較不具生產(chǎn)性。散熱材料的特性合金編號

(AlloyNo.)密度(Density)g/cm3彈性系數(shù)

(ModulusofElasticity)(Young’sModulus)GPa熱膨脹系數(shù)

(CoefficientofThermalExpansionat20oCto300oC)mm/m．K熱傳導系數(shù)(ThermalConductivityat20oC)W/m．K導電率

(ElectricalConductivityat20oC)%IACSC1100C1200C12208.948.948.9411711711716.916.917.1391.1386.0339.21019885AL1050/1100AL6063AL6061AL2024AL7075比重2.7

g/cm32.71

g/cm32.71

g/cm32.77

g/cm32.80

g/cm3彈性率7.0

kg/mm2X1037.0

kg/mm2X1037.0

kg/mm2X1037.5

kg/mm2X1037.3

kg/mm2X103剛性率2.7

kg/mm2X1032.7

kg/mm2X1032.7

kg/mm2X1032.9

kg/mm2X1032.3

kg/mm2X103溶融溫度范圍650-660oC600-650oC580-650oC500-640oC475-640oC比熱(0~100oC)0.22

cal/g?oC0.21

cal/g?oC0.22

cal/g?oC0.22

cal/g?oC0.23

cal/g?oC線膨脹率(20~100oC)24X10-6/oC23.4X10-6/oC23.6X10-6/oC23.2X10-6/oC23.6X10-6/oC熱傳導率(25oC)cal/cm?s?oC0.50.480.370.290.29熱傳導率(25oC)W/mK209.5201.12155.03121.51121.51比電氣阻(20oC)0.0282

Ωmm2/m0.033

Ωmm2/m0.043

Ωmm2/m0.057

Ωmm2/m0.058

Ωmm2/m等容量導電率(20oC)-

%IACS53

%IACS40

%IACS30

%IACS30

%IACS表面處理在產(chǎn)品中的應用各種表面處理的應用表面處理在產(chǎn)品中的應用使產(chǎn)品表面平滑、光亮、美觀，具有凸顯輪廓的表面特征。增加材料表面輻射，降低材料體積和成本改變材料表面化學性質(zhì)，提高材料耐蝕性、耐磨性及著色性。123表面處理在產(chǎn)品中的應用常用塑膠材料的特性ABS塑料

英文名稱:AcrylonitrileButadieneStyrene(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)

比重:1.05克/立方厘米

成型收縮率:0.4-0.7%

成型溫度：200-240℃

干燥條件：80-90℃

2小時物料性能1、綜合性能較好,沖擊強度較高,化學穩(wěn)定性,電性能良好.適于制作一般機械零件,減磨耐磨零件,傳動零件和電訊零件.2、與372有機玻璃的熔接性良好,制成雙色塑件,且可表面鍍鉻,噴漆處理.3、有高抗沖、高耐熱、阻燃、增強、透明等級別。4、流動性比HIPS差一點，比PMMA、PC等好，柔韌性好。PS塑料

英文名稱:Polystyrene(聚苯乙烯)

比重:1.05克/立方厘米

成型收縮率:0.6-0.8%

成型溫度：170-250℃

干燥條件：70-90℃物料性能電絕緣性(尤其高頻絕緣性)優(yōu)良,無色透明,透光率僅次于有機玻璃,著色性耐水性,化學穩(wěn)定性良好,.強度一般,但質(zhì)脆,易產(chǎn)生應力脆裂,不耐苯.汽油等有機溶劑.適于制作絕緣透明件.裝飾件及化學儀器.光學儀器等零件.PMMA塑料(有機玻璃)

英文名稱:PolymethylMethacrylate(聚甲基丙烯酸甲脂)

比重:1.18克/立方厘米

成型收縮率:0.5-0.7%

成型溫度：160-230℃

干燥條件：70-90℃

4小時物料性能透明性極好,強度較高,有一定的耐熱耐寒性,耐腐蝕,絕緣性良好,綜合性能超過聚苯乙烯,但質(zhì)脆,易熔于有機溶劑,如作透光材料,其表面硬度稍低,容易擦花.適于制作透明絕緣零件和強度一般的零件.常用塑膠材料的特性PC塑料

英文名稱:Polycarbonate(聚碳酸脂)

比重:1.18-1.20克/立方厘米

成型收縮率:0.5-0.8%

成型溫度：230-320℃

干燥條件：110-120℃

8小時物料性能沖擊強度高，尺寸穩(wěn)定性好，無色透明，著色性好，電絕緣性、耐腐蝕性、耐磨性好，但自潤滑性差，有應力開裂傾向，高溫易水解，與其它樹脂相溶性差。適于制作儀表小零件、絕緣透明件和耐沖擊零件PA塑料(尼龍)

英文名稱:Polyamide(聚酰胺)

比重:PA6-1.14克/立方厘米

PA66-1.15克/立方厘米

PA1010-1.05克/立方厘米

成型收縮率:PA6-0.8-2.5%

PA66-1.5-2.2%

成型溫度：220-300℃

干燥條件：100-110℃

12小時物料性能堅韌,耐磨,耐油,耐水,抗酶菌,但吸水大.適于制作一般機械零件,減磨耐磨零件,傳動零件,以及化工,電器,儀表等零件尼龍6彈性好,沖擊強度高,吸水較大尼龍66性能優(yōu)于尼龍6,強度高,耐磨性好尼龍610與尼龍66相似,但吸水小,剛度低尼龍1010半透明,吸水小,耐寒性較好常用塑膠材料的特性塑膠件零件的壁厚選擇塑膠種類最小壁厚小型件壁厚中型件壁厚大型件壁厚ABS0.61.251.63.2～5.4PA66+玻纖0.450.751.62.4～3.2PMMA0.81.52.24～6.5PC0.951.82.33～4.5塑膠種類型腔斜度型芯斜度ABS40”～1.2度35”～1度PA66+玻纖25”～45”20”～40”PMMA35”～1度30”30”～1度PC35”～1度30”～50”常用塑膠材料的特性旋壓與沖壓工藝介紹一、旋壓工藝的概念旋壓是一種綜合了鍛造、擠壓、拉伸、彎曲、環(huán)軋、橫軋和滾擠等工藝特點的少無切削加工的先進工藝，將金屬筒坯、平板毛坯或預制坯用尾頂頂緊在旋壓機芯模上，由主軸帶動芯棒和坯料旋轉(zhuǎn)，同時旋壓輪從毛坯一側(cè)將材料擠壓在旋轉(zhuǎn)的芯模上，使材料產(chǎn)生逐點連續(xù)的塑性變形，從而獲得各種母線形狀的空心旋轉(zhuǎn)體零件。二、旋壓的種類針對不同毛坯的變形特點，一般可以分為普通旋壓和強力旋壓兩種。在旋壓過成中，改變毛坯的形狀而基本不改變其壁厚者稱為普通旋壓；在旋壓過程中，既改變毛坯的形狀又改變壁厚者稱為強力旋壓。普通旋壓的基本方式主要有：拉深旋壓（拉旋）、縮徑旋壓（縮旋）和擴徑旋壓（擴旋）三種。普通旋壓主要是改變毛坯的形狀，而壁厚改變很小或不改變，其毛坯形狀及尺寸的設計計算是關鍵技術(shù)。其工藝要素為旋壓輪運動軌跡、旋輪直徑、旋壓間隙、進給率、主軸轉(zhuǎn)速、旋壓線速度、旋輪圓角半徑、旋輪前側(cè)面與模具母線夾角等。

強力旋壓主要是改變工件的壁厚和直徑尺寸，工件長度會相應作以改變，其工藝要素為旋輪直徑、旋輪圓角半徑、旋輪前角、旋輪后角、旋壓攻角、主軸轉(zhuǎn)速、進給率、旋壓間隙、旋壓道次、減薄率、工件半錐角、旋壓線速度等。旋壓工藝三、旋壓加工技術(shù)特點：旋壓屬于局部連續(xù)性的加工，瞬間的變形區(qū)小，總的變形力小?？梢约庸ば螤顝碗s的零部件或高難度難變形的材料，如皮帶輪、燈具配件等。旋壓加工材料利用率高，可以與沖壓加工、剪板加工、超聲波清洗、電鍍加工等工藝配套應用，以獲得最好的經(jīng)濟效益.旋壓加工的形狀只能是旋轉(zhuǎn)體，主要有桶狀、圓椎行、曲母線狀和組合型。旋壓加工的材料有：鐵板、鋁板、不銹鋼、銅板等。旋壓工藝四、旋壓工藝的優(yōu)缺點優(yōu)點：金屬旋壓工藝具有節(jié)省原材料、成本低廉、設備簡單和產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點。加工范圍廣，根據(jù)旋壓機的能力可以制作大直徑薄壁管材、變斷面管材、球形、橢圓形、半球形以及帶有階梯和變化壁厚的幾乎所有回轉(zhuǎn)體制件。材料利用率高，材料生產(chǎn)成本低。制品性能顯著提高。制品便面粗糙度低，尺寸公差小。在旋壓過程中，由于制品坯料近似逐點變形，因此，其中任何夾渣、裂紋、砂眼等缺陷很容易暴露出來。這樣，旋壓過程也附帶起到對制品的檢驗作用。缺點：旋壓的坯料厚度不能太大。根據(jù)制品材質(zhì)和直徑不同，厚度一般為0.1mm~100mm不等。金屬旋壓工藝的批量有一定限制，過大過小都不合算。以中小批量較為有利。大批量時，旋壓件比沖壓件貴。只能加圓型或球型產(chǎn)品，異型產(chǎn)品需要結(jié)合其它工藝進行二次加工，對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)有一定限制。金屬旋壓與板材沖壓相比較，材料浪費較少，但人工費用略高。旋壓工藝

一、什么是沖壓冷沖壓是指在常溫下，利用安裝在壓力機上的沖模對材料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得所需要零件的一種壓力加工方法。

二、沖壓車間都做些什么沖壓車間承擔原材料卷料、板料的存放；卷料的開卷剪切；板料的剪切；大、中、小型沖壓件的沖壓生產(chǎn)；沖壓件的存放；廢料處理以及設備、模具的日常維修和保養(yǎng)等任務。三、沖壓車間工藝流程原材料入庫→開卷