CN103277765A - 一种镁铜复合金属led散热器及其精锻成形工艺 - Google Patents

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陈名涛
张鹏
孙友松
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Abstract

本发明是一种镁铜复合金属LED散热器及其精锻成形工艺。本发明的散热器包括有镁合金基体(1)及铜合金导热层(2),其中铜合金导热层(2)置于镁合金基体(1)所设的中空腔体的底部,且镁合金基体(1)与铜合金导热层(2)采用物理冶金结合在一起。本发明散热器以兼具高导热、低热容的镁合金作为LED散热器主体,与LED芯片PCB板相连接部分为热导率更高的铜合金作为导热层,散热性能好、重量轻、精度高、成本低、表面美观。本发明散热器采用一体式精锻成形,实现镁合金基体(1)与铜合金导热层(2)物理冶金结合,在精锻成形过程中,冲头加载采用变速可控加载模式,可克服镁合金难以成形的缺陷,还可提高产品质量和生产效率。

Description

一种镁铜复合金属LED散热器及其精锻成形工艺
技术领域
本发明是一种镁铜复合金属LED散热器及其变加载控制精锻成形工艺,属于LED散热器技术及其制造技术和精锻成形新技术。
背景技术
目前,LED照明已成为照明产品主流发展趋势,而LED照明产品的可靠性(寿命)很大程度上取决于散热水平,散热已经成为制约LED照明产品大规模应用的技术瓶颈。目前,采用高性能散热器是解决其散热问题的主要途径,通常散热器采用一些导热性能良好的材料,如铜、铝、石墨、导热塑料、导热陶瓷等,其加工生产通常采用压铸、注塑、模压成型、锻造等方法,这些散热器虽然在一定程度上可满足LED照明产品散热要求,但仍存在散热能力有限、成本较高、比重较大等问题,从而影响到LED的普及与应用。
因此,选择既具有高的热导率,又具有低的比热容,同时性价比合理的散热材料并开发与之匹配的成形工艺,是LED照明产品研发亟需破解的技术瓶颈之一。而镁合金与铜合金复合则可很好的满足其要求,但现有的散热器制造工艺,如压铸、挤压等难以实现镁铜复合金属LED散热器的制造,同时镁合金属难以塑性加工金属材料,现有工艺难以满足其塑性成形要求。本发明旨在解决LED散热技术难题同时破解以镁合金为基体的散热器制造难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热阻小、热容量小、导热性能优良的镁铜复合金属LED散热器。本发明比重轻、成本低。
本发明的另一目的在于提供可提高以镁合金为主体的散热器的成形性能,实现镁铜复合金属冶金结合的镁铜复合金属LED散热器的精锻成形工艺。本发明提供了一种难变形金属的可控加载成形工艺。
本发明采用的技术方案是:本发明的镁铜复合金属LED散热器,包括有镁合金基体及铜合金导热层,其中铜合金导热层置于镁合金基体所设的中空腔体的底部,且镁合金基体与铜合金导热层采用物理冶金结合在一起。
上述铜合金导热层的厚度为0.1-0.5mm。
上述镁合金基体与铜合金导热层采用的物理冶金结合方法为精锻,镁合金基体与铜合金导热层通过精锻一次成形结合在一起。
本发明的镁铜复合金属LED散热器的精锻成形工艺,括如下步骤:
1)清除镁合金基体及铜合金导热层毛坯表面的油污及杂质;
2)将镁合金基体及铜合金导热层的毛坯叠放,置于加热箱中预热,预热温度250℃-350℃,预热时间5-15分钟;
3)将镁合金基体及铜合金导热层的毛坯定位安装在可控加载的锻压设备上的精锻模具中,模具预热温度200℃-300℃;
4)可控加载的锻压设备上的冲头按单向减速控制模式精锻成形。
上述步骤4)的单向减速控制模式是精锻成形采用可控加载模式,模具冲头安装于滑块速度能控制的锻压设备上,一次精锻出无飞边或小飞边LED散热器。
上述步骤4)的单向减速控制模式是在各变形阶段冲头速度变化为单向减速、步进驱动或震动脉冲。
上述步骤4)的单向减速控制模式为:在冲头接触毛坯前,冲头速度为压力机额定速度;冲头接触毛坯时,其速度为100mm/s-150mm/s;冲头行程为变形压下量的35%-45%时,冲头速度为初始速度的60%-70%;冲头行程变形压下量的80%-90%时,冲头速度为初始速度的10%-5%;至变形终了,冲头速度不再增加;完成成形后,冲头回程时冲头速度为压力机额定速度的1.5-2倍。
上述步骤4)的单向减速控制模式为:精锻变形初始冲头速度100mm/s-150mm/s;变形压下量达到30%-40%时,冲头速度为初始速度的70%-80%,之后,冲头静止0.5-1s;变形压下量达到75%-85%时,冲头速度为初始速度的15%-5%,之后,冲头静止1-2s;至变形终了,冲头速度不再增加;完成成形后,冲头回程时冲头速度为压力机额定速度的1.5-2倍。
上述步骤4)的单向减速控制模式为:精锻变形初始冲头速度100mm/s-150mm/s;变形压下量达到30%-45%时,冲头速度为初始速度的40%-50%,之后,冲头回退0.1-0.5s,然后继续下压;变形压下量达到70%-80%时,冲头速度为初始速度的20%-10%,之后,冲头回退0.1-0.3s;至变形终了,冲头速度不再增加;完成成形后,冲头回程时冲头速度为压力机额定速度的1.5-2倍。
上述可控加载的锻压设备为机械伺服压力机,或电动螺旋压力机,或伺服液压机。
本发明利用镁合金低热容和铜合金的高导热优点,故可显著提高LED散热器的散热性能,同时以具有低密度的镁合金为基体,铜合金导热层厚度仅为0.1-0.5mm,实现了LED散热器的轻量化,另外,本发明采用一体式精锻成形,镁合金与铜合金之间为物理冶金结合,降低了传热热阻。且本发明精锻成形采用可控加载模式,消除了镁合金应变速率敏感特性对成形的不利影响,可实现镁合金复杂薄壁锻件的精锻成形,有效提高了制品的质量。本发明提供了一种难变形金属材料—镁合金塑性成形的新工艺,是一种结构合理、工艺先进的新型LED散热器及其成形工艺,采用本发明可成功实现镁铜复合金属精度成形,制备出表面质量良好、尺寸精度高、散热性能优良的一体式LED散热器。
附图说明
图1为本发明镁铜复合金属LED散热器二维示意图;
图2为本发明镁铜复合金属LED散热器三维结构示意图;
图3为本发明镁铜复合金属LED散热器可控加载精锻成形工艺冲头运动控制模式示意图。
具体实施方式
下面结合具体较佳的实施例对本发明进行详细的描述。 
如图l所示,本发明的镁铜复合金属LED散热器,镁合金基体1与铜合金导热层2通过精锻变形实现物理冶金结合。在图3所示的匀速驱动控制模式下,为机械压力机的传统驱动模式,无法实现本发明所述材料LED散热器的成形加工。下面阐述可实现本发明散热器良好成形的精锻成形工艺。
实施例1:
首先,清除镁合金与铜合金毛坯表面油污、杂质等;
其次,将镁合金基体1及铜合金导热层2的毛坯叠放,置于加热箱中预热,预热温度250℃-350℃,预热时间5-15分钟;本实施例中,预热时间15分钟。
然后,将镁合金基体1及铜合金导热层2的毛坯放置、定位及安装在机械伺服压力机上的精锻模具中,模具预热温度200℃-300℃;本实施例中,模具预热温度300℃。
最后,冲头按设定单向减速控制模式开始精锻成形,如图3所示。冲头接触铜合金导热层2的毛坯时,其速度为100mm/s-150mm/s;冲头行程即变形压下量达到35%-45%时,冲头速度为初始速度的60%-70%;冲头行程达到80%-90%时,冲头速度为初始速度的10%-5%;至变形终了,冲头速度不再增加。在冲头接触铜合金导热层2的毛坯前,冲头速度为压力机额定速度;完成成形后,开模即冲头回程时冲头速度为额定速度1.5-2倍。
本工艺控制的关键因素如下:冲头初始速度、减速时间及减速幅度。
上述LED散热器以镁合金为主体,散热器与LED芯片PCB板相连接部分为铜合金,是一种可提高LED散热性能的散热器。上述散热器采用一体式可控加载精锻成形,镁合金基体1与铜合金导热层2在精锻过程中实现物理冶金结合,从而使LED散热器具有高导热、低储热的优点。 
实施例2:
首先,清除镁合金基体1及铜合金导热层2的毛坯表面的油污、杂质等;
其次,将镁合金基体1及铜合金导热层2的毛坯叠放,置于加热箱中预热,预热温度250℃-350℃,预热时间5-15分钟;本实施例中,预热时间10分钟。
然后,将镁合金基体1及铜合金导热层2的毛坯放置、定位及安装在机械伺服压力机上的精锻模具中,模具预热温度200℃-300℃;本实施例中,模具预热温度250℃。
最后,冲头按设定步进驱动控制模式开始精锻成形,如图3所示。冲头接触铜合金导热层2的毛坯时,其速度为100mm/s-150mm/s;冲头行程即变形压下量达到30%-40%时,冲头速度为初始速度的70%-80%,之后冲头静止0.5-1s;冲头行程达到75%-85%时,冲头速度为初始速度的15%-5%,之后冲头静止1-2s;至变形终了,冲头速度不再增加。在冲头接触铜合金导热层2的毛坯前,冲头速度为压力机额定速度;完成成形后,开模即冲头回程时冲头速度为额定速度1.5-2倍。
本工艺控制的关键因素如下:冲头初始速度、冲头停止时间及停止位置、冲头减速时间及减速幅度。
实施例3:
首先,清除镁合金基体1及铜合金导热层2的毛坯表面的油污、杂质等;
其次,将镁合金基体1及铜合金导热层2的毛坯叠放,置于加热箱中预热,预热温度250℃-350℃,预热时间5-15分钟;本实施例中,预热时间5分钟。
然后,将镁合金基体1及铜合金导热层2的毛坯放置、定位及安装在机械伺服压力机上的精锻模具中,模具预热温度200℃-300℃;本实施例中,模具预热温度200℃。
最后,冲头按设定振动脉冲控制模式开始精锻成形,如图3所示。冲头接触铜合金导热层2的毛坯时,冲头速度为100mm/s-150mm/s;冲头行程即变形压下量达到30%-45%时,冲头速度为初始速度的40%-50%,之后,冲头回退0.1-0.5s;然后继续下压;变形压下量达到70%-80%时,冲头速度为初始速度的20%-10%,之后,冲头回退0.1-0.3s;至变形终了,冲头速度不再增加。在冲头接触铜合金导热层2的毛坯前,冲头速度为压力机额定速度;完成成形后,开模即冲头回程时冲头速度为额定速度1.5-2倍。
本工艺控制的关键因素如下:冲头初始速度、冲头退回时间及退回位置、冲头减速时间及减速幅度,其中退回距离保证冲头底面与毛坯脱离。
虽然本发明己参照当前的具体实施例来描述,但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到,以上的实施例仅是用来说明本发明,应理解其中可作各种变化和修改而在广义上没有脱离本发明,所以并非作为对本发明的限定,例如,前述LED散热器导热层厚度、冲头运动控制变速幅度、次数、静止时间和变速范围等主要是依据锻件成形质量和性能以及变形量等来进行选择,而不一定要局限于前述实施例中说明的速度控制模式和大小、变速幅度等,前述实施例是针对AZ31B镁合金和T2紫铜以及图1所示结构的LED散热器,因此,只要在本发明的实质精神范围内,对以上所述实施例的变化都将落在本发明权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种镁铜复合金属LED散热器,其特征在于包括有镁合金基体(1)及铜合金导热层(2),其中铜合金导热层(2)置于镁合金基体(1)所设的中空腔体的底部,且镁合金基体(1)与铜合金导热层(2)采用物理冶金结合在一起。
2.根据权利要求1所述镁铜复合金属LED散热器,其特征在于上述铜合金导热层(2)的厚度为0.1-0.5mm。
3.根据权利要求1所述镁铜复合金属LED散热器,其特征在于上述镁合金基体(1)与铜合金导热层(2)采用的物理冶金结合方法为精锻,镁合金基体(1)与铜合金导热层(2)通过精锻一次成形结合在一起。
4.一种镁铜复合金属LED散热器的精锻成形工艺,其特征在于包括如下步骤:
1)清除镁合金基体(1)及铜合金导热层(2)毛坯表面的油污及杂质;
2)将镁合金基体(1)及铜合金导热层(2)毛坯叠放,置于加热箱中预热,预热温度250℃-350℃,预热时间5-15分钟;
3)将镁合金基体(1)及铜合金导热层(2)毛坯定位安装在可控加载的锻压设备上的精锻模具中,模具预热温度200℃-300℃;
4)可控加载的锻压设备上的冲头按单向减速控制模式精锻成形。
5.根据权利要求4所述的镁铜复合金属LED散热器的精锻成形工艺,其特征在于上述步骤4)的单向减速控制模式是精锻成形采用可控加载模式,模具冲头安装于滑块速度能控制的锻压设备上,一次精锻出无飞边或小飞边LED散热器。
6.根据权利要求4所述的镁铜复合金属LED散热器的精锻成形工艺,其特征在于上述步骤4)的单向减速控制模式是在各变形阶段冲头速度变化为单向减速、步进驱动或震动脉冲。
7.根据权利要求4所述的镁铜复合金属LED散热器的精锻成形工艺,其特征在于上述步骤4)的单向减速控制模式为:在冲头接触毛坯前,冲头速度为压力机额定速度;冲头接触铜合金导热层(2)的毛坯时,其速度为100mm/s-150mm/s;冲头行程为变形压下量的35%-45%时,冲头速度为初始速度的60%-70%;冲头行程变形压下量的80%-90%时,冲头速度为初始速度的10%-5%;至变形终了,冲头速度不再增加;完成成形后,冲头回程时冲头速度为压力机额定速度的1.5-2倍。
8.根据权利要求4所述的镁铜复合金属LED散热器的精锻成形工艺,其特征在于上述步骤4)的单向减速控制模式为:精锻变形初始冲头速度100mm/s-150mm/s;变形压下量达到30%-40%时,冲头速度为初始速度的70%-80%,之后,冲头静止0.5-1s;变形压下量达到75%-85%时,冲头速度为初始速度的15%-5%,之后,冲头静止1-2s;至变形终了,冲头速度不再增加;完成成形后,冲头回程时冲头速度为压力机额定速度的1.5-2倍。
9.根据权利要求4所述的镁铜复合金属LED散热器的精锻成形工艺,其特征在于上述步骤4)的单向减速控制模式为:精锻变形初始冲头速度100mm/s-150mm/s;变形压下量达到30%-45%时,冲头速度为初始速度的40%-50%,之后,冲头回退0.1-0.5s,然后继续下压;变形压下量达到70%-80%时,冲头速度为初始速度的20%-10%,之后,冲头回退0.1-0.3s;至变形终了,冲头速度不再增加;完成成形后,冲头回程时冲头速度为压力机额定速度的1.5-2倍。
10.根据权利要求4所述的镁铜复合金属LED散热器的精锻成形工艺,其特征在于上述可控加载的锻压设备为机械伺服压力机,或电动螺旋压力机,或伺服液压机。
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