-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf ein Gerät zum Herstellen eines Metallpresslings, der eine Basis und einen sich von der Basis erstreckenden Vorsprungabschnitt hat, durch Kaltpressen einer Metallkomponente.
-
Herkömmliche Elektronikkomponenten, etwa hochintegrierte Schaltkreise (LSIs) sind zum Kühlen mit Wärmesenken versehen. Eine Wärmesenke ist aus einem Metallmaterial mit hoher thermischer Leitfähigkeit, etwa Aluminium und Kupfer gefertigt, und hat eine plattenförmige Basis und Rippen, die von der Basis vorragen.
-
Im Allgemeinen wird eine solche Wärmesenke durch Heißpressen ausgebildet (siehe beispielsweise japanische Patentoffenlegungsschrift
JP 2012-199324 A ). Diese Veröffentlichung offenbart eine Technologie zum Ausbilden stiftförmiger Rippen durch Erwärmen eines Metallmaterials, Pressen des erwärmten Metallmaterials mit einem Matrizenblock und einem Stempel, und Pressen des Metallmaterials in Löcher des Matrizenblocks. Wenn eine Wärmesenke auf diese Weise durch Heißpressen hergestellt wird, dann wird das Metallmaterial, das erwärmt und weich gemacht ist, gepresst. Somit ist die zum Pressen erforderliche Last kleiner als die zum Kaltpressen erforderliche Last.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Wenn ein Metallpressling, etwa eine Wärmesenke, der eine Basis und sich von der Basis erstreckende Vorsprungabschnitte hat, durch Heißpressen hergestellt wird, werden zusätzlich zu dem Pressprozess ein Erwärmungsprozess zum Erwärmen eines Metallmaterials und ein Kühlprozess zum Kühlen des Metallpresslings nach dem Pressen benötigt. Außerdem erzeugt das Erwärmen des Metallmaterials Zunder an der Oberfläche des Metallpresslings nach dem Pressen. Somit kann ein Entfernungsprozess zum Entfernen des Zunders beispielsweise durch Säurebeizen und dergleichen nötig sein. Dies erhöht die Anzahl der Prozesse, sodass eine lange Zeitspanne zum Herstellen des Metallpresslings erforderlich ist.
-
Im Gegensatz dazu kann ein Metallpressling durch Kaltpressen hergestellt werden. In diesem Fall werden der Erwärmungsprozess, der Kühlprozess und dergleichen nicht benötigt und die Anzahl der Prozesse wird verringert. Jedoch wird beim herkömmlichen Kaltpressen ein Metallmaterial gepresst, welches bei gewöhnlicher Temperatur hart ist. Somit ist die zum Pressen des Metallmaterials erforderliche Last zumindest einige Male größer als die beim Heißpressen. Dies verursacht ein Problem darin, dass die Gewichtstoleranz der Matrize vergrößert werden muss.
-
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein Gerät zum Herstellen eines Metallpresslings bereitzustellen, bei welchen die für das Kaltpressen erforderliche Last verringert ist.
-
Ein Verfahren zum Herstellen eines Metallpresslings zum Lösen der Aufgabe ist ein Verfahren zum Herstellen eines Metallpresslings, der eine Basis und zumindest einen sich von der Basis erstreckenden Vorsprungabschnitt hat, durch Kaltpressen einer Metallkomponente. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch einen ersten Prozess zum Erhalten eines Vorläuferpresslings und einen zweiten Prozess zum Ausbilden des zumindest einen Vorsprungabschnitts. In dem ersten Prozess wird die Metallkomponente mit einer ersten Matrize gepresst, die einen ersten Stempel, der einen dem zumindest einen Vorsprungabschnitt entsprechenden Vorsprung hat, und einen ersten Matrizenblock aufweist, der ein dem Vorsprung entsprechendes Loch hat, sodass an einer Fläche der Metallkomponente, die dem ersten Stempel zugewandt ist, eine dem Vorsprung entsprechende Vertiefung ausgebildet wird, und an einer Fläche der Metallkomponente, die dem ersten Matrizenblock zugewandt ist, ein dem Loch entsprechender Überstand ausgebildet wird. In dem zweiten Prozess wird der Vorläuferpressling mit einer zweiten Matrize gepresst, die einen zweiten Stempel aufweist, der eine Fläche presst, die die in dem ersten Prozess ausgebildete Vertiefung des Vorläuferpresslings aufweist, und die einen zweiten Matrizenblock aufweist, der ein der Vertiefung entsprechendes Loch hat, sodass die Vertiefung gequetscht wird, und der Überstand in Richtung einer Rückseite des Lochs des zweiten Matrizenblocks herausgedrückt wird, um den zumindest einen Vorsprungabschnitt auszubilden.
-
Ein Gerät zum Herstellen eines Metallpresslings zum Lösen der Aufgabe ist ein Gerät zum Herstellen eines Metallpresslings, der eine Basis und zumindest einen sich von der Basis erstreckenden Vorsprungabschnitt hat, durch Kaltpressen einer Metallkomponente. Das Gerät ist gekennzeichnet durch eine erste Matrize, die einen ersten Stempel hat, der einen dem zumindest einen Vorsprungabschnitt entsprechenden Vorsprung hat, und die einen ersten Matrizenblock hat, der ein dem Vorsprung entsprechendes Loch hat, und durch eine zweite Matrize, die einen zweiten Stempel hat, der eine Fläche drückt, die die durch die erste Matrize ausgebildet Vertiefung des Vorläuferpresslings aufweist, und die einen zweiten Matrizenblock hat, der ein der Vertiefung entsprechendes Loch hat. Die erste Matrize wird dazu verwendet, einen Vorläuferpressling durch Pressen der Metallkomponente zu erhalten, um eine dem Vorsprung entsprechende Vertiefung an einer Fläche der Metallkomponente auszubilden, die dem ersten Stempel zugewandt ist, und um einen dem Loch entsprechenden Überstand an einer Fläche der Metallkomponente auszubilden, die dem ersten Matrizenblock zugewandt ist. Mit der zweiten Matrize wird die Vertiefung durch Pressen des Vorläuferpresslings gequetscht und der Überstand wird in Richtung einer Rückseite des Lochs des zweiten Matrizenblocks herausgedrückt, um den zumindest einen Vorsprungabschnitt auszubilden.
-
Gemäß dem Verfahren oder der Konfiguration wird zuerst der Vorläuferpressling, der die Vertiefung und den Überstand hat, durch Pressen des Metallpresslings mit einer ersten Matrize ausgebildet (der erste Prozess). Zu dieser Zeit wird die Umgebung der Fläche des Vorläuferpresslings durch Pressen der Metallkomponente der ersten Matrize kalt umgeformt.
-
Als Nächstes wird der Vorläuferpressling mit der zweiten Matrize gepresst (der zweite Prozess). Zu diesem Zeitpunkt wurde das Material im Inneren des Vorläuferpresslings geringfügig kalt umgeformt. Somit kann das Material im Inneren des Vorläuferpresslings einfacher als in der Umgebung der Fläche fließen. Mit anderen Worten ist die zum Verformen des Materials im Inneren des Vorläuferpresslings erforderliche Kraft kleiner als die Kraft, die zum Verformen der Vertiefung, deren Innenumfangsfläche kalt umgeformt ist, und des Überstands, dessen Fläche kalt umgeformt wurde, erforderlich ist. Wenn der Vorläuferpressling gepresst wird, bewegt sich das innenseitige Material und der Körper kann dessen Druck nicht widerstehen. Dies verringert den Raum der Vertiefung und drückt den Überstand in Richtung der Rückseite des Lochs des zweiten Matrizenblocks heraus.
-
Auf diese Weise wird gemäß dem Verfahren oder der Konfiguration die Metallkomponente sowohl in dem ersten Prozess als auch dem zweiten Prozess kalt gepresst, während die Austrittsroute der Metallkomponente in voneinander verschiedenen Richtungen sichergestellt wird. Somit werden der Vorläuferpressling und der Metallpressling getrennt ausgebildet. Aus diesem Grund kann die zum Pressen des Vorläuferpresslings und des Metallpresslings erforderliche Kraft verglichen mit einem Fall klein sein, in welchem der Metallpressling durch einmaliges Kaltpressen hergestellt wird, d. h. einem Fall, in welchem eine Austrittsroute beim Pressen der Metallkomponente lediglich das Loch des Matrizenblocks zum Ausbilden eines Vorsprungabschnitts des Metallpresslings ist, und ein Teil der Metallkomponente unter Zwang in das Loch gedrückt wird.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist eine Perspektivansicht eines Teils einer Wärmesenke, die durch ein Verfahren zum Herstellen eines Metallpresslings gemäß einem Ausführungsbeispiel hergestellt wird.
-
2A bis 2C sind Schnittansichten einer Metallkomponente, die in einen Vorläuferpressling verformt ist, wobei Zustände der Verformung der Reihe nach in einem ersten Prozess gemäß dem Ausführungsbeispiel gezeigt sind.
-
3A bis 3C sind Schnittansichten eines Vorläuferpresslings, der in eine Wärmesenke verformt wird, wobei Zustände der Verformung der Reihe nach in dem zweiten Prozess gemäß dem Ausführungsbeispiel gezeigt sind.
-
4A und 4B sind schematische Schnittansichten der Struktur des Vorläuferpresslings, um den Betrieb des Ausführungsbeispiels zu zeigen.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG.
-
Nun wird unter Bezugnahme auf 1 bis 3A, 3B und 3C ein Ausführungsbeispiel beschrieben. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden ein Gerät und ein Verfahren zum Herstellen einer Wärmesenke 10 beschrieben, die zum Kühlen von Elektronikkomponenten verwendet wird.
-
Wie in 1 gezeigt ist, hat die Wärmesenke 10 eine plattenförmige Basis 11 und säulenartige Vorsprungabschnitte 13, die sich von der oberen Fläche der Basis 11 erstrecken. Der Vorragebetrag eines jeden Vorsprungabschnittes 13 ist größer als die Plattendicke der Basis 11. Die Wärmesenke 10 ist beispielsweise aus einem Metallmaterial mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit, etwa aus Aluminium, gefertigt.
-
Das Gerät zum Herstellen der Wärmesenke 10 wird nun beschrieben. Das Gerät hat eine erste Matrize 40, die in 2A, 2B und 2C gezeigt ist, und eine zweite Matrize 50, die in 3A, 3B und 3C gezeigt ist.
-
Wie in 2A gezeigt ist, hat die erste Matrize 40 einen ersten Matrizenblock 42 und einen ersten Stempel 41. Der erste Matrizenblock 42 hat Löcher 421, die so angeordnet sind, dass sie den Vorsprungabschnitten 13 der Wärmesenke 10 entsprechen. Der erste Stempel 41 hat Vorsprünge 411, die so angeordnet sind, dass sie den Löchern 421 entsprechen. Jedes Loch 421 hat einen säulenartigen Raum.
-
Wie in 3A gezeigt ist, hat die zweite Matrize 50 einen zweiten Matrizenblock 52 und einen zweitem Stempel 51. Der zweite Matrizenblock 52 hat Löcher 521, die so angeordnet sind, dass sie den Vorsprungabschnitten 13 der Wärmesenke 10 entsprechen. Der zweite Stempel 51 hat eine ebene Bodenfläche 511. Jedes Loch 521 hat einen säulenartigen Raum. Kurz gesagt entsprechen die Löcher 421 des ersten Matrizenblock 42 den Vorsprüngen 411 des ersten Stempels 41, und die Löcher 521 des zweiten Matrizenblocks 52 entsprechen den Vorsprungabschnitten 13 der Wärmesenke 10.
-
Nun werden die Prozedur zum Herstellen der Wärmesenke 10 und der Betrieb des vorliegenden Ausführungsbeispiels beschrieben.
-
Wie in 2A gezeigt ist, wird als erstes eine plattenförmige Metallkomponente 30, etwa ein Aluminium, an der oberen Fläche des ersten Matrizenblocks 42 platziert. Die Plattendicke der Metallkomponente 30 ist geringer als die Vorragebeträge der Vorsprungabschnitte 13 der Wärmesenke 10.
-
Wie in 2B und 2C gezeigt ist, wird als zweites der erste Stempel 41 so abgesenkt, dass der erste Matrizenblock 42 und der erste Stempel 41 die Metallkomponente 30 pressen. Dies bildet Vertiefungen 22, die den Vorsprüngen 411 entsprechen, an einer Fläche der Metallkomponente 30 aus, die dem ersten Stempel 41 zugewandt ist. Gleichzeitig werden an einer Fläche der Metallkomponente 30, die dem ersten Matrizenblock 42 zugewandt ist, Überstände 23 ausgebildet, die den Löchern 421 entsprechen. Somit wird ein Vorläuferpressling 20 ausgebildet (ein erster Prozess).
-
Wie in 3A gezeigt ist, wird als Nächstes der Vorläuferpressling 30 an der oberen Fläche des zweiten Matrizenblocks 52 platziert, sodass Überstände 23 des Vorläuferpresslings 20 mit den jeweiligen Löchern 521 übereinstimmen.
-
Wie in 3B und 3C gezeigt ist, wird der zweite Stempel 41 dann derart abgesenkt, dass der zweite Matrizenblock 52 und der zweite Stempel 51 den Vorläuferpressling 20 pressen. Dies quetscht die Vertiefungen 22 zusammen und drückt die Überstände 23 in Richtung des zweiten Matrizenblocks 52 heraus, sodass die Vorsprungabschnitte 13 ausgebildet werden. Somit wird die Wärmesenke 10 geformt (ein zweiter Prozess).
-
Mit diesem Verfahren drückt die erste Matrize 40 die Metallkomponente 30 so, dass die Umgebung der Fläche (die schraffierten Abschnitte in 4A) des Vorläuferpresslings 20 kalt umgeformt wird, wie in 4A gezeigt ist.
-
Da das Material im Inneren des Vorläuferpresslings 20 geringfügig kalt umgeformt wurde, kann das Material beim Pressen des Vorläuferpresslings 20 durch die zweite Matrize 50 einfacher im Inneren des Vorläuferpresslings 20 als in der Umgebung der Fläche fließen, wie in 4A und 4B gezeigt ist. Mit anderen Worten ist eine zum Verformen des Materials im Inneren des Vorläuferpresslings 20 erforderliche Kraft A kleiner als eine zum Verformen der Vertiefungen 22, welche die kaltumgeformte Innenumfangsfläche aufweisen, und der Vorsprünge 23, welche die kaltumgeformte Fläche aufweisen, erforderliche Kraft B (A < B). Somit bewegt sich das Innenmaterial beim Pressen des Vorläuferpresslings 20 entlang der Pfeile von 4A und 4B und kann dessen Druck nicht widerstehen. Dies verkleinert den Raum der Vertiefungen 22 und drückt die Überstände 23 in Richtung der Rückseiten der Löcher 521 des zweiten Matrizenblocks 52 heraus.
-
Somit wird die Metallkomponente 30 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sowohl in dem ersten Prozess als auch in dem zweiten Prozess kalt gepresst, während die Austrittsroute der Metallkomponente 30 in voneinander verschiedenen Richtungen sichergestellt wird. Somit werden der Vorläuferpressling 20 und die Wärmesenke 10 getrennt voneinander ausgebildet. Aus diesem Grund kann die zum Pressen des Vorläuferpresslings 20 und der Wärmesenke 10 erforderliche Last verglichen mit einem Fall klein gemacht werden, in welchem die Wärmesenke 10 durch einmaliges Kaltpressen hergestellt wird, d. h. mit einem Fall, in welchem eine Austrittsroute beim Verformen der Metallkomponente 30 lediglich die Löcher des Matrizenblocks zum Ausbilden der Vorsprungabschnitte 13 der Wärmesenke 10 ist, und die Metallkomponente 30 unter Zwang in die Löcher gepresst wird.
-
Bei dem Herstellungsverfahren gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Flächen der Überstände 23 in dem ersten Prozess kalt umgeformt.
-
Wenn die Überstände 23 in Richtung der Rückseiten der Löcher 521 des zweiten Matrizenblocks 52 in dem zweiten Prozess herausgedrückt werden, ist es wahrscheinlich, dass die Flächenformen der Überstände 23 beibehalten werden. Daher wird ein Grat nicht einfach an den Vorsprungabschnitten 13 der Wärmesenke 10 erzeugt.
-
Das Verfahren und das Gerät zum Herstellen eines Metallpresslings gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, die zuvor dargestellt wurden, bietet die folgenden Vorteile.
- (1) Die erste Matrize 40 presst die Metallkomponente 30, um die Vertiefungen 22 an der Fläche der Metallkomponente 30, die dem ersten Stempel 41 zugewandt ist, auszubilden, und um die Überstände 23 an der Fläche der Metallkomponente 30 auszubilden, die dem ersten Matrizenblock 42 zugewandt ist. Somit wird der Vorläuferpressling 20 erhalten (der erste Prozess). In dem zweiten Prozess presst die zweite Matrize 50 den Vorläuferpressling 20, um die Vertiefungen 22 zusammen zu quetschen, und drückt die Überstände 23 in Richtung des zweiten Matrizenblocks 52 heraus, um die Vorsprungabschnitte 13 auszubilden.
-
Gemäß einem solchen Verfahren ist die zum Pressen des Vorläuferpresslings 20 und der Wärmesenke 10 erforderliche Last verglichen mit einem Fall klein, in welchem die Wärmesenke 10 durch einmaliges Kaltpressen hergestellt wird. Somit wird die zum Kaltpressen erforderliche Last verringert.
-
Bei einem solchen Verfahren ist einfach, die Vorragebeträge der Vorsprungabschnitte 13 der Wärmesenke 10, die in dem zweiten Prozess ausgebildet werden, durch geeignetes Ändern der Formen der Vertiefungen 22 und der Überstände 23, die in dem ersten Prozess ausgebildet werden, zu ändern.
- (2) Da die Flächen der Überstände 23 in dem ersten Prozess kaltumgeformt werden, ist es wahrscheinlich, dass die Flächenformen der Überstände 23 beim Herausdrücken der Überstände 23 in Richtung der Rückseiten der Löcher 521 des zweiten Matrizenblocks 52 in dem zweiten Prozess beibehalten werden. Somit wird ein Grat nicht einfach an den Vorsprungabschnitten 13 der Wärmesenke 10 ausgebildet.
- (3) Quetschlöcher 12, die durch Quetschen der Vertiefungen 22 ausgebildet werden, verbleiben an der rückseitigen Fläche der Basis 11 der Wärmesenke 10, d. h. der Fläche, die der Fläche entgegengesetzt ist, die die Vorsprungabschnitte 13 aufweist. Somit wird beispielsweise dann, wenn eine Elektronikkomponente, an der die Wärmesenke 10 angebracht wird, durch Wärme verformt wird, die Basis 11 einfach zusammen damit verformt.
- (4) In dem zweiten Prozess wird der Vorläuferpressling 20 gepresst, bis die Vorragebeträge der Vorsprungabschnitte 13 größer als die Plattendicke der Basis 11 werden.
-
Ein solches Verfahren erhöht den Flächenbereich der Vorsprungabschnitte 13 und vergrößert den Flächenbereich der Wärmesenke 10. Somit ist es möglich, die Wärmesenke 10 mit großer Wärmeableitung herzustellen. Außerdem wird die für das Kaltpressen erforderliche Last beim Herstellen der Wärmesenke 10 verringert, bei welcher die Vorragebeträge der Vorsprungabschnitte 13 größer als die Plattendicke der Basis 11 ist.
- (5) Das Gerät ist zum Herstellen der Wärmesenke 10 hat die erste Matrize 40. Die erste Matrize 40 hat den ersten Stempel 41, der die Vorsprünge 411 aufweist, und den ersten Matrizenblock 42, der die Löcher 421 aufweist. Durch Pressen der Metallkomponente 30 werden die Vertiefungen 22 an der Fläche der Metallkomponente 30, die dem ersten Stempel 41 zugewandt ist, ausgebildet, und die Überstände 23 werden an der Fläche der Metallkomponente 30, die dem ersten Matrizenblock 22 zugewandt ist, ausgebildet. Somit wird der Vorläuferpressling 20 erhalten. Außerdem hat das Gerät die zweite Matrize 50. Die zweite Matrize 50 hat den zweiten Stempel 51, der die Fläche presst, an der die Vertiefungen 22 des Vorläuferpresslings 20 ausgebildet sind, und hat den zweiten Matrizenblock 52, der die Löcher 521 aufweist. Die Vertiefungen 22 werden durch Pressen des Vorläuferpresslings 20 gequetscht. Die Vorsprungabschnitte 13 werden ausgebildet, indem die Vorsprünge 23 in Richtung der Rückseiten der Löcher 521 des zweiten Matrizenblocks 52 herausgedrückt werden.
-
Gemäß einer solchen Konfiguration wird ein Vorteil erhalten, der dem obigen Vorteil (1) entspricht.
-
Das zuvor dargestellte Ausführungsbeispiel kann beispielsweise auf die folgenden Arten modifiziert werden.
-
Die Wärmesenke 10 kann aus einem Metallmaterial (einschließlich einer Legierung) gefertigt sein, die anders als Aluminium ist, etwa aus Kupfer, einer Aluminiumlegierung und einer Kupferlegierung.
-
Jedes Loch 421 des ersten Matrizenblocks 42 kann einen polygonalprismaförmigen Raum haben. Jedes Loch 521 des zweiten Matrizenblocks 52 kann einen polygonalprismaförmigen Raum haben.
-
Die Vorsprungbeträge der Vorsprungabschnitte 13 der Wärmesenke 10 können gleich wie oder kleiner als die Plattendicke der Basis 11 festgelegt sein.
-
Der Metallpressling ist nicht auf die Wärmesenke 10 beschränkt. Anders als die Wärmesenke 10 kann beispielsweise ein gasstromdurchlassbildendes Element, welches einen Gasstromdurchlass bildet, der eine Festoxidbrennstoffzelle (SOFC) bildet, durch das Verfahren und das Gerät ausgebildet werden, die gleich wie in dem zuvor dargestellten Ausführungsbeispiel sind. In diesem Fall kann das gasstromdurchlassbildende Element beispielsweise aus rostfreiem Stahl und dergleichen gefertigt sein.
-
Die Anzahl der Vorsprungabschnitte 13 kann Eins betragen.
-
Eine Wärmesenke mit einer Basis und einem sich von der Basis erstreckenden Vorsprungabschnitt wird durch Kaltpressen einer Metallkomponente hergestellt. In dem ersten Prozess wird ein Vorläuferpressling durch Pressen der Metallkomponente mit einer ersten Matrize ausgebildet, die einen ersten Matrizenblock und einen ersten Stempel aufweist. Die Vorläuferkomponente hat eine Vertiefung an einer Fläche der Metallkomponente, die dem ersten Stempel zugewandt ist, und hat einen Überstand an einer Fläche der Metallkomponente, die dem ersten Matrizenblock zugewandt ist. In dem zweiten Prozess wird die Vertiefung durch Pressen des Vorläuferpresslings mit der zweiten Matrize, die einen zweiten Stempel und einen zweiten Matrizenblock aufweist, gequetscht, und der Überstand wird in Richtung der Rückseite des Lochs des zweiten Matrizenblocks herausgedrückt, um den Vorsprungabschnitt auszubilden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
