PL219498B1

PL219498B1 - Process for forming a semi-free heat sink

Info

Publication number: PL219498B1
Application number: PL405924A
Authority: PL
Inventors: Anna Dziubińska; Andrzej Gontarz
Original assignee: Lubelska Polt
Priority date: 2013-11-05
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2015-05-29
Also published as: PL405924A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób kształtowania półswobodnego radiatora, zwłaszcza metodą kucia na gorąco w trójsuwakowej prasie kuźniczej.The subject of the invention is a method of shaping a semi-free heat sink, especially by hot forging in a three-slide forging press.

Istnieje wiele znanych i stosowanych metod wytwarzania radiatorów między innymi przez wyciskanie, wytłaczanie, prasowanie, odlewanie, spajanie, składanie lub obróbkę skrawaniem.There are many known and used methods of producing heat sinks, including extrusion, stamping, pressing, casting, bonding, folding or machining.

Do kształtowania plastycznego radiatorów wykorzystuje się wytłaczanie oraz wyciskanie przedstawione w literaturze specjalistycznej przez S. Lee „How to select a heat sink” Electronics Cooling, nr 1, 1995 r. Radiatory wytłaczane otrzymywane są poprzez tłoczenie w pasku głęboko tłocznej blachy. Technologią wyciskania kształtuje się plastycznie profile na radiatory. Radiator otrzymuje się przez pocięcie wyciskanego profilu na dany wymiar, a następnie wykonuje się w nim otwory gładkie lub gwintowane do przyłączenia elementów elektroniki.For plastic forming of heat sinks, extrusion and extrusion are used, presented in specialist literature by S. Lee "How to select a heat sink" Electronics Cooling, No. 1, 1995. Extruded heat sinks are obtained by pressing in a deep-drawing sheet metal strip. The extrusion technology is used to shape plastically profiles for heat sinks. The heat sink is obtained by cutting the extruded profile to a given size, and then smooth or threaded holes are made in it to connect the electronic elements.

Do wytwarzania radiatorów stosuje się również prasowanie opisane przez E. Raj „Jednofazowe systemy chłodzenia cieczowego do zastosowań w elektronice”. Zeszyty Naukowe Akademii Morskiej w Gdyni, nr 75, Wydawnictwo Akademii Morskiej w Gdyni, Gdynia 2012 r. Radiatory wykonywane są z ponacinanej i odpowiednio ukształtowanej blaszki.For the production of heat sinks, the pressing described by E. Raj "Single-phase liquid cooling systems for applications in electronics" is also used. Scientific Papers of the Maritime University of Gdynia, No. 75, Publishing House of the Maritime University of Gdynia, Gdynia 2012. Radiators are made of notched and appropriately shaped plate.

Ukształtowane radiatory w postaci wyprasek wykorzystywane są na elementy małej mocy.Shaped heat sinks in the form of moldings are used for low-power elements.

Inną metodę wytwarzania radiatorów opisano w patencie amerykańskim nr 006564458B1, która bazuje na technikach spajania. Podany w patencie sposób polega na łączeniu poprzez lutowanie w niskiej temperaturze części radiatora, to jest żeber do podstawy o przekroju prostokątnym. Technologia ta charakteryzuje się niskimi kosztami wytwarzania oraz zapobiega termicznemu odkształceniu żebra poprzez realizację lutowania w niskiej temperaturze.Another method of producing heat sinks is described in US Patent No. 006564458B1, which is based on bonding techniques. The method described in the patent consists in joining by low-temperature soldering of a part of the heat sink, i.e. the ribs, to a base with a rectangular cross section. This technology is characterized by low production costs and prevents thermal deformation of the rib by carrying out low temperature soldering.

Przy wytwarzaniu radiatorów stosowana jest technologia spajania oraz metoda obróbki skrawaniem, które opisano w pracy M. Kowalik, T. Trzepieciński „Badanie wpływu parametrów zaprasowania na jakość połączenia aluminiowej płyty radiatora z żebrami”, Rudy Metale nr 6, Wydawnictwo SIGMA-NOT, Warszawa 2010 r. Sposób spajania radiatorów polega na połączeniu żeber z płytą metodą klejenia termoprzewodzącym środkiem na bazie proszków srebra. Do łączenia żeber do podstawy stosowane są kleje bazujące na żywicach epoksydowych. Obróbka skrawaniem radiatorów polega na nadaniu powierzchniom żądanego kształtu, wymiarów oraz jakości powierzchni poprzez usuwanie materiału z wsadu w postaci prostopadłościanu przy użyciu narzędzi skrawających. Jest to przede wszystkim frezowanie kanałów pomiędzy żebrami.In the production of heat sinks, the bonding technology and the machining method are used, which are described in the work of M. Kowalik, T. Trzepieciński "Investigation of the impact of pressing parameters on the quality of connection of an aluminum heat sink plate with ribs", Rudy Metale no. r. The method of bonding heat sinks consists in joining the ribs with the plate by gluing with a thermally conductive agent based on silver powders. Epoxy-based adhesives are used to connect the ribs to the base. Machining of heat sinks consists in giving the surfaces the desired shape, dimensions and surface quality by removing material from the charge in the form of a cuboid with the use of cutting tools. It is primarily the milling of channels between the ribs.

Do sposobów wytwarzania radiatorów należy również składanie. Tego typu rozwiązania wykonywane są z płyt, w których frezowane są kanały do osadzenia żeber w postaci blaszek. Przykładowy sposób montażu tego typu systemów chłodzenia przedstawiono w patencie amerykańskim nr 20120227952 A1.The methods of producing heat sinks also include folding. Such solutions are made of boards in which the channels are milled to embed the ribs in the form of plates. An example of how to mount this type of cooling systems is shown in US patent No. 20120227952 A1.

Znany jest również sposób wytwarzania radiatorów polegający na metodzie odlewania przedstawiony w opracowaniu T. Fuxiang, W. Mingrong „Design of die casting die for radiator component”, Journal of Special Casting & Nonferrous Alloys , Chiny 2004 r. Odlana konstrukcja radiatora o gęstym upakowaniu żeber o kształcie szpilkowym umożliwia uzyskanie bardzo dobrych parametrów termicznych przy chłodzeniu uderzeniowym.There is also a method of producing heat sinks based on the casting method presented in the study by T. Fuxiang, W. Mingrong "Design of die casting die for radiator component", Journal of Special Casting & Nonferrous Alloys, China 2004. with a spike shape, it enables very good thermal parameters to be achieved with impact cooling.

Istotą sposobu kształtowania półswobodnego radiatora, zwłaszcza metodą kucia na gorąco w trójsuwakowej prasie kuźniczej jest to, że półfabrykat w kształcie płyty nagrzewa się w piecu do temperatury kucia na gorąco, następnie nagrzany półfabrykat umieszcza się na matrycy dolnej pomiędzy narzędziem bocznym stałym i narzędziem bocznym przesuwnym, po czym wprawia się narzędzie boczne przesuwne w ruch postępowy ze stałą prędkością w kierunku narzędzia bocznego stałego i spęcza się odcinek półfabrykatu oraz kształtuje się pierwsze żebro w przestrzeni ograniczonej czołowymi powierzchniami narzędzia bocznego stałego oraz narzędzia bocznego przesuwnego, następnie zmienia się ruch narzędzia bocznego przesuwnego na przeciwny i wycofuje się z ukształtowanego półfabrykatu z jednym żebrem, po czym powtórnie dogrzewa się półfabrykat w piecu i umieszcza się półfabrykat w przestrzeni roboczej oraz wstawia się bloczek uzupełniający pomiędzy ukształtowanym półfabrykatem i narzędziem bocznym przesuwnym, następnie przy bocznej ścianie ukształtowanego żebra wstawia się przekładkę, po czym przemieszcza się narzędzie górne przesuwne ruchem postępowym ze stałą prędkością w kierunku matrycy dolnej i dociska się przekładkę do półfabrykatu, następnie wprawia się narzędzie boczne przesuwne w ruch postępowy ze stałą prędkością w kierunku narzędzia bocznego stałego i spęcza się kolejny odcinek półfabrykatu oraz kształtuje się drugie żebro w przestrzeni ograniczonej powierzchnią bocznej ścianki przekładki oraz powierzchnią czołową narzędzia bocznego przesuwnego, następnie zmienia się ruch narzędzia bocznego przesuwnegoThe essence of the method of shaping a semi-free heat sink, especially by hot forging in a three-slide forging press, is that the plate-shaped blank is heated in the furnace to the hot forging temperature, then the heated blank is placed on the lower die between the fixed side tool and the sliding side tool, then the sliding side tool is set in translational motion at a constant speed towards the fixed side tool and the blank section is compressed and the first rib is formed in the space limited by the front surfaces of the fixed side tool and the sliding side tool, then the movement of the side sliding tool is changed to the opposite and withdraws from the shaped blank with one rib, then the blank is reheated in the furnace and the blank is placed in the working space and a supplementary block is inserted between the shaped blank and the sliding side tool, n Then, at the side wall of the shaped rib, the spacer is inserted, then the upper tool is moved with a translational movement with a constant speed towards the lower die and the spacer is pressed against the blank, then the sliding side tool is moved in translation at a constant speed towards the fixed side tool and the next section of the blank is compressed and the second rib is shaped in the space limited by the surface of the side wall of the spacer and the front surface of the sliding side tool, then the movement of the sliding side tool is changed

PL 219 498 B1 i narzędzia górnego przesuwnego na przeciwny i wycofuje się z ukształtowanego półfabrykatu z dwoma żebrami, po czym ponownie dogrzewa się półfabrykat wraz z przekładką w piecu i umieszcza się półfabrykat w przestrzeni roboczej, następnie wstawia się dwa bloczki uzupełniające pomiędzy ukształtowanym półfabrykatem i narzędziem bocznym przesuwnym, następnie przy bocznej ścianie ukształtowanego drugiego żebra wstawia się drugą przekładkę, po czym przemieszcza się narzędzie górne przesuwne ruchem postępowym ze stałą prędkością w kierunku matrycy dolnej i dociska się przekładki do półfabrykatu, następnie wprawia się narzędzie boczne przesuwne w ruch postępowy ze stałą prędkością w kierunku narzędzia bocznego stałego i spęcza się kolejny odcinek półfabrykatu oraz kształtuje się trzecie żebro w przestrzeni ograniczonej powierzchnią bocznej ścianki przekładki oraz powierzchnią czołową narzędzia bocznego przesuwnego, przy czym kolejne żebra radiatora kształtuje się poprzez wykonywanie czynności jak przy kształtowaniu trzeciego żebra. Przy bocznych ścianach ukształtowanych żeber umieszcza się przekładki.PL 219 498 B1 and the upper sliding tool to the opposite and withdraws from the shaped blank with two ribs, then the blank with the spacer is reheated in the furnace and the blank is placed in the working space, then two supplementary blocks are inserted between the shaped blank and the tool side sliding, then at the side wall of the formed second rib, a second spacer is inserted, then the upper sliding tool is moved with a translational movement at a constant speed towards the lower die and the spacers are pressed against the blank, then the sliding side tool is moved in translational motion at a constant speed towards the fixed side tool and the next section of the blank is compressed and the third rib is formed in the space limited by the surface of the side wall of the spacer and the front surface of the sliding side tool, with the successive ribs of the radiator being formed by making not activities like shaping the third rib. Spacers are placed at the side walls of the shaped ribs.

Korzystnym skutkiem wynalazku jest to, że pozwala na plastyczne kształtowanie na gorąco radiatorów o dobrych własnościach mechanicznych i użytkowych wynikających z korzystniejszej struktury w stosunku do uzyskiwanych w procesach: obróbki skrawaniem, spajania, składania oraz odlewania. Wynalazek umożliwia znaczne oszczędności materiałowe w stosunku do radiatorów uzyskiwanych metodą obróbki skrawaniem. Zaletą wynalazku jest niski koszt wykonania prostych narzędzi kształtujących. Kolejnym korzystnym skutkiem wynalazku jest uniwersalność metody kształtowania, która może być stosowana do wytwarzania radiatorów z różnych materiałów wykorzystywanych w przeróbce plastycznej. Sposób kształtowania plastycznego półswobodnego radiatorów metodą kucia pozwala uzyskać wyroby z żebrami o zarysie półokrągłym.The advantageous effect of the invention is that it allows for hot plastic forming of heat sinks with good mechanical and functional properties resulting from a more favorable structure compared to those obtained in the following processes: machining, bonding, folding and casting. The invention enables significant material savings in relation to heat sinks obtained by machining. The advantage of the invention is the low cost of making simple shaping tools. A further advantageous effect of the invention is the versatility of the shaping method that can be used to fabricate heat sinks from a variety of working materials. The method of semi-free plastic shaping of heat sinks by forging allows to obtain products with semi-circular ribs.

Wynalazek został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój izometryczny narzędzi oraz półfabrykatu w początkowym etapie procesu kształtowania pierwszego żebra, fig. 1a - widok izometryczny użytego półfabrykatu, fig. 2 - przekrój izometryczny narzędzi i ukształtowanego półfabrykatu z jednym żebrem po pierwszej operacji, fig. 2a - widok izometryczny ukształtowanego półfabrykatu z jednym żebrem, fig. 3 - przekrój izometryczny początkowego etapu kucia półfabrykatu z dwoma żebrami, fig. 4 - przekrój izometryczny końcowego etapu kucia półfabrykatu z dwoma żebrami, fig. 4a - widok izometryczny ukształtowanego półfabrykatu z dwoma żebrami, fig. 5 - przekrój izometryczny początkowego etapu kucia półfabrykatu z trzema żebrami, fig. 6 - przekrój izometryczny końcowego etapu kucia radiatora, fig. 6a - widok izometryczny ukształtowanego radiatora.The invention has been shown in the embodiment in the drawing, in which fig. 1 shows an isometric section of tools and a blank at the initial stage of the shaping process of the first rib, fig. 1a - isometric view of the blank used, fig. 2 - isometric section of tools and a shaped blank with one rib after the first operation, fig. 2a - isometric view of a shaped blank with one rib, fig. 3 - isometric section of the initial stage of forging a blank with two ribs, fig. 4 - isometric section of the final stage of forging a blank with two ribs, fig. 4a - isometric view Fig. 5 - isometric section of the initial stage of forging a blank with three ribs, Fig. 6 - isometric section of the final stage of forging a radiator, Fig. 6a - isometric view of a shaped radiator.

Sposób kształtowania półswobodnego radiatora, zwłaszcza metodą kucia na gorąco w trójsuwakowej prasie kuźniczej w przykładzie wykonania dla stopu aluminium polega na tym, że półfabrykat 1 w kształcie płyty nagrzewa się w piecu do temperatury kucia na gorąco wynoszącej dla stopu aluminium PA11 480°C. Następnie nagrzany półfabrykat 1 umieszcza się na matrycy 2 dolnej pomiędzy narzędziem 3 bocznym stałym i narzędziem 4 bocznym przesuwnym. Po czym wprawia się narzędzie 4 boczne przesuwne w ruch postępowy ze stałą prędkością V1, która wynosi 6 mm/s w kierunku narzędzia 3 bocznego stałego i spęcza się odcinek półfabrykatu 1 oraz kształtuje się pierwsze żebro w przestrzeni ograniczonej czołowymi powierzchniami narzędzia 3 bocznego stałego oraz narzędzia 4 bocznego przesuwnego. Następnie zmienia się ruch narzędzia 4 bocznego przesuwnego na przeciwny i wycofuje się z ukształtowanego półfabrykatu 5 z jednym żebrem. Po czym powtórnie dogrzewa się półfabrykat 5 w piecu i umieszcza się półfabrykat 5 w przestrzeni roboczej oraz wstawia się bloczek 6a uzupełniający pomiędzy ukształtowanym półfabrykatem 5 i narzędziem 4 bocznym przesuwnym. Następnie przy bocznej ścianie ukształtowanego żebra wstawia się przekładkę 7. Po czym przemieszcza się narzędzie 8 górne przesuwne ruchem postępowym ze stałą prędkością V2, która wynosi 6 mm/s w kierunku matrycy 2 dolnej i dociska się przekładkę 7 do półfabrykatu 5. Następnie wprawia się narzędzie 4 boczne przesuwne w ruch postępowy ze stałą prędkością V1, która wynosi 6 mm/s w kierunku narzędzia 3 bocznego stałego i spęcza się kolejny odcinek półfabrykatu 5 oraz kształtuje się drugie żebro w przestrzeni ograniczonej powierzchnią bocznej ścianki przekładki 7 oraz powierzchnią czołową narzędzia 4 bocznego przesuwnego. Następnie zmienia się ruch narzędzia 4 bocznego przesuwnego i narzędzia 8 górnego przesuwnego na przeciwny i wycofuje się z ukształtowanego półfabrykatu 9 z dwoma żebrami. Po czym ponownie dogrzewa się półfabrykat 9 wraz z przekładką 7 w piecu i umieszcza się półfabrykat 9 w przestrzeni roboczej. Następnie wstawia się dwa bloczki 6a i 6b uzupełniające pomiędzy ukształtowanym półfabrykatem 9 i narzędziem 4 bocznym przesuwnym. Następnie przy bocznej ścianie ukształtowanego drugiego żebra wstawia się drugą przekładkę 10a. Po czym przemieszcza się narzędzie 8 górne przesuwne ruchem postępowym zeThe method of shaping a semi-free heat sink, especially by hot forging in a three-slide forging press in the embodiment for aluminum alloy, consists in heating the plate-shaped blank 1 in a furnace to the hot forging temperature of 480 ° C for the PA11 aluminum alloy. Then the heated blank 1 is placed on the lower die 2 between the fixed side tool 3 and the sliding side tool 4. After that, the sliding side tool 4 is set in translational motion at a constant speed V1, which is 6 mm / s in the direction of the fixed side tool 3, and the section of the blank 1 is compressed and the first rib is formed in the space limited by the front surfaces of the fixed side tool 3 and the tool 4 side sliding. The movement of the side sliding tool 4 is then reversed and retracted from the shaped blank 5 with one rib. After that, the blank 5 is reheated in the oven and the blank 5 is placed in the working space and the supplementary block 6a is inserted between the shaped blank 5 and the side sliding tool 4. Then, at the side wall of the shaped rib, the spacer 7 is inserted. Then the upper tool 8 is moved with a translational movement with a constant speed V2, which is 6 mm / s in the direction of the lower die 2, and the spacer 7 is pressed against the blank 5. Then the tool 4 is inserted side shifting with a constant speed V1, which is 6 mm / s in the direction of the fixed side tool 3, and compresses another section of the blank 5, and a second rib is formed in the space delimited by the side wall of the spacer 7 and the face of the side sliding tool 4. Then the movement of the side sliding tool 4 and the upper sliding tool 8 are changed to the opposite and retracted from the shaped blank 9 with two ribs. After that, the blank 9 with the spacer 7 is reheated in the oven and the blank 9 is placed in the working space. Two supplementary blocks 6a and 6b are then inserted between the shaped blank 9 and the side sliding tool 4. A second spacer 10a is then inserted at the side wall of the formed second rib. Then the upper tool 8 moves with translational movement z

PL 219 498 B1 stałą prędkością V2, która wynosi 6 mm/s w kierunku matrycy 2 dolnej i dociska się przekładki 7 i 10a do półfabrykatu. Następnie wprawia się narzędzie 4 boczne przesuwne w ruch postępowy ze stałą prędkością V1, która wynosi 6 mm/s w kierunku narzędzia 3 bocznego stałego i spęcza się kolejny odcinek półfabrykatu 9 oraz kształtuje się trzecie żebro w przestrzeni ograniczonej powierzchnią bocznej ścianki przekładki 10a oraz powierzchnią czołową narzędzia 4 bocznego przesuwnego. Przy czym kolejne żebra radiatora 11 kształtuje się poprzez wykonywanie czynności jak przy kształtowaniu trzeciego żebra. Przy bocznych ścianach ukształtowanych żeber umieszcza się przekładki 10b, 10c, 10d, 10e.With a constant speed V2, which is 6 mm / s in the direction of the lower die 2, the spacers 7 and 10a are pressed against the blank. Next, the sliding side tool 4 is moved with a constant speed V1, which is 6 mm / s in the direction of the fixed side tool 3, and another section of the blank 9 is compressed and a third rib is formed in the space limited by the side wall surface of the spacer 10a and the front surface of the tool 4 side sliding. The successive ribs of the heat sink 11 are formed by carrying out the steps of shaping the third rib. Spacers 10b, 10c, 10d, 10e are placed against the side walls of the shaped ribs.

Claims

1. The method of shaping a semi-free heat sink, especially by hot forging in a three-slide forging press, characterized in that the plate-shaped blank (1) is heated in the furnace to the hot forging temperature, then the heated blank (1) is placed on the die (2). ) the lower one between the fixed side tool (3) and the side sliding tool (4), then the side sliding tool (4) is set in translation at a constant speed (V1) towards the fixed side tool (3) and compresses the blank section ( 1) and the first rib is formed in the space limited by the front surfaces of the side fixed tool (3) and the side sliding tool (4), then the movement of the side sliding tool (4) is changed to the opposite and retracts from the shaped blank (5) with one rib , then the blank (5) is reheated in the furnace and the blank (5) is placed in the working space and a block (6a) is inserted to supplement the With the shaped blank (5) and the side sliding tool (4), then a spacer (7) is inserted at the side wall of the shaped rib, then the upper sliding tool (8) is moved with a constant velocity (V2) towards the die (2) ) lower and press the spacer (7) to the blank (5), then the side-sliding tool (4) is set in translation at a constant speed (V1) towards the fixed side tool (3) and the next section of the blank (5) is compressed and the second rib is formed in the space limited by the side wall surface of the spacer (7) and the face of the side sliding tool (4), then the movement of the side sliding tool (4) and the upper sliding tool (8) is changed to the opposite one and retracts from the shaped blank (9) with two ribs, then the blank (9) with the spacer (7) is reheated in the furnace and the blank (9) is placed in the working space, next Two blocks (6a) and (6b) complementary between the shaped blank (9) and the side sliding tool (4) are inserted, then a second spacer (10a) is inserted at the side wall of the shaped second rib, and the tool (8) is moved. upper sliding with a translational movement at a constant speed (V2) towards the lower die (2) and pressing the spacers (7) and (10a) to the blank (9), then the side sliding tool (4) is set in translational motion at a constant speed ( V1) towards the fixed side tool (3) and compresses another section of the blank (9) and forms a third rib in the space delimited by the side wall of the spacer (10a) and the front surface of the side sliding tool (4), the next radiator ribs ( 11) is shaped by performing the same steps as shaping the third rib.

2. The method according to p. The method of claim 1, characterized in that spacers (7), (10a), (10b), (10c), (10d), (10e) are provided at the side walls of the shaped ribs.