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整体式散热片瓦楞状翅片表面加工成形机理研究

卫亮  
【摘要】:随着电子工业的发展,电子产品功率越来越高。横肋式散热片作为应用最广泛的散热片结构,对其性能要求日益增高。铲削散热片工艺是通过特殊设计的机床和刀具生成连续的切屑,并且控制切屑的流动方向和弯曲半径,最终得到在基板上竖直的翅片。一系列的翅片竖立在基板,从而形成横肋式散热片。与传统工艺比较,这种工艺需要的设备简单,也少是一种无屑的绿色制造。 本文在铲削散热器宏观结构研究中,采用实验研究与数值仿真结合的方法,研究加工工艺参数对翅片形态(厚度、高度)和间距的影响。在翅片表面亚结构和微结构的研究中,发现了瓦楞状翅片表面特征的成因,并设计了实验给予证明。利用该结论,本文在原有铲削加工整体散热片的基础上,提出碾压-铲削加工法。成功制造出具有瓦楞状分形特征的翅片。主要研究内容如下 (1)利用M.E.Merchant切削模型,分析了铲削加工过程的宏观翅片和刀前角之间的关系;预测铲削加工的切削力。 (2)通过铲削散热片的工艺实验,研究工艺参数对铲削散热片宏观形态(翅片高度、厚度、翅片间隔等)的影响。研究表明工业纯铝1060在铲削加工过程中,因前刀角的不同翅片明显呈现两种状态。 (3)借鉴广泛研究的二维正交切削有限元模型,使用Deform软件,建立了铲削加工的有限元模型。使用该模型对铲削加工进行模拟;分析了铲削过程中翅片形态、温度和应力分布。 (4)确定了A11060工业纯铝在低速加工中产生瓦楞状特征的两个原因,并设计实验予以验证。本文在铲削加工的基础上,提出了新的加工工艺:碾压-铲削工艺。该工艺特点是能够生成瓦楞状表面微观特征。 (5)初步探讨了瓦楞状分形特征对于散热面积的影响。使用分形的概念分析了瓦楞状翅片的形貌。应用MATLAB软件,建立瓦楞状特征形貌的数学模型。通过该数学模型分析瓦楞状特征对翅片表面积的影响。并对利用ANSYS对瓦楞状翅片的散热效果进行了初步的分析。


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