散热设计与结构工艺介绍

2014/03/22散热设计与结构工艺介绍散热产品的工艺讲解旋压与冲压工艺介绍表面处理在产品中的应用常用塑胶材料的特性热设计基础知识目录热的定义两个物体间因温度差而传递的一种能量形式就是热。热能的单位用“J”（焦耳）表示。热设计的定义利用热传导、热对流及热辐射三种换热手段，设计发热源至环境的低热阻通路，以满足设备散热要求的过程称为热设计。热设计的目的控制产品内部所有电子元器件的温度，使其在所处的工作环境条件下不超过标准及规范所规定的最高温度。热设计的定义热量传递的方式

热传导

热对流热辐射热量传递的方式热量传递的三种方式可以单独出现，也可以两种或三种形式同时出现热传导：又称传导传热,简称导热，即在同一物体内或连接紧密的不同物体间，热量自动地从高温向低温传递的方式称为热传导。热传导公式由傅立叶导热定律得：其中：Q---物体吸收或放出的热流量，单位为W（瓦）A---与热量传递方向垂直的面积，单位为m2△t---高温与低温面的温度差，单位为或K或℃L---两个面之间的距离，单位为mK---材料的导热系数，表明单位时间、单位面积、负的温度梯度下的导热量，单位为W/m.K或W/m.℃热传导公式：Q=KA△t/LK热力学温度（开尔文），C摄氏温度，0℃=273.15K热传导导热系数的定义导热系数导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K,°C）,在1小时内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米度（W/mK,此处的K可用°C代替）。导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素有关。非晶体结构、密度较低的材料，导热系数较小。材料的含水率、温度较低时，导热系数较小。热对流由方程可见，要增强对流换热，可以加大换热系数和换热面积。热对流：又称对流传热，是指热量通过流动介质，由空间的一处传播到另一处的现象称为热对流。热对流可分为自然对流和强制对流，强制对流传热状况比自然对流好。热对流这种传热方式仅发生在液体和气体中。热对流公式：Q=hA(Tw-Ta)其中：Q---热对流产生的热量，单位W（瓦）H---表面对流传热系数，表明当当流体与固体表面之间的温度差为1K时，1m*1m壁面面积在每秒所能传递的热量。H的大小反映对流换热的强弱，单位为W/m2.K或W/m2.℃A---有效对流换热面积，单位为：m2Tw---热表面温度，单位为：K或℃Ta---冷却空气温度，单位为：K或℃热辐射辐射率用数值来表示，其数值范围为0～1。理论上来讲，全黑物质为1，铝为0.05～0.5，铁为0.6～0.9，黑色树脂为0.8～0.9。这就是热辐射率（没有单位）。热辐射：又称辐射传热,是物质由于本身温度的原因激发产生电磁波而被另一低温物体吸收后，又重新全部或部分地转变为热能的过程称为热辐射。热辐射公式：Q＝5.67*10-8*ε*A*(Th4-Tc4)其中：Q---热辐射产生的热量，单位W（瓦）ε---是表面的辐射率Th

与Tc---分别为高温与低温面的温度，单位为：K或℃A---热量传递方向垂直的面积，单位为m2外型尺寸为325*275100mm的箱体，已知Ta=40。C，箱体最高温度不超过60。C，求箱体表面散发的热量Q为多少瓦？解：1，求面积上面A1=0.275*0.1=0.0275m2侧面A2=（0.275+0.1）*0.3252*2=0.24375m22,求传热系数上面h1=2.51*C1*(△t/L)0.25=4.46W/m2.C姿势系数0.52△t=60-40=20

。C代表长度L1=(0.275*0.1*2)/(0.275+0.1)=0.147m侧面h2=2.51*C2*(△t/L)0.25=3.94W/m2.C姿势系数0.56△t=60-40=20

。C代表长度L2=0.325m热对流的散热公式Q=h*A*△t得上面Q1=h1*A1*△t=4.46*0.0275*20=2.5W侧面Q2=h2*A2*△t=3.94*0.24375*20=19.2W求得机壳表面自然散热热量为：Q=Q1+Q2=2.5*19.2=21.7W热对流计算举例耗费人力物力不合理的热设计研发进度Delay产品质量隐患设计方案变更公司信誉受损不合理的热设计散热产品的工艺讲解挤型散热片Extrusion锻造式散热片Forge折迭式散热片Folded刨片式散热片Skive推迭鳍片式散热片Stacked插片式散热片Crimping铸造式散热片Die-Cast专用机加工类散热片

Machining工艺制程优点缺点挤型散热片Extrusion铝挤型制程系将铝挤型锭预热至520~540℃后，在高压下流经400℃的挤型模具，做出連续平行沟槽的散热片初胚，接着再二次加工将条狀初胚裁剪、剖沟成一个个散热片成本低、开发期短、适合大量生产形狀单纯，散热效果较差锻造式散热片Forge将铝块加热后利用高压充满模具内而形成细长比及材料致密度高，可变化形状模具费及设备费高，需二次加工折迭式散热片Folded将薄板片折呈鳍片排列形状，再用硬焊或锡焊方式与挤形过或机械加工过底板相结合成一散热片。可作高细长比的散热片，鳍片部分是一体折弯成型，有利于热传导之连续性，具有不同散热材料组合的弹性。有阻抗，无法排列很密刨片式散热片Skive先以挤型方式做出长条状带有凹槽的初胚，接着利用一特殊刀具将初胚创初一层层弯曲的鳍片出来。鳍片厚度可薄至0.5mm以下，同时鳍片与底板是一体成行无界面阻抗之问题，另外具有高鳍片密度，高散热片面积，高热导性。量产不易，刀具易磨损，制造材料多。推迭鳍片式散热片Stacked用锡膏将散热片和底板经高温炉粘在一起细长比高、重量轻、散热面积大，可适用不同材料之接合成板高、制程较多、锡膏存在有接口阻抗之问题插片式散热片

Crimping利用铝挤型挤出有沟槽的散热片底板，同时将铝板片或铜板片作成一片片的鳍片，接着将每片鳍片插入散热片底板的沟槽上，再利用导热黏胶或焊锡将两者接合起来。细长比可达60倍以上，鳍片可选择不同材料。焊接效果难控制，造成界面阻抗增加，焊接后强度不可保证铸造式散热片Die-Cast系经精密的风到设计，于模具上开适当的鳍片排列，将铝块加热至降伏点后，于模穴内利用高压使铝材充满模穴而形成柱状鳍片。鳍片高度可达50mm以上，厚度可薄至1mm以下散热片容易有鳍片高度不均之现象，模具费用高专用机加工类散热片Machining

直接由金属块将材料加工成具有鳍片间隙的散热片型式。通常是在CNC机台上以GangSaw刀具来加工制造散热片，此刀具具有多重精密排列的锯轮。

适用于高性能散热片的制造，如铜散热片加工，且容易自动化。加工过程中易造成鳍片损害和变形问题，同时产生大量废料与材料耗损，较不具生产性。散热材料的特性合金编号

(AlloyNo.)密度(Density)g/cm3弹性系数

(ModulusofElasticity)(Young’sModulus)GPa热膨胀系数

(CoefficientofThermalExpansionat20oCto300oC)mm/m．K热传导系数(ThermalConductivityat20oC)W/m．K导电率

(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弹性率7.0

kg/mm2X1037.0

kg/mm2X1037.0

kg/mm2X1037.5

kg/mm2X1037.3

kg/mm2X103刚性率2.7

kg/mm2X1032.7

kg/mm2X1032.7

kg/mm2X1032.9

kg/mm2X1032.3

kg/mm2X103溶融温度范围650-660oC600-650oC580-650oC500-640oC475-640oC比热(0~100oC)0.22

cal/g‧oC0.21

cal/g‧oC0.22

cal/g‧oC0.22

cal/g‧oC0.23

cal/g‧oC线膨胀率(20~100oC)24X10-6/oC23.4X10-6/oC23.6X10-6/oC23.2X10-6/oC23.6X10-6/oC热传导率(25oC)cal/cm‧s‧oC0.50.480.370.290.29热传导率(25oC)W/mK209.5201.12155.03121.51121.51比电气阻(20oC)0.0282

Ωmm2/m0.033

Ωmm2/m0.043

Ωmm2/m0.057

Ωmm2/m0.058

Ωmm2/m等容量导电率(20oC)-

%IACS53

%IACS40

%IACS30

%IACS30

%IACS表面处理在产品中的应用各种表面处理的应用表面处理在产品中的应用使产品表面平滑、光亮、美观，具有凸显轮廓的表面特征。增加材料表面辐射，降低材料体积和成本改变材料表面化学性质，提高材料耐蚀性、耐磨性及着色性。123表面处理在产品中的应用常用塑胶材料的特性ABS塑料

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

比重:1.05克/立方厘米

成型收缩率:0.4-0.7%

成型温度：200-240℃

干燥条件：80-90℃

2小时物料性能1、综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好.适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件和电讯零件.2、与372有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀铬,喷漆处理.3、有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。4、流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等好，柔韧性好。PS塑料

英文名称:Polystyrene(聚苯乙烯)

比重:1.05克/立方厘米

成型收缩率:0.6-0.8%

成型温度：170-250℃

干燥条件：70-90℃物料性能电绝缘性(尤其高频绝缘性)优良,无色透明,透光率仅次于有机玻璃,着色性耐水性,化学稳定性良好,.强度一般,但质脆,易产生应力脆裂,不耐苯.汽油等有机溶剂.适于制作绝缘透明件.装饰件及化学仪器.光学仪器等零件.PMMA塑料(有机玻璃)

英文名称:PolymethylMethacrylate(聚甲基丙烯酸甲脂)

比重:1.18克/立方厘米

成型收缩率:0.5-0.7%

成型温度：160-230℃

干燥条件：70-90℃

4小时物料性能透明性极好,强度较高,有一定的耐热耐寒性,耐腐蚀,绝缘性良好,综合性能超过聚苯乙烯,但质脆,易熔于有机溶剂,如作透光材料,其表面硬度稍低,容易擦花.适于制作透明绝缘零件和强度一般的零件.常用塑胶材料的特性PC塑料

英文名称:Polycarbonate(聚碳酸脂)

比重:1.18-1.20克/立方厘米

成型收缩率:0.5-0.8%

成型温度：230-320℃

干燥条件：110-120℃

8小时物料性能冲击强度高，尺寸稳定性好，无色透明，着色性好，电绝缘性、耐腐蚀性、耐磨性好，但自润滑性差，有应力开裂倾向，高温易水解，与其它树脂相溶性差。适于制作仪表小零件、绝缘透明件和耐冲击零件PA塑料(尼龙)

英文名称: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

成型收缩率:PA6-0.8-2.5%

PA66-1.5-2.2%

成型温度：220-300℃

干燥条件：100-110℃

12小时物料性能坚韧,耐磨,耐油,耐水,抗酶菌,但吸水大.适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件,以及化工,电器,仪表等零件尼龙6弹性好,冲击强度高,吸水较大尼龙66性能优于尼龙6,强度高,耐磨性好尼龙610与尼龙66相似,但吸水小,刚度低尼龙1010半透明,吸水小,耐寒性较好常用塑胶材料的特性塑胶件零件的壁厚选择塑胶种类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+玻纤0.450.751.62.4～3.2PMMA0.81.52.24～6.5PC0.951.82.33～4.5塑胶种类型腔斜度型芯斜度ABS40”～1.2度35”～1度PA66+玻纤25”～45”20”～40”PMMA35”～1度30”30”～1度PC35”～1度30”～50”常用塑胶材料的特性旋压与冲压工艺介绍一、旋压工艺的概念旋压是一种综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲、环轧、横轧和滚挤等工艺特点的少无切削加工的先进工艺，将金属筒坯、平板毛坯或预制坯用尾顶顶紧在旋压机芯模上，由主轴带动芯棒和坯料旋转，同时旋压轮从毛坯一侧将材料挤压在旋转的芯模上，使材料产生逐点连续的塑性变形，从而获得各种母线形状的空心旋转体零件。二、旋压的种类针对不同毛坯的变形特点，一般可以分为普通旋压和强力旋压两种。在旋压过成中，改变毛坯的形状而基本不改变其壁厚者称为普通旋压；在旋压过程中，既改变毛坯的形状又改变壁厚者称为强力旋压。普通旋压的基本方式主要有：拉深旋压（拉旋）、缩径旋压（缩旋）和扩径旋压（扩旋）三种。普通旋压主要是改变毛坯的形状，而壁厚改变很小或不改变，其毛坯形状及尺寸的设计计算是关键技术。其工艺要素为旋压轮运动轨迹、旋轮直径、旋压间隙、进给率、主轴转速、旋压线速度、旋轮圆角半径、旋轮前侧面与模具母线夹角等。

强力旋压主要是改变工件的壁厚和直径尺寸，工件长度会相应作以改变，其工艺要素为旋轮直径、旋轮圆角半径、旋轮前角、旋轮后角、旋压攻角、主轴转速、进给率、旋压间隙、旋压道次、减薄率、工件半锥角、旋压线速度等。旋压工艺三、旋压加工技术特点：旋压属于局部连续性的加工，瞬间的变形区小，总的变形力小。可以加工形状复杂的零部件或高难度难变形的材料，如皮带轮、灯具配件等。旋压加工材料利用率高，可以与冲压加工、剪板加工、超声波清洗、电镀加工等工艺配套应用，以获得最好的经济效益.旋压加工的形状只能是旋转体，主要有桶状、圆椎行、曲母线状和组合型。旋压加工的材料有：铁板、铝板、不锈钢、铜板等。旋压工艺四、旋压工艺的优缺点优点：金属旋压工艺具有节省原材料、成本低廉、设备简单和产品质量高等优点。加工范围广，根据旋压机的能力可以制作大直径薄壁管材、变断面管材、球形、椭圆形、半球形以及带有阶梯和变化壁厚的几乎所有回转体制件。材料利用率高，材料生产成本低。制品性能显著提高。制品便面粗糙度低，尺寸公差小。在旋压过程中，由于制品坯料近似逐点变形，因此，其中任何夹渣、裂纹、砂眼等缺陷很容易暴露出来。这样，旋压过程也附带起到对制品的检验作用。缺点：旋压的坯料厚度不能太大。根据制品材质和直径不同，厚度一般为0.1mm~100mm不等。金属旋压工艺的批量有一定限制，过大过小都不合算。以中小批量较为有利。大批量时，旋压件比冲压件贵。只能加圆型或球型产品，异型产品需要结合其它工艺进行二次加工，对产品的结构有一定限制。金属旋压与板材冲压相比较，材料浪费较少，但人工费用略高。旋压工艺

一、什么是冲压冷冲压是指在常温下，利用安装在压力机上的冲模对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需要零件的一种压力加工方法。

二、冲压车间都做些什么冲压车间承担原材料卷料、板料的存放；卷料的开卷剪切；板料的剪切；大、中、小型冲压件的冲压生产；冲压件的存放；废料处理以及设备、模具的日常维修和保养等任务。三、冲压车间工艺流程原材料入库→开卷