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随着散热器在各工业领域的广泛应用,对其散热的性能要求也在不断的提高。翅片作为散热器强化传热的关键元件,其加工质量和结构的优劣将直接影响其强化传热的性能,而其加工制造一直是制造领域的一个难题。目前翅片成形的方法主要有铝挤、插翅、回流焊接、刨床切削等方法,这些方法存在工艺繁杂、乱翅、材料利用率低、成本高等问题,因此,本文针对目前翅片加工过程中所存在的问题,设计出了翅片单刀多次滚压成形方法,并对该成形方法进行了仿真分析与实验研究。
在分析研究金属塑性成形过程及其力学理论的基础上,对翅片滚压成形过程进行了基础理论研究。分析了翅片单刀滚压成形过程塑性变形的特点;建立了单刀滚压成形过程成形刀具受力的力学模型,并推导出成形刀具上的受力预测近似计算公式;依据最小阻力原理及在以往滚压成形刀具设计经验的基础上,改进设计出三种不同刃型的直壁式滚压刀具,建立起不同刀具滚压成形过程的理论计算模型;基于体积不变原理,定性推导出不同刀具滚压过程中滚压深度与翅高之间的函数关系,为翅片单刀多次滚压成形工艺的进一步研究提供理论基础。
基于翅片单刀多次滚压成形过程中刀具和工件之间的相对运动关系,建立了翅片单刀多次滚压成形有限元分析模型。采用ABAQUS有限元软件,分别对三种不同刃型刀具的滚压成形过程进行数值模拟分析,获得了翅片成形过程中等效应力、等效应变分布、翅片成形过程中金属流动规律以及成形过程中刀具的受力情况。通过对有限元模拟结果的对比分析,表明流线型刃型的滚压刀具是最有利于翅片长高的理想刀具。
依据模拟仿真结果所获得的滚压刀具结构参数,设计、加工出滚压刀具,在自行研制的试验装置上进行翅片加工试验,获得了较为理想的翅片,测量得到试验翅片结构参数,并将试验结果与仿真结果进行对比分析,表明有限元模拟仿真结果与翅片实际滚压成形结果在结构和参数上基本是吻合的,验证了仿真模拟结果的正确性和可行性;通过采用不同的滚压速度、不同的进给量、不同的润滑状态,研究了其对翅片长高过程的影响;对成形翅片进行了硬度测试实验,表明滚压成形后翅片的性能得到了明显的改善;对试验过程中所出现的一些问题,提出了相关的解决方案,为翅片单刀滚压成形方法在实际生产方面的推广和应用奠定了一定的基础。