CN111979458A - 一种铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺及其铝合金型材 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铝合金加工技术领域，具体涉及一种铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺及其铝合金型材。所述铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺，依次包括原料熔铸步骤、挤压成型步骤、铲齿加工步骤和时效热处理步骤；所述原料熔铸步骤，包括成分优化，以6063铝合金为基材，按照重量百分数计算，优化后的铝合金的原料成分包括：Mg 0.49‑0.52％、Si 0.37‑0.40％和Fe≤0.13％。所述铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺，以6063为基材的铝合金挤压加工工艺，通过原料熔铸步骤的成分优化和控制，适合挤压工艺和铲齿加工。制得的所述铲齿散热器的铝合金可挤压加工为性能和标准均为合格的铲齿散热器。

Description

一种铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺及其铝合金型材

技术领域

本发明涉及铝合金加工技术领域，具体涉及一种铲齿散热器的铝合金挤压 加工工艺及其铝合金型材。

背景技术

散热器作为传导、散热的装置，在风电、工业变频、壳体、居家、汽车等 方面得到了广泛的应用。散热器按材质大致分为铸铁、钢制和铝合金，其中铝 合金散热器具有质轻、耐蚀、美观和形状多样化等优点，近年来受到了越来越 多的青睐。

铝合金散热器主要的生产方式是一次性挤压成型。其优点是工序简单，但 对挤压模具的要求较高。一般而言，当散热器倍数即齿高/齿距的倍数比值为 5-10时，生产难度很大。即使能够勉强成型，模具的寿命也较短，很快就会失 效报废，提高了铝合金散热器生产成本。并且一次性挤压成型的铝合金散热器 的齿片的厚度受限，不能太薄，否则模具无法保证成型，影响了散热效果的提 高。

铲齿散热器具有不同的优势，一是可降低对挤压模具的要求，挤压型材主 要以板材或类板材为主，挤压成型较为容易；二是散热器倍数可以达到10甚至 15倍，拓宽了散热器的应用领域；三是可以生产齿片极薄的散热齿，使得单位 距离内的齿数明显增加，提升了散热器整体的散热效果。

虽然铲齿散热器有以上种种优点，但是对材质要求极高，必须金相组织均 匀且硬度适中，否则容易导致挤压型材出现弯齿、断齿、齿面不平等不良，损 耗严重。

如果没有合适的挤压加工工艺，因为只有到了铲齿加工工序，才知道前一个 挤压工序生产的铝合金挤压型材是否合格，检测有滞后性，故此，现在技术的 铲齿散热器很难实现稳定批量生产。

因此，开发金相组织均匀且硬度适中的铝合金，以满足客户对高效散热的 铲齿散热器的需求，具有很高的现实意义。

发明内容

本发明提出一种铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺及其铝合金型材，优化 后的所述铲齿散热器的铝合金具有金相组织均匀且硬度适中的特点，适合高倍 数的铲齿散热器的加工。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺，依次包括原料熔铸步骤、挤压成 型步骤、铲齿加工步骤和时效热处理步骤；所述原料熔铸步骤包括成分优化， 以6063铝合金为基材进行熔铸，按照重量百分数计算，优化后的铝合金的原料 成分包括：Mg 0.49-0.52％、Si 0.37-0.40％和Fe≤0.13％。

优选的，所述挤压步骤中，挤压出口温度为490℃-505℃。

优选的，所述挤压成型步骤中，冷却方式为自然冷却。

优选的，所述铲齿加工步骤中，铲齿加工的铲刀运行方向，必须与铲齿散 热器的铝合金的挤压成型的挤出方向相同。

优选的，所述铲齿加工步骤中，铲齿加工的加工时间必须在挤压完成后的 72小时之内。

优选的，所述铲齿加工步骤中，所述铲齿散热器的铝合金的整体硬度为 33-37Hv。

优选的，所述铲齿加工步骤中，所述铲齿散热器的齿高与齿距的倍数比值 为5-15。

优选的，所述时效热处理步骤中，热处理温度为180℃，时效热处理的时 间为3hr。

进一步的，本发明还提出了一种铝合金型材，通过以上所述的铲齿散热器 的铝合金挤压加工工艺制得。

进一步的，所述铝合金型材为6063系合金。

本发明的有益效果为：

本发明优化了6063合金的金属成分中的Mg、Si和Fe的含量，与现有技术 相比，本发明还提出严控挤压工艺中的出口温度和冷却方式，并进一步将铲齿 工艺的铲齿方向、加工时间进行优化设置，提升了材料的可加工性。

解决了金相组织不均匀且硬度不合适，容易导致挤压型材时出现弯齿、断 齿、齿面不平等不良，导致损耗严重的现有技术问题。

解决了散热器倍数即齿高/齿距的倍数比值＞5时，生产难度大的现有技术 问题，可满足散热器倍数＞5的铲齿散热器的加工。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的铝合金型材的挤压和铲齿加工的方向示意 图，图中的箭头表示的挤压和铲齿的铲刀的运行方向；

其中，铝合金型材1、铲齿散热器2和齿片21。

具体实施方式

下面结合具体实施方式进一步说明本发明的技术方案。

一种铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺，依次包括原料熔铸步骤、挤压成 型步骤、铲齿加工步骤和时效热处理步骤；所述原料熔铸步骤包括成分优化， 以6063铝合金为基材进行熔铸，按照重量百分数计算，优化后的铝合金的原料 成分包括：Mg 0.49-0.52％、Si 0.37-0.40％和Fe≤0.13％。

本发明所述的铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺，是以6063为基材的铝合 金挤压加工工艺，通过原料熔铸步骤的成分优化和控制，并对挤压工艺和铲齿 加工进行改善，制得所述铲齿散热器的铝合金的金相组织均匀和硬度适中，可 挤压加工为性能和标准均为合格的铲齿散热器。

以6063铝合金为基材，通过添加高纯度的铝锭、金属硅或铝硅中间合金、 以及镁锭，优化原料中含有的Mg和Si的含量，获得硬度适中的铝合金型材。 Mg和Si是影响材料硬度的主要成分，按照重量百分数计算，设定Mg的含量为 0.49-0.52％、Si的含量为0.37-0.40％；如果Mg或Si的含量低于下限，容易使 铲齿加工的挤压型材的硬度低，铲出的散热齿弯曲不直，使经过铲齿和热处理 后的最终产品的硬度，低于《GB/T6892-2015一般工业用铝及铝合金挤压型材》 标准的关于6063的硬度要求，导致最终性能不合格，而且无法通过熔铸的工序 补救；如果Mg或Si的含量超过了上限，铲齿加工包含有挤压型材的硬度高， 加工时容易出现断齿。其中含有的Fe不需添加，是原料携带的杂质，只需尽量 控制不超过设定的范围值。

Fe的含量如果＞0.13wt％，会形成高熔点的硬质化合物，各区域的金相组 织均匀性降低，降低了制得的铝合金型材的可挤压加工性能，铲齿加工时，导 致同一片散热器的边部与中部的高度不一致，出现齿面不平的不良现象，产生 不必要的不合格品损失。若对Fe的含量做过低的要求也不合适，因为金属的原 始原料中不可避免的含有一部分的Fe，过高的要求降低Fe含量会导致生产成 本的上升。因为Fe的实际含量值，会随着每批原料的不同有一定的波动，控制 目标是要求越低越好，举个反例，比如Fe的含量要求设为0.05-0.13wt％，实 际含量只有0.02wt％，那就需要增加铁剂，这种操作是违背工艺预期的而且也 是没有必要的。

原料中的其他化学元素，按GB/T3190--2008《变形铝及铝合金化学成分》 标准的牌号为6063的成分要求进行控制即可，详见表1，无需特殊控制。不超 出该标准要求范围，否则就不属于6063标准的铝合金。

表1GB/T3190--2008《变形铝及铝合金化学成分》的6063合金成分(wt％)

化学元素	Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Zn	Ti	其它单个	其它合计	Al
												含量(％)	0.2-0.6	0-0.35	0.10	0.10	0.45-0.9	0.10	0.10	0.10	0.05	0.15	余量

优选的，所述挤压步骤中，挤压出口温度为490℃-505℃。

所述的铲齿散热器的铝合金的挤压出口温度需要控制在490℃-505℃范围 内。温度低于490℃，容易使铲齿加工的挤压型材的硬度偏低，铲出的散热齿 弯曲不直，同时会粘刀，增加了铲齿设备的故障率；温度高于505℃，容易使 铲齿加工的挤压型材的硬度高，铲齿加工时容易出现断齿。

优选的，所述挤压成型步骤中，冷却方式为自然冷却。

所述的铲齿散热器的铝合金的冷却方式：挤压过程中不能风冷或者水冷， 必须自然冷却。需要关闭在线淬火设备，同时冷床区域的风扇也必须关闭，使 挤压的型材在加工环境中自然冷却至室温。

挤压的过程中如果增加额外的降温因素进行冷却，会加大所述的铲齿散热 器的铝合金的型材的冷却速率，从而提高了所述的铲齿散热器的铝合金的型材 在铲齿加工前的硬度，将导致因材料的硬度过高而造成铲齿过程中的断齿。

优选的，所述铲齿加工步骤中，铲齿加工的铲刀运行方向，必须与铲齿散 热器的铝合金的挤压成型的挤出方向相同。

铲齿加工方向，即铲齿加工的铲刀运行方向，必须与挤压成型的挤出方向 相一致，如图1所示。

在挤压过程中所述铲齿散热器的铝合金的金相组织会发生组织变形，在X、 Y、Z方向的金相分布并不是完全一致的，金相组织沿着挤压方向呈现出一定的 方向性。当铲齿加工方向与挤压方向一致时，可保证散热齿的顺利成型；反之， 则散热齿极易扭曲变形、不整齐不规则。

优选的，所述铲齿加工步骤中，铲齿加工的加工时间必须在挤压完成后的 72小时之内。

所述铲齿散热器的铝合金的铲齿加工的延迟时间，必须在挤压完成后的72 小时内进行铲齿加工。

因为挤压型材在室温下放置过程中，会发生自然时效，导致整体的硬度缓 慢持续上升。如果加工延迟时间过长，则可能导致挤压型材的硬度过高，铲齿 加工的时候发生断齿，导致铲齿失败。

优选的，所述铲齿加工步骤中，所述铲齿散热器的铝合金的整体硬度为 33-37Hv。

所述铲齿散热器的铝合金的整体硬度控制在33Hv至37Hv之间；低于33Hv 散热齿容易弯曲，不直，同时会粘刀，增加铲齿设备故障率；高于37Hv的硬度 太高硬，散热齿的容易在齿根处断裂，导致加工失败。

优选的，所述铲齿加工步骤中，所述铲齿散热器的齿高与齿距的倍数比值 ＞5。

本发明所述的铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺的制得铝合金的金相组织 均匀，硬度适中，可满足散热器倍数即齿高/齿距的倍数比值＞5生产要求，降 低了对挤压模具的制作难度。

优选的，所述时效热处理步骤中，热处理温度为180±10℃，时效热处理 的时间为3-5hr。

所述时效热处理是铲齿加工后的时效处理，因此时效处理的温度和时间的 变化不会影响整体的铲齿加工效果和成型，但是会影响最终产品的硬度或者强 度。不合适的时效温度和时间会使最终产品过软，在实际搬运过程、使用过程 中容易变形。合适的时效温度和时间，会是铲齿后的散热器具有较高的硬度或 者强度。

通过时效热处理，可使刚经铲齿加工的铲齿散热器析出相强化，硬度得到 提高，可使铲齿散热器的成品具有的使用性能更稳定。

实际生产中，因为热处理炉自身的控温能力和规格，不可能限制在某一确 定的温度点，不同位置的温度会有波动，故此，改为时效热处理的温度设为范 围值较为合适。时效时间与产品的厚度、炉子内的实际装炉量、摆放方式等也 有关系，时效热处理的时间设为范围值与实际更相符。

进一步的，本发明还提出了一种铝合金型材，通过以上所述的铲齿散热器 的铝合金挤压加工工艺制得。

有益效果：所述铝合金型材，通过原料熔铸步骤的成分优化，在挤压成型 步骤进行挤压工艺改善，并对铲齿加工的铲刀运行方向和加工时间进行管控， 制得的所述铝合金型材组织均匀和硬度适中，可以挤压加工为性能和标准均为 合格的铲齿散热器。

进一步的，所述铝合金型材为6063系合金。

有益效果：本发明优化了6063合金的金属成分中的Mg、Si和Fe的含量， 与现有技术相比，本发明还提出严控挤压工艺中的出口温度和冷却方式，并进 一步将铲齿工艺的铲齿方向、加工时间进行优化设置，提升了材料的可加工性。

实施例和对比例

1、一种铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺，依次包括原料熔铸步骤、挤压 成型步骤、铲齿加工步骤和时效热处理步骤；所述原料熔铸步骤，包括成分优 化，以6063铝合金为基材，按照重量百分数计算，优化后的铝合金的原料成分 包括：Mg 0.49-0.52％、Si 0.37-0.40％和Fe≤0.13％；

所述挤压步骤中，挤压出口温度为490℃-505℃，冷却方式为自然冷却；

所述铲齿加工步骤中，铲齿加工的铲刀运行方向，必须与所述铲齿散热器 的铝合金的挤压成型的挤出方向相同，铲齿加工的加工时间必须在挤压完成后 的72小时之内；所述铲齿散热器的铝合金的整体硬度为33-37Hv；所述铲齿散 热器的齿高与齿距的倍数比值＞5；

所述时效热处理步骤中，热处理温度为180±10℃，时效热处理的时间为 3-5hr。

2、一种铝合金型材，通过以上所述的铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺制 得；所述铝合金型材为6063系合金，满足GB/T3190--2008《变形铝及铝合金 化学成分》标准的牌号为6063的成分要求。

3、各实施例和对比例的具体成分和加工的工艺参数，分别详见表2和表3。

4、对各实施例和对比例加工的铲齿散热器进行外观检测，检查是否有弯齿、 断齿、齿面不平等外观不良，检测结果分别详见表2和表3。

表2实施例的有关信息和检测数据

表3对比例的有关信息和检测数据

下面根据以上的各个实施例和对比例的情况和检测结果分析说明：

1、实施例1-7的铝合金的成分均满足GB/T3190--2008《变形铝及铝合金 化学成分》标准的牌号为6063的成分要求；按照重量百分数计算，铝合金的原 料成分包括：Mg0.49-0.52％、Si 0.37-0.40％和Fe≤0.13％；

所述挤压步骤中，挤压出口温度为490℃-505℃，冷却方式为自然冷却；

所述铲齿加工步骤中，铲齿加工的铲刀运行方向，必须与所述铲齿散热器 的铝合金的挤压成型的挤出方向相同，铲齿加工的加工时间必须在挤压完成后 的72小时之内；所述铲齿散热器的铝合金的整体硬度为33-37Hv；所述铲齿散 热器的齿高与齿距的倍数比值＞5；所述时效热处理步骤中，热处理温度为180 ±10℃，时效热处理的时间为3-5hr。

实施例1-7制得的所述铲齿散热器的检测结果显示外观无不良现象，全部 合格，说明本发明所述的铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺是有效的，制得铝 合金型材适合散热器倍数＞5的铲齿散热器的加工，制得的铲齿散热器的性能 合格，并且满足《GB/T6892-2015一般工业用铝及铝合金挤压型材》标准的6063 合金的硬度要求。

2、分析对比例1和2，与实施例5对比，对比例1和2的不同之处在于： 对比例1和2的铝合金的原料中Si的含量不同，分别为0.45wt％和0.35wt％， 超出了本发明所述的铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺设定的Si含量为 0.37-0.40wt％的范围；造成对比例1的整体硬度偏高为40Hv，导致对比例1的 铲齿散热器的外观不合格，铲齿加工过程中出现断齿的不良现象；造成对比例 2的整体硬度偏低为30Hv，导致对比例1的铲齿散热器的外观不合格，铲齿加 工过程中出现弯齿的不良现象；故此，设定的Si含量为0.37-0.40wt％的范围较为适宜，可确保所述的铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺制得的铝合金型材 的整体硬度为33-37Hv的合理范围内。

3、分析对比例3和4，与实施例5对比，对比例3和4的不同之处在于： 对比例3和4的铝合金的原料中Mg的含量不同，分别为0.57wt％和0.45wt％， 超出了本发明所述的铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺设定的Mg含量为 0.49-0.52wt％的范围；造成对比例3的整体硬度偏高为43Hv，导致对比例3的 铲齿散热器的外观不合格，铲齿加工过程中出现断齿的不良现象；造成对比例 4的整体硬度偏低为28Hv，导致对比例4的铲齿散热器的外观不合格，铲齿加 工过程中出现弯齿的不良现象；故此，设定的Mg含量为0.49-0.52wt％的范围较为适宜，可确保所述的铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺制得的铝合金型材 的整体硬度为33-37Hv的合理范围内。

4、分析对比例5，与实施例5对比，对比例5的不同之处在于：对比例5 的铝合金的原料中Fe的含量不同，为0.16wt％，超出了本发明所述的铲齿散热 器的铝合金挤压加工工艺设定的Fe含量≤0.13wt％的范围；造成对比例5的铝 合金的熔铸中形成高熔点的硬质化合物，各区域的金相组织均匀性降低，降低 了制得的铝合金型材的挤压加工性能，铲齿加工时，导致同一片散热器的边部 与中部的高度不一致出现齿面不平的不良现象，制得的铲齿散热器不合格，造 成不必要的质量损失；故此，设定的Fe含量≤0.13wt％的范围较为适宜，可确 保所述的铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺制得的铝合金型材具有分布均匀的金相组织，获得良好的铲齿加工性能。

5、分析对比例6和7，与实施例5对比，对比例6和7的不同之处在于： 对比例6和7的铝合金的挤压加工的挤压出口温度不同，分别为520和460℃， 超出了本发明所述的铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺设定的挤压加工的挤压 出口温度为490-505℃的范围；造成对比例6的整体硬度偏高为42Hv，导致对 比例6的铲齿散热器的外观不合格，铲齿加工过程中出现断齿的不良现象；造 成对比例7的整体硬度偏低为26Hv，导致对比例7的铲齿散热器的外观不合格， 铲齿加工过程中出现弯齿的不良现象；故此，设定的挤压出口的温度为 490-505℃的范围较为适宜，可确保所述的铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺制 得的铝合金型材的整体硬度为33-37Hv的合理范围内。

6、分析对比例8和9，与实施例5对比，对比例8和9的不同之处在于： 对比例8和9的铝合金的挤压加工的冷却方式不同，分别为风冷和水冷，与本 发明所述的铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺设定的自然冷却的冷却方式不同 范围；风冷的冷却方式造成对比例8的整体硬度偏高为41Hv，导致对比例8的 铲齿散热器的外观不合格，铲齿加工过程中出现断齿的不良现象；水冷的冷却 方式造成对比例9的整体硬度偏高为45Hv，导致对比例9的铲齿散热器的外观 不合格，铲齿加工过程中出现断齿的不良现象；故此，设定的挤压加工的冷却 方式为自然冷却较为适宜，可确保所述的铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺制 得的铝合金型材的整体硬度为33-37Hv的合理范围内。

综上所述，本发明所述的铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺，通过成分优 化进一步缩窄了铝合金原料中的Si、Mg和Fe的含量范围要求，制得铝合金具 有分布均匀的金相组织，硬度适中为33-37Hv适合铲齿加工，铲齿加工时不会 出现断齿、弯齿或者齿面不平的不良现象，提高了铲齿散热器的加工合格率， 以及可加工的散热器倍数范围，合格率高可实现稳定批量生产，可满足客户和 市场的高散热效率的铲齿散热器的需求。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本 发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的 解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具 体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺，其特征在于，依次包括原料熔铸步骤、挤压成型步骤、铲齿加工步骤和时效热处理步骤；所述原料熔铸步骤包括成分优化，以6063铝合金为基材进行熔铸，按照重量百分数计算，优化后的铝合金的原料成分包括：Mg 0.49-0.52％、Si 0.37-0.40％和Fe≤0.13％。

2.根据权利要求1所述的铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺，其特征在于，所述挤压步骤中，挤压出口温度为490℃-505℃。

3.根据权利要求2所述的铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺，其特征在于，所述挤压成型步骤中，冷却方式为自然冷却。

4.根据权利要求1所述的铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺，其特征在于，所述铲齿加工步骤中，铲齿加工的铲刀运行方向，必须与铲齿散热器的铝合金的挤压成型的挤出方向相同。

5.根据权利要求4所述的铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺，其特征在于，所述铲齿加工步骤中，铲齿加工的加工时间必须在挤压完成后的72小时之内。

6.根据权利要求4所述的铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺，其特征在于，所述铲齿加工步骤中，所述铲齿散热器的铝合金的整体硬度为33-37Hv。

7.根据权利要求1所述的铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺，其特征在于，所述铲齿加工步骤中，所述铲齿散热器的齿高与齿距的倍数比值为＞5。

8.根据权利要求6所述的铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺，其特征在于，所述时效热处理步骤中，热处理温度为180±10℃，时效热处理的时间为3-5hr。

9.一种铝合金型材，其特征在于，通过权利要求1至8任意一项所述的铲齿散热器的铝合金挤压加工工艺制得。

10.根据权利要求8所述的铝合金型材，其特征在于，所述铝合金型材为6063系合金。

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