大功率LED散热器散热性能分析及其冷挤压成形模具结构优化研究

发布时间：2020-05-29 12:35

【摘要】：随着LED灯的出现，其环保和节能的特点正在引发全球照明行业内新的革命。但这次照明史上的第四次飞跃却存在阻力，其中LED灯散热问题更是照明天空的一片乌云，尤其是在电子芯片高度集成化的今天，功率密度越来越大，芯片的散热需求大大超过以前水平，对散热器也提出了更加严格的要求。冷挤压作为成形LED散热器的新工艺，为LED灯提供了新的散热方案，因而对其散热性能和成形过程的研究具有十分重要的理论意义和实际应用价值。论文通过对比冷挤压散热器与传统工艺制造散热器散热性能差异，得出在相似结构和输入功率条件下，冷挤压散热器上温度分布更均匀且保持低值，因而散热性能优于拉铝型材和压铸铝散热器；通过研究不同摆放条件对冷挤压蜂巢散热器散热性能的影响，表明在选取的三个方向上散热器竖直向下放置其散热性能最佳，，竖直向上次之，水平摆放时散热性能最差，其中“烟囱效应”起到至关重要的作用；通过构建正交实验对鳍片式散热器不同结构参数下的散热性能研究，得出五个结构参数对散热性能影响的大小顺序为：底板厚度＞弧度半径＞叶片厚度＞叶片数目＞中心壁厚，并推广到翅片式和蜂窝状散热器中，底板厚度和翅片或蜂窝高度是散热性能最主要的影响因素。论文构建了冷挤压成形散热器的模具系统，采用有限元仿真方法分析了三种LED灯散热器的成形过程，对模具进行了受力和应力应变分析，并依据分析结果指导模具的结构优化。在鳍片式和翅片式散热器中，上模孔需设计一定的斜度，上模冲头和模孔需热处理加强，下凹模应设计为组合凹模。对复杂的蜂巢散热器成形模具结构进行了两次优化，结果表明冲头倒圆角会大大改善模具的受力情况，优化后的圆角大小上、下模分别为0.5mm和0.25mm，使得成形力从最开始的830T降低为700T，降低了15.66%。论文对使用冷挤压散热器的LED灯进行散热性能测试，获得了其实际工作时点亮过程的温升曲线和关闭电源后的温降曲线，并通过对稳定阶段的实测验证了有限元计算结果的合理性；另外，对散热器冷挤压前后材料的金相组织和性能进行测试与分析，发现冷挤压后材料的组织明显细化、拉伸性能和表面显微硬度显著升高，表明冷挤压后出现了加工硬化现象。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM923.34

【参考文献】