铝合金压铸散热模块结构设计研究
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摘要
随着中国经济高速发展和人民生活水平日益提高,中国逐渐成为汽车产品的消费大国,广大消费者对于汽车娱乐系统的功能和性能不断提出更高的要求。汽车从一个纯粹以运输代步的单一功能产品,正在向多功能方向发展。对于车载娱乐系统而言,车载功放系统逐渐成为中高端汽车所必备的电子设施。
在本文的研究过程中,运用了虚拟制造技术对车载功放散热模块和导热介质的材料进行选择;对车载功放产品的机械结构和散热性能进行设计和优化;对功放散热片的模具的压铸制造工艺方案和过程进行仿真研究,并确认最佳的压铸工艺方案和参数;产品的设计开发过程结束后,通过一系列实验测试对完成的产品进行设计验证;最后将测试结果与虚拟仿真的结果进行比对,以验证设计开发过程中虚拟仿真的准确性。
研究证明,通过虚拟仿真技术在产品概念设计、结构设计、模拟仿真、工艺分析等各个环节的应用,优化了产品结构,改善了散热性能,减少了开发过程中产品和模具改动,缩短了开发周期,降低了开发成本,提高了产品的可靠性和稳定性。
With the development of socioeconomic and the improvement of the people’s living standards, China has become one of the biggest countries consuming automotive, while entertainment systems such as integrated audio, navigation and communication functions are required to be increasingly improved. Automotive, purely as a single-function transport vehicle to travel, has been developed in a multi-direction way. For car entertainment systems, rear seat entertainment system, the global car TV, high-performance navigation systems, media player, integrated Class D amplifier and other functions is essential in high-end automotive electronics facility.
In this paper, virtual manufacturing technology is adopted to select materials of heat dissipation module and thermal interface material, perform conduct design and optimization for mechanical structure and thermal performance. The optimal die-casting parameters and proposal are obtained by simulation of molding and manufacturing process for heatsink. After research and design process, Series of tests and comparison are applied to verify the final product. Virtual simulation accuracy is verified by comparing between test results and simulation results.
It can be seen from the investigation that, by applying simulation of virtual manufacturing technology in all links such as concept design, mechanical design, simulation and preprocessing analysis, achievement of optimizing of mechanical structure, improving thermal performance and decreasing changing times in mould design can obtained, which reduces R&D period and cost of development, and increase the reliability of production.
在本文的研究过程中,运用了虚拟制造技术对车载功放散热模块和导热介质的材料进行选择;对车载功放产品的机械结构和散热性能进行设计和优化;对功放散热片的模具的压铸制造工艺方案和过程进行仿真研究,并确认最佳的压铸工艺方案和参数;产品的设计开发过程结束后,通过一系列实验测试对完成的产品进行设计验证;最后将测试结果与虚拟仿真的结果进行比对,以验证设计开发过程中虚拟仿真的准确性。
研究证明,通过虚拟仿真技术在产品概念设计、结构设计、模拟仿真、工艺分析等各个环节的应用,优化了产品结构,改善了散热性能,减少了开发过程中产品和模具改动,缩短了开发周期,降低了开发成本,提高了产品的可靠性和稳定性。
With the development of socioeconomic and the improvement of the people’s living standards, China has become one of the biggest countries consuming automotive, while entertainment systems such as integrated audio, navigation and communication functions are required to be increasingly improved. Automotive, purely as a single-function transport vehicle to travel, has been developed in a multi-direction way. For car entertainment systems, rear seat entertainment system, the global car TV, high-performance navigation systems, media player, integrated Class D amplifier and other functions is essential in high-end automotive electronics facility.
In this paper, virtual manufacturing technology is adopted to select materials of heat dissipation module and thermal interface material, perform conduct design and optimization for mechanical structure and thermal performance. The optimal die-casting parameters and proposal are obtained by simulation of molding and manufacturing process for heatsink. After research and design process, Series of tests and comparison are applied to verify the final product. Virtual simulation accuracy is verified by comparing between test results and simulation results.
It can be seen from the investigation that, by applying simulation of virtual manufacturing technology in all links such as concept design, mechanical design, simulation and preprocessing analysis, achievement of optimizing of mechanical structure, improving thermal performance and decreasing changing times in mould design can obtained, which reduces R&D period and cost of development, and increase the reliability of production.
引文
[1]朱民,IT时代周刊。2010年第14期
[2]李翌,我国车载信息娱乐系统的发展趋势以及在商用车领域的应用。汽车零部件,2010(9):64-72
[3]常亚梅,车载娱乐系统方面的一些技术动向。轻型汽车技术2007(7/8)(总215/21):49-50
[4]张雪粉,陈旭.功率电子散热技术.电子与封装. 2007,7(6):35-48
[5]杨桂杰,杨银堂,李跃进.多芯片组件热分析技术研究[J].微电子学与计算机.2003,7:7 8-80 .
[6] Ozmat B., Instruments T., Dallas T. X. Interconnect technologies and the thermal performance of MCM [J]. IEEE Trans Components, Packaging, and Manufacturing Technology, 1992, 15(5) :860
[7]张忠建,浅析虚拟制造技术应用。新西部(下半月),2007,16(8):44
[8]洪明刚,虚拟制造技术的内涵及应用。科海故事博览·科教创新,2009(2)(总347):211
[9]强军,黄贻培,CAD在现代工程设计及虚拟制造中的应用。重庆文理学院学报(自然科学版),2008,27(4):58-61[10]陶表达,姚桂玲,虚拟技术在现代机械产品研发中的应用。湖北第二师范学院学报,2010,27(2):105-107
[11]刘淑芬,高奇,虚拟制造技术在现代机械工程设计领域中的应用。装备制造技术,2009(6):86-87
[12]王帆,徐琦,虚拟制造领域的国内外典型案例分析及启示。全国商情·经济理论研究,2009(16):40-44
[13]牟影,CAD/CAM在虚拟制造中的应用。科学之友,2008(18):132-133
[14]杨亚峰,刘丽,贾洪哲,虚拟装配在收获机上的应用。现代化农业,2009(8)(总361):53
[15]刘军,陈合顺等,基于虚拟制造技术的田园机械建模与仿真。河南科技大学学报:自然科学版,2007,28(5):49-59
[16]杨国哲,王立平等,基于虚拟制造技术的运动平台误差模型。机床与液压,2007,35(2):12-14
[17]张娜妮,姜建国等,表面贴装生产线的三维仿真系统。计算机应用与软件,2009,26(2):55-57
[18]吴晓丹,塑料异型材挤出成型模具建模和仿真技术。广东技术师范学院学报,2007(10):58-60
[19]涂勇,杨亮华等,基于三维模型的虚拟制造技术应用。河南机电高等专科学校学报,2008,16(4):6-7
[20]刘佳勋,樊留群,虚拟汽车冲压线的建立方法与实践。组合机床与自动化加工技术,2007(9):86-90
[21]蒋长顺,谢扩军,许海峰,等.三维多芯片组件的散热分析[J].电子与封装,2005,11(5) 21-25.
[22]李高宝.电力电子设备自然冷却热设计.质量与可靠性. 2006,2:30-33
[23]张年华.电力电子器件的散热分析与方案设计.技术前沿,2007, 11(9): 67-71
[24]汽车电子散热及可靠性设计中的电子元件.电子元器件应用. 2005:34
[25]李伟春,梁亚冲.某大功率功放的热设计.电子机械工程.2003, 19(1): 31-35
[26]李祥臣.大功率电源模块的散热设计与优化.科技咨询导报,2006(18)
[27]陈国强,朱敏波.电子设备强迫风冷散热特性测试与数值仿真.计算机辅助工程. 2008, 17(2): 24-26
[28] Narumanchi, S.V.J., et al., 2006,“Advanced Thermal Interface Materials to Reduce Thermal Resistance”, NREL Technical/Milestone Report, NREL Report No. TP-540-40617.
[29] Hassani, V., Vlahinos, A., Bharathan, D., 2007,“Low Thermal Resistance Power Module Assembly”, US Patent # 7190581, March 13, 2007.
[30] Agostini, B., Fabbri, M., Thome, J. and Michel, B., 2007,“State of the Art of High Heat Flux Cooling Technologies”, Heat Transfer Engineering, 28(4), 258-281.
[31] Bar-Cohen, A. and Iyengar, M. (2002).“Design and optimization of air-cooled heat sinks for sustainable development”, IEEE transactions on components and packaging technologies, Vol. 25(4), PP 584-591.
[32] Park, Park-Kyoun Oh, Hyo-Jae Lim (2006),“The application of the CFD and Kriging method to an optimization of heat sink”, International Journal of Heat and Mass Transfer 49 3439–3447
[33] Parry J,. Bornoff R.B, Stehouwer P, Driessen L T, and Stinstra E (2004), Simulation-Based Design Optimization Methodologies Applied to CFD”, IEEE transactions on components and packaging technologies, vol. 27, no. 2, June PP 391– 397
[34]胡建辉,李锦庚等,变频器中的IGBT模块损耗计算及散热系统设计。电工技术学报,2009,24(3):159-163
[35]王丽,大功率电子设备结构热设计研究。无线电工程,2009,39(1):61-64
[36]张永刚,某型功放模块散热设计研究。中国制造业信息化,2008:20-21
[37]陈吉安,姚锦元等,有限元优化技术在散热器结构设计中的应用。低温工程,2003(2)(总132) :60-63
[38]张忠海,电子设备中高功率器件的强迫风冷散热设计。电子机械工程,2005,21(3):18-21
[39]钟世友,漆全等,机载电子设备功放模块的热设计。中国雷达行业协会航空电子分会暨四川省电子学会航空航天专委会学术交流会论文集,2005:365-368
[40]金文丽,基于FLUENT的功放散热优化设计。《新技术新工艺》·数字技术与机械加工工艺装备,2010(8):22-25
[41]周国强,机车散热器空气流动的数值模拟分析。内燃机车,2010(9)(总439):12-15
[42]齐颖,谭宗啸,平面阵列天线功放组件散热仿真设计。2008年电子机械与微波结构工艺学术会议论文集,2008:255-269
[43]李贺佳,毕小平等,基于Fluent二次开发的散热器芯部外形参数化建模。车辆与动力技术,2008(1)(总109):36-43
[44]付娟,吴本南,多功能发热模块的散热冷板设计。电子机械工程,2007,23(3):31-34
[45]卢申林,电子产品的散热设计。电子质量-集成电路与元器件卷,2004(12):46-48
[46]李高宝,电力电子设备自然冷却热设计。第十六届全国电源技术年会论文集,2005:872-875
[47]白秀茹,计算机仿真在电子设备热设计中的应用。2005中国电源散热器应用和技术发展研讨会,2005:57-66
[48]姜红明,任康,综合应用Inventor和FLOTHERM对系统实施热设计。电子机械工程,2007,23(5):14-16
[49]胡勇,闫洪,数值模拟技术在汽车螺塞压铸工艺设计中的应用。铸造,2006,55(3):262-265
[50]黄引平,马敏团,ProCAST在大型复杂铸件工艺优化中的工程实践。2007 UFC中国用户论文集,2007:2-11
[51]李建生胡建明等,基于ProCAST的铝合金压铸实例。模具制造,2010(10):57-65
[52]杜强,王利明,A356铝合金显微疏松与二次枝晶臂距的计算机模拟。中国有色金属学报,2001,11(2):226-229
[53]周玉辉,吴卫,压铸过程温度场的数值模拟及其在ProCAST中的应用。电加工与模具,2005(5):42-45
[54]胡志,闫洪,照相机铝合金外壳压铸CAE分析。模具工业,2006,32(6):7-10
[55]代学蕊,刘金海,铝合金阀盖压铸充型流场的模拟研究。计算机应用技术-特种铸造及有色合金,2006,26(12):775-777
[56]姜银方,史德旗,汽车壳体件压铸模设计及有限元分析。制造技术与机床,2010(4)
[57]张守银,薄壁件真空差压铸造充型流场的数值模拟。南昌航空大学硕士学位论文,2007
[58]李落星,张立强等,铝合金薄壁件金属型低压铸造成形工艺研究。2007年中国机械工程学会年会论文汇编,2007:812-818
[59]衬里亮,刘瑞祥等,低压铸造铝合金车轮充型过程数值模拟的研究。1999,10(3)
[60]廖海洪,梁敏洁等,铝合金低压铸造浇注系统的CAD设计。稀有金属,2006,30 (专辑):43-48
[61]崔黎明,铝合金压铸件缺陷分析及成型工艺优化。武汉理工大学硕士论文,2007
[62]陈彬,曾小勤,基于数值模拟的铝合金汽车零部件压铸工艺优化。铸造技术,2010(10):1323-1325
[63]刘自,邵高建,7055铝合金半连续铸造过程区域水冷工艺数值模拟。湖南城市学院学报(自然科学版),2010,19(3)
[64]谭雁清,李日,铝合金压铸模具温度场模拟与节点热应力分析。中国铸造装备与技术,2009(6):51-55
[65]王贵,宰守宾,铝合金压铸件充型和凝固过程的数值模拟。铸造技术,1999(2):44-46
[66]王志峰,赵维民,汽车铝合金散热器片压铸型设计。中国铸造装备与技术,2007(4):51-53
[67]任雅琴,压铸铝合金散热器内腔化学镀镍技术。电镀与涂饰,2005(1):20-22
[2]李翌,我国车载信息娱乐系统的发展趋势以及在商用车领域的应用。汽车零部件,2010(9):64-72
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[30] Agostini, B., Fabbri, M., Thome, J. and Michel, B., 2007,“State of the Art of High Heat Flux Cooling Technologies”, Heat Transfer Engineering, 28(4), 258-281.
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[42]齐颖,谭宗啸,平面阵列天线功放组件散热仿真设计。2008年电子机械与微波结构工艺学术会议论文集,2008:255-269
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[56]姜银方,史德旗,汽车壳体件压铸模设计及有限元分析。制造技术与机床,2010(4)
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[58]李落星,张立强等,铝合金薄壁件金属型低压铸造成形工艺研究。2007年中国机械工程学会年会论文汇编,2007:812-818
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[64]谭雁清,李日,铝合金压铸模具温度场模拟与节点热应力分析。中国铸造装备与技术,2009(6):51-55
[65]王贵,宰守宾,铝合金压铸件充型和凝固过程的数值模拟。铸造技术,1999(2):44-46
[66]王志峰,赵维民,汽车铝合金散热器片压铸型设计。中国铸造装备与技术,2007(4):51-53
[67]任雅琴,压铸铝合金散热器内腔化学镀镍技术。电镀与涂饰,2005(1):20-22
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