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研究生:陳志明
研究生(外文):Jhih-Ming Chen
論文名稱:CPU散熱片擠製模具設計及有限元素分析
論文名稱(外文):Finite element analysis and die design in extrusion processes of heat sinks for CPU
指導教授:陳狄成陳狄成引用關係
指導教授(外文):Cyi-Cheng Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:工業教育與技術學系
學門:教育學門
學類:專業科目教育學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:95
中文關鍵詞:CPU散熱片擠製有限元素分析田口法
外文關鍵詞:CPU Heat sinkExtrusionFinte element analysisTaguchi method
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隨著個人電腦運算速度的提高,CPU 散熱片散熱效率的要求亦隨之提高。近年來CPU 散熱片的製造技術已受到高度重視,且在開發高效能CPU 的同時,其儼然成為一種不可或缺的技術。
CPU散熱片型材於擠製製造法當中,主要是靠導流板及主模軸承長度之設計,以直接擠製法做兩次的塑性變形,使得胚料於流動時得到較佳的控制。而本文主要是使用有限元素分析之軟體DEFORMTM 3D,針對CPU散熱片的形式來模擬恆溫熱擠時胚料於模具內之塑性變形行為。改變模具形狀之角度作為變數,來討論胚料所受的負荷、有效應力與有效應變及擠製後產品成形性與鰭片產生曲率之間的關係。並以田口法找出模具之最佳幾何形狀參數。並且製作實驗模具來驗證,以分析鋁合金應用於CPU散熱片擠製加工成形性之設計。
CPU heat sinks with high efficiency of heat transfer are greatly demanded for a personal computer with high-speed computational ability. In recent years, the manufacturing technology of CPU heat sinks has got much attention and becomes indispensable for developing the high-performance CPUs.
The heat sink of CPU is mainly a design which depends on the material flow board and length of main model's bearing. It made two plastic deformation using direct extrusion to get the control of the better billet flow. The study is mainly using DEFORMTM 3D software which simulates plastic deformation behavior of billet in the hot extrusion of constant temperature to the heat sink of CPU. The relationships between the loading, effective stress and effective strain, and formability and heat sink curvature of the extruded product as well as the extrusion conditions are discussed for changed shape of die and mold. Taguchi method is used to find the optimum design parameters. Furthermore, this study made to experimental mold for CPU extrusion. Forming design of aluminum alloys used extrusion processes of heat sinks for CPU.
摘要 I
Abstract II
目錄 III
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
1.1. 前言 1
1.2 研究動機 3
1.3 研究目的 4
1.4 研究方法 4
1.5 擠製加工之探討 5
1.6 文獻回顧 10
1.7 論文架構 12
第二章 CPU散熱片擠製模具之設計 14
2.1 導流板之設計 15
2.2 散熱片擠製之塑性流動特性 18
2.3 導流板形狀之決定 20
2.4 導流板高度之決定 21
第三章 有限元素分析及模擬參數之設定 22
3.1 有限元素法概論 22
3.2 DEFORM 模擬軟體之簡介 28
3.3 模擬參數之設定 36
第四章 模擬分析結果及田口法 39
4.1 模擬分析 39
4.2模擬結果 45
4.3 田口方法 46
第五章 模具製作與擠製實驗 61
5.1 前言 61
5.2 模具設計與製作 61
5.3 擠製實驗 64
第六章 結論 77
6.1 結論 77
6.2 未來研究之建議 78
參考文獻 80
附錄C 擠製實驗模具圖 86
表目錄
表3-1 有限元素法的優缺點 23
表3-2 有限元素法發展過程 24
表3-3 有限元素模擬時之參數設定 36
表3-4 不同(角度)模式之差別 37
表3-5 模型外觀尺寸 37
表4-1 模擬分析結果表 45
表4-2 控制因子水準表 51
表4-3 實驗因子配置表 52
表4-4 模擬分析結果表(一) 53
表4-4 模擬分析結果表(二 54
表4-5 多重品質特性表 55
表4-6 實驗數據圖及S/N 比 56
表4-7 各因子對S/N 比的反應表 57
表4-8 最佳的因子水準組合參數表 58
表4-9 最佳值之分析結果表 58
表4-10 變異數分析表 60
圖目錄
圖1-1 直接擠製圖 6
圖1-2 間接擠製圖 7
圖1-3 靜水壓擠製圖 8
圖1-4 衝擊擠製圖 8
圖2-1 CPU 散熱片鰭片之不同角度之設計圖 16
圖2-2 CPU 散熱片鰭片設計圖 17
圖2-3 CPU 散熱片導流板設計圖 18
圖2-4 散熱片擠製流速區分圖 19
圖2-5 導流板設計之相關幾何尺寸示意圖 20
圖3-1 前處理器窗口 31
圖3-2 求解、疊代設定選單 31
圖3-3 材料的流動應力曲線、參數設定窗口 32
圖3-4 材料庫 32
圖3-5 模擬引擎 33
圖3-6 後處理窗口 35
圖3-7 上模具z 向負荷、負荷對話框 35
圖3-8 CPU 散熱片擠製加工模擬元件圖 38
圖4-1 CPU 散熱片擠製模擬胚料成形過程 40
圖4-2 不同角度模式下胚料之有效應力曲線圖 41
圖4-3 不同角度模式下胚料之有效應變曲線圖 42
圖4-4 角度5 度之有效應變圖 42
圖4-5 鰭片在不同角度之Y 軸(擠製)方向負荷值 43
圖4-6 角度3 度之Y 軸(擠製)方向負荷圖 43
圖4-7 不同角度模式下胚料彎曲角度變化之曲線圖 44
圖4-8 角度5 度之彎曲角度圖 45
圖4-9 田口法實驗分析流程圖 50
圖4-10 各因子對S/N 比的反應圖 57
圖4-11 模擬的有效應力、有效應變、模具負荷及曲率之分佈圖 59
圖5-1 擠製實驗模具爆炸圖 62
圖5-2 擠製實驗模具組合圖 63
圖5-3 實際加工完成之模具組合圖 64
圖5-4 鋁合金之擠製實驗的胚料 65
圖5-5 小型加熱爐 66
圖5-6 開放式恆溫加熱器關閉圖 66
圖 5-7 開放式恆溫加熱器 67
圖5-8 溫控器 68
圖5-9 紅外線溫度測量器 68
圖5-10 萬能材料成形機 69
圖5-11 模具組 70
圖5-12 實際擠製模具配置圖 71
圖5-13 開放式加熱爐配置圖 72
圖5-14 第一次實驗成品圖 73
圖5-15 鰭片凹陷圖 73
圖5-16 第二次實驗設計更改圖 74
圖5-17 第二次實驗成品圖 75
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