Dissipateurs de Chaleur Extrudés à Ailettes
Ailettes carrées, rectangulaires ou rondes Pin-Fin et High-Fin ou Cross-Cut en aluminium ou en cuivre pour les petits espaces. (...)
Filage par choc des dissipateurs thermiques : procédé, avantages et limites
Le filage par choc (ou extrusion par choc) est un procédé de formage massif dans lequel un lopin est comprimé entre un poinçon et une matrice jusqu’à ce que la matière flue sous haute pression. La matière remplit les cavités de l’outil et forme la semelle et les broches ou ailettes en une seule pièce. Le filage à froid, aussi appelé forgeage à froid, se fait sans préchauffage, de préférence avec des matériaux très ductiles comme l’aluminium pur ou le cuivre.
En savoir plus lors d’un entretienQu’est-ce que le filage par choc ?
Selon la norme DIN 8583, le filage par choc fait partie des procédés de formage par compression. Il appartient au groupe formage par passage à travers une filière (DIN 8583-6), avec l’extrusion de profilés et le rétreint. Contrairement à l’extrusion, qui transforme une billette chauffée en longues barres profilées, le filage par choc produit des pièces unitaires dans un outil fermé.
Un poinçon pousse le lopin dans la matrice. La matière y est comprimée de tous les côtés : elle peut donc subir une forte déformation sans se fissurer et remplit les alésages et les cavités de l’outil. On obtient ainsi des broches, des nervures ou des godets qui ne font qu’un avec le reste de la pièce.
Variantes du filage par choc selon l’écoulement de la matière
On distingue les variantes selon le sens d’écoulement de la matière par rapport au mouvement du poinçon. Selon la forme de la pièce, on parle aussi de filage de pièces pleines, creuses ou en godet. Pour les dissipateurs à broches, la conception de l’outil détermine si les broches se forment dans le sens de la course du poinçon ou en sens inverse.
Filage direct : la matière s’écoule dans le sens du mouvement du poinçon, par exemple à travers des ouvertures de la matrice. Pièces typiques : arbres, axes et tenons.
Filage inverse : la matière s’écoule en sens inverse du mouvement du poinçon, le plus souvent dans le jeu entre poinçon et matrice. On obtient ainsi des godets, des douilles et des boîtiers à parois minces.
Filage latéral : la matière s’écoule perpendiculairement au mouvement du poinçon dans des cavités latérales, par exemple pour des brides, des collets ou des appendices latéraux.
Filage combiné : plusieurs sens d’écoulement apparaissent dans la même course, par exemple un godet avec un tenon filé simultanément vers l’avant.
Filage à froid, à mi-chaud et à chaud
Lors du filage à froid (forgeage à froid), le lopin est formé sans préchauffage. Le procédé offre une bonne précision dimensionnelle et des surfaces propres, et l’écrouissage augmente la résistance de la pièce finie. Il faut pour cela un matériau très ductile. L’aluminium pur et le cuivre remplissent particulièrement bien cette condition, c’est pourquoi le filage à froid est répandu pour les dissipateurs réalisés dans ces matériaux.
Lors du filage à mi-chaud et à chaud, le lopin est préchauffé. Cela réduit la contrainte d’écoulement et donc l’effort de presse nécessaire. Ces variantes sont surtout utilisées pour l’acier et les alliages difficiles à former, lorsque les efforts à froid seraient trop élevés ou que la matière risquerait de se fissurer.
Comment est fabriqué un dissipateur filé par choc
Les étapes dépendent du matériau, de la géométrie et de la quantité. Voici un déroulement typique pour un dissipateur à broches :
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Préparer le lopin : les lopins sont sciés ou découpés dans des barres ou des plaques, puis recuits si nécessaire.
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Lubrifier : un lubrifiant appliqué en surface réduit le frottement et empêche la matière d’adhérer à l’outil.
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Presser : le poinçon pousse le lopin dans la matrice. La matière s’écoule dans les alésages ou les cavités et forme des broches ou des ailettes d’une seule pièce avec la semelle.
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Éjecter : un éjecteur dégage la pièce de l’outil.
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Usinage de reprise : selon les exigences, la surface de montage est surfacée, des perçages et des taraudages sont réalisés, les broches sont mises à hauteur égale et la surface est traitée, par exemple par anodisation.
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Emmancher des éléments fonctionnels : des caloducs ou des inserts en cuivre dans la semelle répartissent la chaleur des points chauds sur l’ensemble des broches.
Avantages et limites des dissipateurs filés par choc
Avantages
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Les broches et la semelle forment une seule pièce. Il n’y a ni joint ni couche de colle, donc pas de résistance de contact supplémentaire sur le trajet de la chaleur.
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L’aluminium pur comme l’EN AW-1050A peut être mis en œuvre. Il conduit la chaleur à environ 230 W/(m·K), tandis que les alliages d’extrusion EN AW-6060 et EN AW-6063 atteignent environ 200 W/(m·K).
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La structure est dense et sans porosité, et le fibrage suit le contour de la pièce. Les pièces en fonderie sous pression peuvent au contraire présenter des porosités gazeuses et des retassures.
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Les broches rondes ou carrées laissent passer l’air dans plusieurs directions. Cela convient aux flux d’air croisés et diagonaux ainsi qu’aux positions de montage où le sens du flux varie.
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L’utilisation de la matière est élevée, car la pièce est formée près de sa forme finale au lieu d’être usinée dans la masse.
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En série, les temps de cycle sont courts : toute la structure de refroidissement est créée lors du pressage et n’est pas réalisée ailette par ailette.
Limites
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La hauteur et l’élancement des broches sont limités. Plus le chemin d’écoulement est long, plus l’effort de presse et la charge sur l’outil augmentent.
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L’écart entre les broches ne peut pas être réduit à volonté, car les parois de la matrice entre les alésages nécessitent une épaisseur minimale.
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Les semelles très fines sont difficiles à réaliser, car l’effort de presse augmente fortement lorsque l’épaisseur résiduelle du fond diminue.
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Chaque géométrie nécessite son propre outil. Les coûts d’outillage sont relativement faibles, mais ne sont rentabilisés qu’en série. Pour les prototypes et les très petites quantités, l’usinage est souvent plus économique.
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Les surfaces de montage, perçages, taraudages et tolérances serrées nécessitent généralement un usinage de reprise.
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Les alliages d’aluminium à haute résistance se filent à froid nettement moins bien que l’aluminium pur.
Filage par choc, extrusion, usinage ou ailettes assemblées ?
Le bon procédé dépend de la géométrie, de la densité de puissance, de l’espace disponible et de la quantité. Les quatre voies courantes vers un dissipateur à air en un coup d’œil :
Filage par choc (PinFin)
La semelle et les broches sont formées d’une seule pièce. Les broches peuvent être réparties sur la surface dans les deux directions, rondes ou carrées. Les matériaux sont l’aluminium pur ou des alliages de cuivre. Un point fort pour les dissipateurs compacts produits en série.
Extrusion de profilés (ExtruFin)
Une billette d’aluminium chauffée est poussée à travers une filière. On obtient un profilé à section constante, dont les ailettes ne suivent que le sens d’extrusion. Les alliages typiques sont l’EN AW-6060 et l’EN AW-6063. Économique pour les dissipateurs longs et les profilés standard.
Usinage
Les broches, ailettes et canaux sont fraisés dans la masse. Il n’y a pas de coûts d’outillage et la liberté de conception est grande, mais l’enlèvement de matière et le temps d’usinage par pièce sont importants. Bien adapté aux prototypes et aux petites séries.
Ailettes assemblées (BondFin)
Des ailettes individuelles sont brasées, collées ou soudées sur la semelle. Cela permet des ailettes très hautes, fines et rapprochées ainsi que de grandes dimensions. L’assemblage fait partie du trajet de la chaleur et est dimensionné en conséquence.
PinFin : dissipateurs filés par choc de COOLTEC
Les dissipateurs PinFin de COOLTEC sont fabriqués par filage par choc. Les broches verticales sont rondes ou carrées, de sorte que l’air peut traverser la structure dans plusieurs directions.
Matériaux : aluminium pur comme l’EN AW-1050A avec 99,5 % d’aluminium, ou alliages de cuivre
Des coûts d’outillage réduits permettent de nombreuses variantes et des formes adaptées
Géométries compactes pour les espaces d’installation restreints
En option avec caloducs emmanchés et inserts en cuivre comme répartiteurs de chaleur
Applications typiques : éclairage LED, électronique de commande, électronique de puissance et automatisation industrielle
Vous hésitez entre filage par choc, extrusion et usinage pour votre géométrie et votre quantité ? Notre équipe d’ingénierie examine vos exigences et vous accompagne dans la conception.
Voir les dissipateurs PinFin
Questions fréquentes sur le filage par choc
Selon la norme DIN 8583-6, les deux procédés relèvent du formage par passage à travers une filière. En extrusion, une billette chauffée est poussée à travers une filière pour produire de longs profilés à section constante. En filage par choc, un lopin unique est formé dans un outil fermé, souvent à froid. On obtient des pièces unitaires avec des formes dans plusieurs directions, comme des champs de broches.
Le filage à froid est un filage par choc sans préchauffage du lopin. Il offre une bonne précision dimensionnelle et des surfaces propres, et l’écrouissage augmente la résistance. Il convient surtout aux matériaux très ductiles comme l’aluminium pur, le cuivre et les aciers à faible teneur en carbone.
L’aluminium pur comme l’EN AW-1050A et les alliages de cuivre ont fait leurs preuves. L’aluminium pur se forme très bien à froid et, avec environ 230 W/(m·K), conduit mieux la chaleur que les alliages d’extrusion courants à environ 200 W/(m·K). Le cuivre conduit encore mieux la chaleur, mais il est plus lourd et plus cher.
Cela dépend de la géométrie, du matériau et de l’outillage. Comme chaque géométrie nécessite son propre outil, le filage par choc est surtout rentable en série. Pour les prototypes et les très petites quantités, l’usinage est souvent moins cher. Notre équipe d’ingénierie te conseille volontiers sur la solution de fabrication adaptée.
Les broches et la semelle forment une seule pièce, il n’y a donc pas de résistance de contact au niveau d’un assemblage. À cela s’ajoutent la structure dense et des matériaux très conducteurs comme l’aluminium pur. Les broches augmentent la surface d’échange et acceptent un flux d’air venant de plusieurs directions.
Un dissipateur filé par choc pour votre application ?
Envoyez-nous l’espace disponible, la puissance dissipée et la quantité prévue. Notre équipe d’ingénierie vérifie si le filage par choc est le bon procédé et vous accompagne dans la conception et le choix.
