Isı Emici Hassas Üretim Süreci Gösterimi: Ekstrüzyon, Kürek Dişi, Kalıp Döküm, Dövme ve CNC Maliyet Performans Haritası
İlk olarak, proses seçimi termal performansın üst sınırını belirler.
Bir ısı emicinin son termal direnci, malzemenin (malzeme tarafından belirlenir) termal iletkenliğinin, konvektif ısı transfer alanının (geometri tarafından belirlenir) ve arayüzey termal direncinin (üretim doğruluğu tarafından belirlenir) birleştirilmesiyle oluşturulur. Üretim süreci, elde edilebilir geometrik serbestlik derecelerini, boyutsal doğruluğu ve iç kusur seviyelerini belirler ve bu da performansta% 30 'a varan bir diferansiyel etki sağlar.
İkincisi, alüminyum ekstrüzyon işlemi: verimliliğin kralı, ancak incelik oranına tabi
Alüminyum ekstrüzyon, soğutucu imalatı için en eski ve en ucuz tekniktir. Alüminyum çubuğu 450-500 ° C 'ye ısıttıktan sonra, metali uzun bir şerit oluşturmak için kalıbın içinden akmaya zorlamak için bir ekstrüder (genellikle 500-5000 ton ekstrüzyon basıncı) kullanılır ve bu daha sonra istenen uzunlukta kesilir. Ekstrüzyon işleminin avantajları şunlardır: kalıp maliyeti nispeten düşüktür (yaklaşık 2000-8000 ABD doları), karmaşık asimetrik şekiller (asimetrik yüzgeçler, oluklu taban plakaları gibi) kalıp tasarımı ile gerçekleştirilebilir ve malzeme kullanım oranı% 95' in üzerine ulaşabilir.
Bununla birlikte, ekstrüzyon işleminin ısı emicilerin performansı üzerinde iki temel sınırlaması vardır: incelik oranı sınırı ve minimum diş kalınlığı. Narinlik oranı (kanat yüksekliğinin kök kalınlığına oranı) genellikle 20: 1 'i geçmez. Bu değer aşılırsa, alüminyum malzeme düzensiz soğutma nedeniyle kalıp çıkışında bükülecek ve yırtılacaktır. Bu, kanat yüksekliğinin 60 mm olması gerekiyorsa, kalınlığın 3 mm' den az olmaması gerektiği anlamına gelir, bu da birim hacim başına ısı dağılım alanını ciddi şekilde sınırlar. Öte yandan, minimum diş kalınlığı 0.8-1 mm ile sınırlıdır (alaşıma ve ekstrüder kapasitesine bağlı olarak), bu da kürek dişi işleminin 0,3 mm ince diş seviyesine ulaşamaz. Bu nedenle, ekstrüzyon ısı emici yalnızca düşük ve orta güç yoğunluğu senaryolarına (ısı tüketimi) hizmet edebilir.
Üçüncüsü, kürek dişlerinin kesme işlemi: narinlik oranının aerodinamiğini kırmak
Planya, hassas kesim, "kürek" kanatları olarak da bilinen kürek dişleri, sayısal kontrol araçları aracılığıyla tek bir metal (alüminyum veya bakır) alt tabakadan tek tek "kürek" kanatçıkları. İşleme işlemi: özel bir spatula iş parçasına bir açıyla kesilir, bir mesafe için ileri itilir ve ardından dik bir kanat oluşturmak için kaldırılır; daha sonra iş parçası bir diş aralığına adım atılır ve yukarıdaki işlem tekrarlanır. Kanatların kalınlığı, yüksekliği ve aralığı, takım geometrisi ve adım miktarı ile bağımsız olarak kontrol edilir ve malzeme akışkanlığı ile sınırlı değildir.
Kürek diş işlemi, diş kalınlığı 0.2-0 mm, diş aralığı 0.5-1 mm ve diş yüksekliği 100 mm 'den fazla olan aşırı geometrilere ulaşabilir. Yüzgeçler ve taban plakaları aynı malzemedir ve kaynak veya bağlantı arayüzü yoktur, bu nedenle sıfır temas ısıl direnci vardır. Bu özellik, yüksek güç yoğunluğu senaryolarında (100W' nin üzerindeki LED 'ler, IGBT modülleri, 5G baz istasyonu AAU gibi) çok önemlidir. Deneysel veriler, aynı hacim ve hava hacmi altında, kürek diş radyatörünün ısıl direncinin alüminyum ekstrüzyon radyatörüne kıyasla% 15-25 ve diş şekillendirici radyatörünkinden% 10-15 daha düşük olduğunu göstermektedir (daha sonra açıklanmıştır).
Kürek dişlerinin maliyet dezavantajları şunlardır: ciddi malzeme israfı (metalin yaklaşık% 40 'ı talaş halinde kesilir), uzun işlem süresi (parça başına birkaç dakika ila onlarca dakika) ve son derece hızlı takım aşınması (ayda birkaç kez değiştirilmesi gerekir). Ek olarak, kürek dişi işlemi, takım tezgahının yüksek sertliğini gerektirir ve genellikle ağır bir portal freze makinesinde veya özel bir kürek dişi makinesinde gerçekleştirilmesi gerekir. Genel olarak, tek parça kürek dişinin maliyeti, küçük ve orta partiler ve performans önceliği senaryoları için uygun olan ekstrüzyonun 5-10 katıdır.
IV. Şekillendirme / perçinleme işlemi: yüksek fin yoğunluğu için düşük maliyet
Şekillendirici, taban plakası üzerinde bir oluğa mekanik olarak yerleştirilen (preslenmiş, perçinlenmiş, yapıştırılmış) uzun, önceden ekstrüde edilmiş veya haddelenmiş bir kanattır. Bu "bölünmüş" yapı, kanatçıkların ve taban plakasının farklı malzemelerden (örneğin bakır taban plakası + alüminyum kanatlar) yapılmasına izin verir ve kanat kalınlığı 0,3 mm kadar ince olabilir ve aralık 1,0 mm kadar küçük olabilir. Şekillendirme işlemi yüksek malzeme kullanımına sahiptir (kanatlar ayrı ekstrüde edilir ve kayıp küçüktür) ve pahalı büyük ölçekli diş kürek çekme makineleri gerektirmez.
Ancak şekillendiricinin Aşil topuğu, temas ısıl direncidir. Uydurma sızdırmazlığı ne kadar yüksek olursa olsun, yüzgeç kökü ile taban plakası arasında her zaman mikroskobik boşluklar vardır ve bu boşlukların hava tabakasının ısıl direnci metalinkinden yüzlerce kat daha yüksektir. Termal olarak iletkenlik yapan yapıştırıcının dolgusunda bile, eşdeğer ısıl direnç hala entegre yapıdan daha yüksek bir büyüklük sırasıdır. Yüksek ısı akısı durumunda, şekillendiricide yerel sıcak noktalar oluşturulacak ve bu da yüzgeç kökünün sıcaklığının taban plakasının ortalama sıcaklığından çok daha yüksek olmasına neden olacak ve ısı transfer verimliliği düşecektir. Şekillendirici radyatörün ısıl direnci genellikle kürek dişinden% 20-30 daha yüksektir, bu nedenle maliyete duyarlı ve orta derecede ısı dağılımına sahip endüstriyel ekipman için daha uygundur.
Kalıp döküm işlemi: karmaşık üç boyutlu geometrinin tek çözümü
Basınçlı döküm, erimiş alüminyum alaşımlarını (ADC12 gibi) hızlı soğutma ve şekillendirme için yüksek hızda hassas metal kalıplara enjekte eder. Kalıp dökümü, karmaşık iç akış kanallarına, özel şekilli bağlantılara ve hatta kısmi uçlara sahip ısı yayma kabukları oluşturabilir. Örneğin, yeni enerji aracı motor kontrol kabuğu genellikle entegre olarak harici entegre ısı yayma kanatçıkları ve dahili entegre su soğutma kanalları ile kalıp dökümü ile oluşturulur. Kalıp dökümün bir diğer avantajı, yüzey kaplamasının iyi olması ve sonraki işlemler olmadan kullanılabilmesidir.
Bununla birlikte, kalıp döküm ısı alıcıları ile ilgili üç doğal sorun vardır: gözeneklilik (genellikle% 0.5-3, etkili termal iletkenlik kesitini azaltır), minimum diş kalınlığı sınırlamaları (metal akış önündeki yoğuşma nedeniyle, diş kalınlığının > 1,2 mm olması gerekir) ve ısıl işlem güçlendirme için uygun değildir (gözenekler genişler ve yüksek sıcaklıklarda şişkinlik). Bu nedenle, kalıp döküm ısı alıcıların ısıl iletkenliği genellikle düşüktür (ADC12 sadece 96 W / (m · K), 6063 'ün 200' ünden çok daha düşüktür). Termal iletkenliği artırmak için, DX17 gibi yüksek ısıl iletkenlikli kalıp döküm alaşımları (ısıl iletkenlik yaklaşık 180 W / (m · K)) seçilebilir, ancak fiyatı önemli ölçüde artar. Kalıp döküm kalıpları son derece pahalıdır (2-100.000 ABD doları) ve yalnızca yüksek üretim hacmi için uygun olan uzun bir döngüye (2-4 ay) sahiptir.
Dövme işlemi: optimum mekanik özellikler, ancak geometrik sınırlamalar
Alüminyum veya bakır çubuklar, büyük basınç altında (yüzlerce ila binlerce ton) kapalı bir kalıpta plastik akışla oluşturulur. Dövme, döküm kusurlarını ortadan kaldırır, taneleri rafine eder ve parçanın geometrik konturları boyunca metal akış hatlarını dağıtır, böylece güç ve ısı iletkenliği dökümden daha iyidir ve ekstrüzyonun uzama oranı sınırından kaçınılabilir. Sıcak dövme (malzeme ısıtma ve yeniden dövme) karmaşık şekiller oluşturabilir ve soğuk dövme (oda sıcaklığında dövme) daha yüksek hassasiyete sahiptir. Isı alıcıları için dövme, genellikle yüksek mekanik gereksinimlere sahip ısı alıcıları veya küçük kanat dizileri (dizüstü bilgisayar CPU ısı alıcıları gibi) yapmak için kullanılır.
Dövmenin sınırlaması, yüksek ve yoğun yüzgeçleri dövmenin zor olmasıdır (çünkü malzeme dar ve derin boşluğu tam olarak dolduramaz) ve genellikle yalnızca 30 mm 'den daha az yüksekliğe ve 1,5 mm' den daha büyük bir kalınlığa sahip yüzgeçler için uygundur. Kalıp ömrü kısadır (özellikle soğuk dövme kalıbı çatlamaya eğilimlidir) ve tek bir parçanın maliyeti yalnızca CNC hassas işlemede ikincidir.
Yedi, CNC hassas işleme: doğruluk sınırı, ancak maliyet seri üretim için uygun değil
Beş eksenli CNC işleme merkezi, radyatörün herhangi bir karmaşık geometrisini tüm metalden öğütebilir. Tolerans ±0.02 mm 'de kontrol edilebilir ve yüzey pürüzlülüğü Ra0.8' e ulaşabilir. Bununla birlikte, malzeme giderme oranı son derece düşüktür, metalin% 80 'i moloz haline gelir ve tek bir parçanın işlem süresi birkaç saate kadardır. Maliyet o kadar yüksektir ki, yalnızca havacılık, hassas ölçme aletleri ve diğer alanlar için maliyetsiz olarak uygundur. Son yıllarda, yüksek hızlı frezeleme ve dinamik frezeleme stratejilerinin optimizasyonu ile, bazı küçük yüksek yoğunluklu ısı emici grupları CNC tarafından işlenmeye başlanmış, ancak yine de kürek dişlerinin büyük ölçekli ve verimli üretim konumunun yerini alamamıştır.
VIII. Süreç seçim karar matrisi
Proses yüzgeci minimum kalınlık maksimum incelik özel temas ısıl direnç parti ekonomisi ısıl iletkenlik kaybı (alt tabakaya göre)
Ekstrüzyon 0.8mm20: 1Sıfır (entegre) Mükemmel% 0
Kürek dişleri 0.2mm80: 1Sıfır (entegre) Orta% 0
Dişli şekillendirici 0.3mm yükseklikle sınırlı değildir, ancak arayüz ektedir
Döküm 1.2mm15: 1Sıfır (entegre)% 30-40 (gözeneklilik)
Dövme 1.5mm10: 1Sıfır (entegre) fark% 0
CNC sınırsız sıfır (entegre) aralığı% 0
IX. Özet ve Görünüm
Geleceğe baktığımızda, tek bir üretim sürecinin tüm ihtiyaçları karşılaması zordur. Yeni bir trend, süreçleri karıştırmaktır: örneğin, ekstrüde edilmiş yüzeyler + kürek dişli yüzgeçler (kaynak veya sürtünme karıştırma kaynağı ile birleştirilmiş) veya ısı yayma yapıları olarak 3D baskılı metal kafesler (katkı üretimi). Ancak 3D baskı şu anda çok pahalıdır ve baskılı alüminyumun termal iletkenliği, gözenekler ve kaba taneler (sadece yaklaşık 120 W / (m · K) nedeniyle önemli ölçüde azalır. Gerçek mühendislik bilgeliği, "tek bedene uyan tüm süreç" hakkında batıl bir inanç yerine, uygulamanın belirli ısı tüketimi, hacim kısıtlamaları, maliyet ve kapasite hedeflerine dayalı süreçlerin doğru kombinasyonunu seçmekte yatmaktadır.
BQUQ profesyonel bir metal ısı emici üreticisidir, lütfen bize çizimler gönderin, şirketimiz size 12 saat içinde teklif verecektir.
