Възможности за проектиране на охлаждащ канал за алуминиева екструзия?

Горещите точки, неравномерното охлаждане и спадът на налягането могат да превърнат добрия продукт в гаранционен проблем. Когато каналите за охлаждане са замислени на втори план, системата обикновено плаща цената за шум, течове и ниска ефективност.

Екструдирането на алуминий дава много практични възможности за проектиране на охлаждащи канали - от прости отвори до сложни многопроходни пътища. Най-добрият вариант балансира потока, топлопреноса, почистването, уплътняването и разходите, а не само един показател.

Целта е проста: бързо и предвидимо пренасяне на топлина, като същевременно се контролира производството и поддръжката. В разделите по-долу са описани формите на каналите, как се правят вътрешните проходи, кога помага многопроходното преминаване и как да се уплътни всичко това с по-малко изненади.

Кои геометрии на каналите оптимизират потока на охлаждащата течност?

Лошата геометрия води до две често срещани неизправности: висок спад на налягането и мъртви зони. Високият пад на налягането води до загуба на мощност на помпата. Мъртвите зони задържат топъл флуид и прекъсват топлообмена. Добрата форма на канала избягва и двете, като същевременно остава реалистична за екструдиране и почистване.

Най-добрите геометрии на каналите за охлаждаща течност поддържат скоростта по-равномерна, намаляват острите завои и увеличават периметъра на намокряне, без да създават трудни за почистване джобове. Кръглите и гладки форми на състезателна писта често са най-сигурната база, докато внимателно проектираните многолъчеви или подобни на щифтове форми могат да увеличат топлопреноса, когато рискът от замърсяване е нисък.

Започнете с това, което помпата "усеща"

Flow не се интересува от маркетинговите твърдения. Той се интересува от триенето и завоите.

• Кръгли канали са предвидими. Те имат ниски загуби на налягане за дадена площ и са лесни за промиване.
• Писта за състезания (заоблен правоъгълник) често се вписва по-добре в тънки стени, като запазва гладки ъгли.
• Остри правоъгълници може да създаде завои с ниска скорост. Тези ъгли се превръщат в джобове за утайки в реалните цикли на охлаждащата течност.
• Пътеки Serpentine може да повиши скоростта и топлообмена, но всяко огъване увеличава загубите и може да доведе до задържане на мехурчета.

Преносът на топлина не е свързан само с площта

Много екипи преследват площта и забравят за почистването.

• По-големият периметър може да подпомогне преноса на топлина.
• Но микрофункциите могат да се замърсят бързо.
• Малко по-проста форма, която се поддържа чиста, може да надмине модната форма след шест месеца.

Геометрични правила, които обикновено работят

Следните правила помагат при вземането на ранни решения:

• Използвайте заоблени ъгли навсякъде, където можете.
• Избягвайте внезапни разширявания и внезапни контракции.
• Запазете завоите нежен (по-голям радиус на завой).
• Поддържайте размерите на каналите достатъчно големи, за да промиване и за очакваното натоварване с частици.

Практическо сравнение на геометрията

Таблицата по-долу представлява кратко ръководство за ранно изследване.

По какъв начин екструдирането дава възможност за вътрешни охлаждащи канали?

Много хора си представят екструдирането като проста външна форма. На практика екструдирането може да създаде вътрешни кухини и проходи в една стъпка, стига матрицата да може да го поддържа и потокът на метала да е балансиран.

Екструдирането осигурява възможност за вътрешно охлаждане чрез използване на кухи матрици с дорници и мостове, които оформят вътрешните кухини по време на пресоването. С подходяща поддръжка на матрицата, контрол на потока на метала и довършителни работи след екструдирането вътрешните канали могат да се направят повтаряемо, без да се пробиват дълги пътища.

Основната идея: куха матрица образува празнотата

За да се създаде вътрешен проход, матрицата трябва да държи дорника на място. Дорникът се поддържа от мостове (наричани още платна). Алуминият тече около тези опори и след това се слива в заваръчната камера, преди да излезе от нея.

Това създава две реалности, които са от значение за каналите за охлаждане:

• Формата на вътрешния канал е възможна, но тя трябва да бъде изпълними с матрица.
• Профилът има заваръчни шевове където металните потоци се съединяват, и тези шевове трябва да бъдат разположени интелигентно.

Какво определя дали даден канал е осъществим

Няколко фактора решават дали каналът може да бъде екструдиран с добър добив.

Баланс на металния поток

Ако едната страна на профила тече по-бързо, стените стават тънки и каналите могат да се изкривят. Балансираната дебелина на стените и симетричните характеристики помагат.

Конструкция на лагерите и триене

Лагерите на матрицата контролират скоростта на излизане. Добре настроеният лагер може да направи така, че вътрешните платна и външните стени да излизат заедно, намалявайки усукването и конуса.

Минимална дебелина на стената и здравина на платното

Много тънките вътрешни стени могат да се разрушат по време на екструдирането или по-късно при обработката. При охлаждащите канали тънките стени също са изложени на риск от корозия и ерозия, ако охлаждащата течност е агресивна.

Опции за последваща обработка

Екструдираните канали често се нуждаят от довършителни стъпки, за да се превърнат в надежден охлаждащ компонент:

• Изправяне на участъци за намаляване на усукването.
• CNC обработка за портове, колектори и уплътнителни повърхности.
• Разстъргване на пристанищните кръстовища.
• Обработка на повърхността като анодиране или покритие, когато рискът от корозия е висок.

Навици за проектиране, които намаляват производствения риск

При проектирането на вътрешни пасажи тези навици обикновено помагат:

• Запазване на вътрешните функции просто и гладко.
• Избягвайте екстремни разлики в дебелината на стените в едно и също напречно сечение.
• Планирайте разположението на портовете така, че заваръчните шевове да не се намират върху уплътнителните повърхности с най-високо напрежение.

Могат ли многопроходните канали да подобрят топлинната ефективност?

При ниски топлинни натоварвания може да е достатъчен само един прав преход. Но когато топлинният поток е висок или площта е малка, многопроходните конструкции стават привлекателни. Въпросът е дали допълнителната сложност се изплаща в реалните системи.

Многопроходните канали могат да подобрят топлинната ефективност, като увеличат времето за престой на охлаждащата течност, повишат средната скорост в горещите зони и намалят несъответствието в повишаването на температурата в целия детайл. Те работят най-добре, когато спадът на налягането, прочистването с въздух и почистването са предвидени от самото начало.

Защо многопроходното преминаване може да помогне

Многопроходният канал прекарва охлаждащата течност през горещата зона повече от веднъж. Това може да помогне по три начина:

1. По-равномерна температура: Охлаждащата течност е принудена да обхване области, които при еднократно преминаване могат да бъдат пропуснати.
2. По-висока локална скорост: Разделянето на потока на по-тесни участъци може да повиши скоростта и коефициента на топлопреминаване.
3. По-добро използване на ограничената дължина: Ако детайлът е къс, серпентината увеличава ефективната дължина на потока.

Истинската цена: спад на налягането и мощност на помпата

Всяко завъртане и допълнителна дължина водят до загуба на триене. Ако мощността на помпата нарасне твърде много, системата може да работи по-топло, тъй като дебитът намалява. Това е компромис.

Полезен начин да мислите за това:

• Ако системата може да си позволи по-голям пад на налягането, многопроходният режим може да бъде печеливш.
• Ако помпата вече е близо до лимита си, многопроходният режим може да доведе до обратен ефект.

Пречистване на въздуха и уловители на мехурчета

Разпределенията с няколко преминавания често създават високи точки, които задържат въздух. Задържаният въздух намалява охлаждането и може да предизвика шум. Добрият дизайн включва:

• Ясен запълване и обезвъздушаване стратегия.
• Наклони или маршрути, които насочват въздуха към вентилационните отвори.
• Избягване на внезапни високи точки в близост до тесни завои.

Почистване и експлоатационен живот

В контурите на промишлените охлаждащи течности фините частици и добавките образуват филми. Многопроходните канали се почистват по-трудно, ако включват тесни завои или тесни участъци. Филтрите помагат, но дизайнът все още е от значение.

Разглеждане на модели с няколко преминавания

Обичайните оформления включват:

• Серпентина: Един непрекъснат път с обратни завои. Опростен водопровод, по-голям пад на налягането.
• Паралелен многопроходен: Няколко паралелни канала, захранвани от колектори. По-ниска загуба на налягане, но е необходимо балансирано разпределение.
• Хибрид: Къси успоредни крака с леки завои, с цел постигане на равномерност и управляема загуба.

Кога си заслужава да се използва мултипас

Обикновено си заслужава да се работи допълнително, когато:

• Горещите точки са тежки и локализирани.
• Площта за охлаждане е ограничена.
• Малко по-висока мощност на помпата е приемлива.
• Охлаждащата течност се филтрира и се планира поддръжка.

Кои методи за уплътняване са подходящи за екструдирани охлаждащи канали?

Охлаждащият канал е толкова добър, колкото са добри неговите уплътнения. Малък теч може да разруши електрониката, да причини корозия или да създаде опасност за безопасността. Изборът на уплътнения трябва да съответства на налягането, температурните цикли, химическия състав на охлаждащата течност и стила на сглобяване.

Методите за уплътняване на екструдирани охладителни канали обикновено включват О-пръстени в обработени канали, челни уплътнения, споени или заварени затварящи елементи и механични крайни капачки. Най-добрият избор зависи от нуждите на сервизното обслужване, контрола на допустимите отклонения и от това дали каналът трябва да се отваря за почистване.

О-пръстени: най-разпространеният вариант за обслужване

О-пръстените работят добре, когато:

• Свързващите се повърхности са плоски и контролирани.
• Размерите на жлеба са постоянни.
• Компресията е правилна и повторяема.

О-пръстените са надеждни за поддръжка, тъй като каналът може да се отваря, почиства и уплътнява отново.

Уплътнения: подходящи за големи повърхности и по-ниско налягане

Уплътненията могат да понасят малки разлики в повърхността и да покриват по-големи площи. Те работят най-добре, когато:

• Налягането е умерено.
• Натоварването на болтовете е равномерно.
• Охлаждащата течност е съвместима с материала на уплътнението.

Постоянни уплътнения: спояване или заваряване

Ако каналът никога не трябва да се отваря, постоянното затваряне може да намали риска от течове.

• Спояване може да уплътнява капаци и крайни плочи с непрекъснато съединение.
• Заваряване може да бъде силен, но може да изкриви тънки стени и изисква добър контрол на процеса.

Постоянните уплътнения се използват, когато частта е запечатана за цял живот и не е необходим сервизен достъп.

Механични крайни капачки и тапи

Крайните капачки са полезни за праволинейни канали, чиито краища са достъпни. Те могат да бъдат:

• Пресовани щепсели
• Щепсели с резба
• Закрепени крайни капачки с уплътнение или О-пръстен

Контролен списък за избор на уплътнение

Таблицата по-долу помага да се съобрази методът на уплътняване с типичните условия на употреба.

Толерансът и качеството на повърхността са по-важни от марката на уплътнението

Много течове, за които се обвиняват "лоши уплътнения", всъщност се дължат на:

• Извън плоските повърхности
• Следи от инструменти, пресичащи пътя на уплътнението
• Разнопосочни модели на болтовете
• Неравномерна компресия от изкривени капаци

За екструдираните охлаждащи канали е полезно да се обработи уплътняващата повърхност с една настройка, след което да се провери плоскостта и грапавостта. Простата процедура за проверка спестява последваща преработка.

Заключение

Добрите охлаждащи канали се получават от балансиран избор: геометрия, която тече добре, удобни за екструдиране вътрешни канали, многопроходни само когато помпата и планът за поддръжка го позволяват, и уплътнения, които отговарят на реалните условия на работа.