Hliníkové výlisky používané v chladičích?

Vím, že je těžké najít jasné informace o použití hliníkových výlisků pro chladiče. Potřebujete příručku, která se zabývá tím, proč, jak a kde se používají.

Dozvíte se, proč je hliník ideální, jak profily zlepšují chlazení a kdo je používá.

Dovolte mi, abych vás provedl od základních pojmů až k reálnému použití.

Proč jsou hliníkové výlisky ideální pro aplikace chladičů?

Začínám výběrem materiálu a procesem vytlačování. Hliník nabízí nízkou hmotnost, dobrou tepelnou vodivost a flexibilitu konstrukce.

Hliníkové výlisky kombinují cenu, tepelný výkon a přizpůsobení tvaru chladičů.

Ponořte se hlouběji

Hliník se hojně používá v chladičích, protože má vysokou tepelnou vodivost. Běžné slitiny jako 6063-T5 nebo 6061-T6 poskytují 150-205?W/m-K. To znamená, že teplo se rychle pohybuje od základny k žebrům.

Proces vytlačování přináší další konstrukční výhody. Můžeme vytvářet žebra, výřezy pro tepelné trubky a kanály v jediném průchodu. To snižuje náklady na obrábění a zvyšuje výkon.

Hliník je také lehký. Chladič z extrudovaného hliníku 6063 váží méně než chladič z oceli nebo mědi. To usnadňuje montáž systémů a snižuje přepravní náklady.

Extrudované tvary jsou opakovatelné. V každé sérii získáte identické díly. To má zásadní význam pro tepelný výkon série.

Hliníkové výlisky jsou recyklovatelné. Díly po skončení životnosti lze znovu použít s nízkými energetickými náklady. To podporuje ekologický design.

Zde je shrnutí:

Díky hliníkovému lisování jsou chladiče cenově dostupné, účinné a ekologické.

Jaké vytlačovací profily maximalizují výkon chladiče?

Vybírám profily, které zvyšují plochu a proudění vzduchu. Obvyklé tvary jsou rovná žebra, rozšířená žebra, kolíčková žebra a žebra s vysokým poměrem stran.

Profily s úzkými, vysokými žebry a otevřenými kanály maximalizují odvod tepla.

Ponořte se hlouběji

Cílem profilu chladiče je získat větší plochu a dobré proudění vzduchu. To znamená mnoho žeber, tenké stěny, vysoké konstrukce a prostor mezi žebry.

Základem jsou výlisky s rovnými žebry. Mají mnoho paralelních žeber a otevřených kanálků. Snadno se vytlačují a montují.

U profilů s kolíkovými žebry se místo listů používají sloupky. Kolíky umožňují proudění vzduchu ve všech směrech. Skvěle se hodí pro turbulentní chlazení nebo sestavy s nuceným prouděním vzduchu.

Profily s vysokým poměrem stran mají vysoká a tenká žebra. Poskytují větší plochu při menší šířce základny. Omezením je prohýbání nebo lámání žeber při výrobě. Typické stěny mají tloušťku 0,8-1,5 mm a lamely jsou vysoké až 30 mm.

Profily s rozšířenými ploutvemi mají širší horní část ploutve nebo šikmou stranu. Tím se zvětšuje plocha a vede vzduch pro lepší účinnost chlazení.

Hybridní profilové výlisky kombinují plochou základnu, kolíčková žebra, rovná žebra a výřezy pro tepelné trubky v jediném profilu. Poskytuje kompaktní a vysoce výkonné chlazení.

Zde je tabulka běžných profilů:

Při návrhu profilů se používá také simulace CFD. Testuji rychlost vzduchu, turbulence a rozložení teploty. Poté upravím rozteč a tloušťku žeber tak, aby se vyrovnalo proudění vzduchu a plocha.

Extrudované profily umožňují také přidání montážních patek, šroubových otvorů nebo mezer pro tepelné trubky. To zjednodušuje montáž a zlepšuje tepelný kontakt.

Tyto optimalizované profily vedou k lepšímu výkonu v osvětlení LED, konverzi energie a výpočetních systémech.

Jak se optimalizuje tepelná vodivost hliníkových chladičů?

Zaměřuji se na slitinu, strukturu zrn, povrch a správu rozhraní. Každý z těchto faktorů zvyšuje přenos tepla.

Optimalizace zahrnuje výběr správné slitiny, kontrolu mikrostruktury, povrchovou úpravu a těsný kontakt se zdroji tepla.

Ponořte se hlouběji

Za prvé, na výběru slitiny záleží. Pro lisování se běžně používá slitina 6063?T5. Má dobrou vodivost, tvarovatelnost a cenu. 6061?T6 má o něco vyšší pevnost, ale nižší vodivost. Pro špičkové tepelné potřeby se používá čistý hliník 1070 nebo 1350; dosahují ~230?W/m-K, ale jsou měkčí a hůře se vytlačují.

Dále struktura zrn ovlivňuje tepelný tok. Používáme správné vytlačovací teploty a rychlosti chlazení. Žíhání může zjemnit strukturu zrn a mírně zlepšit vodivost. Chlazení po vytlačování řídíme tak, abychom zabránili vnitřním pnutím, která blokují teplo.

Záleží také na povrchové úpravě. Eloxování vytváří oxid, který má nízkou vodivost. Pokud je potřeba tepelný kontakt, ponecháváme vnitřní žebra holá nebo používáme tenké, kontrolované vrstvy oxidu. Alternativně používáme černé eloxování pro sálavé chlazení, protože černá barva dobře vyzařuje teplo.

Zajišťujeme také těsný kontakt mezi základnou chladiče a kontaktními součástmi. Přidáváme kontrolu rovinnosti (rovinnost základny 0,05 mm). Mezi MOSFET nebo CPU a chladičem používáme podložky s fázovou výměnou nebo tepelnou směs. Tím vyplníme mezery a zlepšíme vodivost.

U prototypů testuji tepelný odpor Rth, měřený v K/W. Nižší Rth znamená lepší chlazení. Připevním topné těleso na základnu a změřím nárůst teploty při ustáleném zatížení při okolní teplotě. Upravím konstrukci, dokud Rth nevyhoví specifikaci.

Zde je rozpis:

Optimalizací jednotlivých dílů jsem dosáhl toho, že výkon chladiče odpovídá tepelnému zatížení. Tento proces snižuje teplé místo a zvyšuje spolehlivost systému.

V jakých odvětvích se nejčastěji používají hliníkové extrudované chladiče?

Chladiče se používají v elektronice, osvětlení, energetice, automobilovém průmyslu a telekomunikacích. Každý z nich má jedinečné potřeby, ale všechny používají vytlačování.

Mezi hlavní průmyslová odvětví patří LED osvětlení, výkonová elektronika, výpočetní technika, automobilový průmysl a telekomunikace.

Ponořte se hlouběji

V osvětlení LED jsou všude přítomny extrudované chladiče. Výkonné LED diody potřebují účinné chlazení, aby si zachovaly jas a životnost. Často používáme rovné nebo rozšířené výlisky pro integraci s kryty reflektorů.

Výkonová elektronika, jako jsou měniče a konvertory, se spoléhá na lisované chladiče pro tranzistory MOSFET a IGBT. Ty potřebují žebra nebo kolíkové struktury pro nucenou nebo přirozenou konvekci vzduchu. Integrujeme montážní drážky a odtokové otvory pro snadnou montáž na desku a proudění vzduchu.

Ve výpočetní technice se u stolních CPU, GPU a serverových modulů používají lisované chladiče s tepelnými trubicemi. Profil chladiče obsahuje výřezy a základní prvky pro umístění tepelných trubek a ventilátorů. Vytlačování umožňuje vyfrézovat více dílů v jednom bloku.

V automobilových systémech se extrudované chladiče používají v LED světlometech, napájecích modulech, bateriových systémech a měničích. Ty musí odolávat vibracím a teplotním šokům. Používáme materiál 6063 s tvrdým eloxem pro zajištění odolnosti.

V telekomunikačních zařízeních, jako jsou rádia a základnové stanice 5G, se používají extrudované chladiče pro výkonové moduly RF. Ty často používají lisování s kolíkovými žebry pro vícesměrné proudění vzduchu ve venkovních skříních.

Mezi další využití patří průmyslové pohony, laserová zařízení, lékařské přístroje a nabíjecí stanice pro elektromobily. V každé aplikaci je chladič klíčovou součástí tepelného návrhu.

Zde jsou hlavní odvětví:

Extrudované chladiče jsou efektivní při výrobě a přizpůsobují se těmto oblastem. Volba konstrukce závisí na dostupnosti proudění vzduchu, tepelném zatížení a způsobu montáže.

Závěr

Probrali jsme, proč je hliník ideální, jak profily zvyšují chlazení, jak optimalizujeme vodivost a kdo používá extrudované chladiče. Získáte tak úplný přehled o extruzi v tepelném designu.

Pokud potřebujete pomoci s návrhem chladiče, výběrem profilu nebo výrobou, mohu vám pomoci na každém kroku.