Alumiinipuristuksen jäähdytyskanavan suunnitteluvaihtoehdot?

Kuumakohdat, epätasainen jäähdytys ja painehäviöt voivat muuttaa hyvän tuotteen takuuongelmaksi. Kun jäähdytyskanavat on suunniteltu jälkikäteen, järjestelmä maksaa siitä yleensä meluna, vuotoina ja alhaisena tehokkuutena.

Alumiinipuristuksella voidaan toteuttaa monia käytännöllisiä jäähdytyskanavien suunnitteluvaihtoehtoja, yksinkertaisista porauksista monimutkaisiin monivaiheisiin reitteihin. Paras vaihtoehto tasapainottaa virtauksen, lämmönsiirron, puhdistettavuuden, tiiviyden ja kustannukset, ei vain yhtä mittaria.

Tavoite on yksinkertainen: siirtää lämpöä nopeasti ja ennustettavasti, samalla kun valmistus ja huolto pysyvät hallinnassa. Seuraavissa osioissa käsitellään kanavien muotoja, sisäisten kanavien valmistusta, monivaiheisen kierron hyötyjä ja koko järjestelmän tiivistämistä ilman yllätyksiä.

Mitkä kanavan geometriat optimoivat jäähdytysnesteen virtauksen?

Huono geometria aiheuttaa kaksi yleistä vikaa: suuren painehäviön ja kuolleet alueet. Suuri painehäviö tuhlaa pumpun tehoa. Kuolleet alueet vangitsevat lämpimän nesteen ja estävät lämmönsiirron. Hyvä kanavan muoto välttää molemmat ongelmat ja on samalla realistinen puristuksen ja puhdistuksen kannalta.

Parhaat jäähdytyskanavan geometriat pitävät nopeuden tasaisempana, vähentävät jyrkkiä käännöksiä ja lisäävät kostutettua kehää ilman, että syntyy vaikeasti puhdistettavia taskuja. Pyöreät ja sileät radanmuotoiset muodot ovat usein turvallisin perusratkaisu, kun taas huolellisesti suunnitellut monilohkoiset tai nastamaiset muodot voivat parantaa lämmönsiirtoa, kun likaantumisriski on pieni.

Aloita siitä, mitä pumppu "tuntee"

Flow ei välitä markkinointiväitteistä. Se välittää kitkasta ja käännöksistä.

• Pyöreät kanavat ovat ennustettavia. Niiden painehäviö on pieni tietyllä alueella ja ne on helppo huuhdella.
• Racetrack (pyöristetty suorakulmio) sopii usein paremmin ohuisiin seiniin, kun halutaan säilyttää sileät kulmat.
• Terävät suorakulmiot voi aiheuttaa hitaita kulmia. Nämä kulmat muuttuvat lian kertymispaikoiksi todellisissa jäähdytysnestekierroissa.
• Kiemurtelevat polut voi lisätä nopeutta ja lämmönsiirtoa, mutta jokainen mutka lisää häviötä ja voi aiheuttaa ilmakuplien muodostumista.

Lämmönsiirto ei koske vain pinta-alaa

Monet tiimit tavoittelevat pinta-alaa ja unohtavat puhdistettavuuden.

• Suurempi kehä voi auttaa lämmönsiirrossa.
• Mutta mikro-ominaisuudet voivat nopeasti mennä pieleen.
• Hieman yksinkertaisempi muoto, joka pysyy puhtaana, voi olla tehokkaampi kuin hienostunut muoto kuuden kuukauden kuluttua.

Yleensä toimivat geometrian säännöt

Seuraavat nyrkkisäännöt auttavat varhaisessa päätöksenteossa:

• Käytä pyöristetyt kulmat kaikkialla missä voit.
• Vältä äkilliset laajennukset ja äkilliset supistukset.
• Pidä mutkat lempeä (suurempi taivutussäde).
• Pidä kanavien koot riittävän suurina, jotta huuhtelu ja odotettavissa oleva hiukkaspitoisuus.

Käytännön geometrian vertailu

Alla oleva taulukko on pikaopas varhaiseen seulontaan.

Miten suulakepuristus mahdollistaa sisäiset jäähdytyskanavat?

Monet ihmiset kuvittelevat ekstruusion olevan yksinkertainen ulkomuoto. Käytännössä ekstruusiolla voidaan luoda sisäisiä onteloita ja kanavia yhdellä kertaa, kunhan muotti tukee sitä ja metallin virtaus pysyy tasapainossa.

Ekstruusio mahdollistaa sisäiset jäähdytyskanavat käyttämällä onttoja suulakkeita, joissa on mandreelit ja sillat, jotka muokkaavat sisäisiä onteloita puristuksen aikana. Asianmukaisella suulakkeen tuella, metallin virtauksen hallinnalla ja ekstruusion jälkeisellä viimeistelyllä sisäiset kanavat voidaan valmistaa toistettavasti ilman pitkien reittien poraamista.

Ydinidea: ontto muotti muodostaa tyhjiön

Sisäisen kanavan luomiseksi muotin on pidettävä mandreeli paikallaan. Mandreeliä tukevat sillat (kutsutaan myös verkkosiltoiksi). Alumiini virtaa näiden tukien ympärille ja sulautuu sitten hitsauskammiossa ennen ulosvirtausta.

Tämä luo kaksi jäähdytyskanaville merkittävää todellisuutta:

• Sisäinen kanavan muoto on mahdollinen, mutta sen on oltava mahdollinen.
• Profiilissa on hitsaussaumat missä metallivirrat yhdistyvät, ja nämä saumat on sijoitettava älykkäästi.

Mikä määrää, onko kanava toteuttamiskelpoinen

Useat tekijät vaikuttavat siihen, voidaanko kanava puristaa hyvällä saannolla.

Metallin virtaustase

Jos profiilin toinen puoli virtaa nopeammin, seinät ohentuvat ja kanavat voivat vääristyä. Tasapainoinen seinämän paksuus ja symmetriset ominaisuudet auttavat tässä.

Laakerin rakenne ja kitka

Laakerit säätelevät poistumisnopeutta. Hyvin säädetty laakeri voi saada sisäiset verkot ja ulkoseinät poistumaan yhdessä, mikä vähentää vääntymistä ja kapenemista.

Seinämän vähimmäispaksuus ja väliseinän lujuus

Erittäin ohuet sisäseinät voivat romahtaa puristuksen aikana tai myöhemmin käsittelyn aikana. Jäähdytyskanavien osalta ohuet seinät ovat myös alttiita korroosiolle ja eroosiolle, jos jäähdytysneste on aggressiivista.

Jälkikäsittelyvaihtoehdot

Ekstrudoitujen kanavien valmistuksessa tarvitaan usein viimeistelyvaiheita, jotta niistä saadaan luotettavia jäähdytyskomponentteja:

• Venytys suoristus kierron vähentämiseksi.
• CNC-työstö portteihin, jakoputkiin ja tiivistepintoihin.
• Purseenpoisto satamien risteyksissä.
• Pintakäsittely kuten anodisointi tai pinnoitus, kun korroosioriski on suuri.

Tuotantoriskejä vähentävät suunnittelutottumukset

Sisäisten käytävien suunnittelussa seuraavat tavat ovat yleensä hyödyllisiä:

• Säilytä sisäiset ominaisuudet yksinkertainen ja sujuva.
• Vältä äärimmäisiä seinämän paksuuden eroja samassa poikkileikkauksessa.
• Suunnittele porttien sijainnit siten, että hitsaussaumat eivät jää suurimman rasituksen alaisille tiivistyspinnoille.

Voivatko monivaiheiset kanavat parantaa lämpötehokkuutta?

Yksi suora läpivienti voi riittää pienille lämpökuormille. Mutta kun lämpövuo on suuri tai tila on ahdas, monivaiheiset ratkaisut tulevat kiinnostaviksi. Kysymys on, kannattaako lisätty monimutkaisuus todellisissa järjestelmissä.

Monivaiheiset kanavat voivat parantaa lämpötehokkuutta lisäämällä jäähdytysnesteen viipymäaikaa, nostamalla keskimääräistä nopeutta kuumilla alueilla ja vähentämällä lämpötilan nousun epäsuhtaa osan eri osissa. Ne toimivat parhaiten, kun painehäviö, ilmanpoisto ja puhdistus on suunniteltu mukaan alusta alkaen.

Miksi monivaiheinen käsittely voi auttaa

Monivaiheinen kanava ohjaa jäähdytysnesteen kuuman alueen läpi useammin kuin kerran. Tämä voi auttaa kolmella tavalla:

1. Tasaisempi lämpötila: Jäähdytysneste pakotetaan puhdistamaan alueet, joita yksi kierros ei välttämättä puhdista.
2. Suurempi paikallinen nopeus: Virtauksen jakaminen kapeammiksi virtauksiksi voi nostaa nopeutta ja lämmönsiirtokerrointa.
3. Rajoitetun pituuden parempi käyttö: Jos osa on lyhyt, mutkitteleva reitti lisää tehokasta virtauspituutta.

Todelliset kustannukset: painehäviö ja pumpun teho

Jokainen kierros ja ylimääräinen pituus lisää kitkahäviötä. Jos pumpun teho kasvaa liikaa, järjestelmä voi ylikuumentua, koska virtausnopeus laskee. Se on kompromissi.

Hyödyllinen tapa ajatella asiaa:

• Jos järjestelmä kestää suuremman painehäviön, monivaiheinen järjestelmä voi olla edullinen ratkaisu.
• Jos pumppu on jo lähellä rajansa, monivaiheinen pumppaus voi olla haitallista.

Ilmanpoisto ja kuplalukot

Monivaiheiset asettelut luovat usein korkeita kohtia, joihin ilma jää loukkuun. Loukkuun jäänyt ilma heikentää jäähdytystä ja voi aiheuttaa melua. Hyvä suunnittelu sisältää:

• Selkeä täytä ja tyhjennä strategia.
• Kaltevuudet tai reititys, joka ohjaa ilman tuuletusaukkoihin.
• Vältä äkillisiä korkeita pisteitä tiukkojen mutkien lähellä.

Puhdistettavuus ja käyttöikä

Teollisuuden jäähdytysnestekierroissa hienojakoiset hiukkaset ja lisäaineet muodostavat kalvoja. Monivaiheiset kanavat ovat vaikeampia puhdistaa, jos niissä on jyrkkiä mutkia tai kapeita osia. Suodattimet auttavat, mutta suunnittelulla on silti merkitystä.

Huomioon otettavat monivaiheiset mallit

Yleisiä asetteluja ovat:

• Serpentiini: Yksi jatkuva reitti, jossa on U-käännöksiä. Yksinkertainen putkisto, suurempi painehäviö.
• Rinnakkaiset monivaiheiset: Useita rinnakkaisia kanavia, joita syötetään jakoputkilla. Pienempi painehäviö, mutta vaatii tasapainoisen jakelun.
• Hybridi: Lyhyet, yhdensuuntaiset jalat, joissa on lieviä mutkia, tavoitteena yhtenäisyys ja hallittavissa oleva menetys.

Milloin monivaiheinen käsittely kannattaa

Monivaiheinen käsittely on yleensä ylimääräisen työn arvoista, kun:

• Kuumakohdat ovat vakavia ja paikallisia.
• Jäähdytysjalanjälki on rajallinen.
• Hieman suurempi pumpun teho on hyväksyttävää.
• Jäähdytysneste suodatetaan ja huolto suunnitellaan.

Mitkä tiivistysmenetelmät sopivat suulakepuristettuihin jäähdytyskanaviin?

Jäähdytyskanavan laatu riippuu sen tiivisteistä. Pieni vuoto voi vahingoittaa elektroniikkaa, aiheuttaa korroosiota tai luoda turvallisuusriskejä. Tiivisteiden valinta on sovitettava paineeseen, lämpötilavaihteluihin, jäähdytysnesteen kemialliseen koostumukseen ja asennustapaan.

Ekstrudoitujen jäähdytyskanavien tiivistysmenetelmiä ovat yleensä O-renkaat koneistetuissa urissa, pintatiivisteet, juotetut tai hitsatut sulkimet ja mekaaniset päätykannet. Paras valinta riippuu huollettavuuden tarpeista, toleranssin hallinnasta ja siitä, onko kanava tarkoitettu avattavaksi puhdistusta varten.

O-renkaat: yleisin huollettava vaihtoehto

O-renkaat toimivat hyvin, kun:

• Parittelupinnat ovat tasaiset ja hallitut.
• Uurteen mitat ovat yhdenmukaiset.
• Puristus on oikea ja toistettavissa.

O-renkaat ovat huollossa vahvoja, koska kanava voidaan avata, puhdistaa ja sulkea uudelleen.

Tiivisteet: sopivat suurille kasvoille ja matalalle paineelle

Tiivisteet sietävät pieniä pinnan vaihteluita ja peittävät suurempia alueita. Ne toimivat parhaiten, kun:

• Paine on kohtalainen.
• Pultin kuormitus on tasainen.
• Jäähdytysneste on yhteensopiva tiivistemateriaalin kanssa.

Pysyvät tiivisteet: juottaminen tai hitsaaminen

Jos kanavaa ei tule koskaan avata, pysyvä sulkeminen voi vähentää vuotoriskiä.

• Juottaminen voi tiivistää kannet ja päätylevyt jatkuvalla liitoksella.
• Hitsaus voi olla voimakas, mutta voi vääristää ohuita seiniä ja vaatii hyvää prosessin hallintaa.

Pysyvät tiivisteet ovat yleisiä, kun osa on tiivistetty koko käyttöiän ajaksi eikä huoltotöitä tarvita.

Mekaaniset päätykappaleet ja tulpat

Päätykappaleet ovat hyödyllisiä suorissa kanavissa, joiden päihin pääsee käsiksi. Ne voivat olla:

• Painettavat tulpat
• Kierteitetyt tulpat
• Kiinnitetyt päätykannet tiivisteellä tai O-renkaalla

Tiivistysvalinnan tarkistuslista

Alla oleva taulukko auttaa valitsemaan sopivan tiivistysmenetelmän tyypillisiin käyttöolosuhteisiin.

Toleranssi ja pinnanlaatu ovat tärkeämpiä kuin tiivistemerkki

Monet "huonoista tiivisteistä" johtuvat vuodot johtuvat todellisuudessa seuraavista syistä:

• Tasaisista kasvoista poikkeavat kasvot
• Työkalun jäljet sinettireitillä
• Väärin kohdistetut pulttikuviot
• Vinojen kansien epätasainen puristus

Ekstrudoitujen jäähdytyskanavien osalta on hyödyllistä työstää tiivistysalue yhdellä asetuksella ja tarkistaa sitten tasaisuus ja karheus. Yksinkertainen tarkastusrutiini säästää myöhemmin jälkikäsittelyä.

Päätelmä

Hyvät jäähdytyskanavat syntyvät tasapainoisista valinnoista: hyvin virtaava geometria, suulakepuristukseen sopivat sisäiset kanavat, monivaiheinen virtaus vain, jos pumppu ja huoltosuunnitelma sen sallivat, sekä todellisiin käyttöolosuhteisiin sopiva tiivistys.