Варианты конструкции канала охлаждения из алюминиевого сплава?

Горячие точки, неравномерное охлаждение и перепады давления могут превратить хороший продукт в проблему с гарантией. Когда о каналах охлаждения думают в последнюю очередь, система обычно расплачивается за это шумом, утечками и низкой эффективностью.

Экструзия алюминия дает множество практичных вариантов конструкции каналов охлаждения, от простых отверстий до сложных многоходовых каналов. Лучший вариант - это баланс между потоком, теплопередачей, чистотой, герметичностью и стоимостью, а не только один из параметров.

Цель проста: быстрое и предсказуемое перемещение тепла при сохранении контроля над производством и обслуживанием. В следующих разделах мы рассмотрим формы каналов, способы изготовления внутренних проходов, многоходовые каналы и способы их герметизации с меньшим количеством сюрпризов.

Какие геометрии каналов оптимизируют поток охлаждающей жидкости?

Плохая геометрия приводит к двум распространенным неисправностям: высокому перепаду давления и мертвым зонам. При высоком перепаде давления тратится мощность насоса. Мертвые зоны задерживают теплую жидкость и снижают теплопередачу. Хорошая форма канала позволяет избежать и того, и другого, оставаясь при этом реалистичной для экструзии и очистки.

Лучшие геометрии каналов охлаждающей жидкости обеспечивают более равномерную скорость, уменьшают резкие повороты и увеличивают смачиваемый периметр без создания трудноочищаемых карманов. Круглые и гладкие формы часто являются наиболее безопасными, в то время как тщательно продуманные многолепестковые или штыревые формы могут повысить теплопередачу при низком риске образования нагара.

Начните с того, что насос "чувствует"."

Flow не заботится о маркетинговых заявлениях. Он заботится о трении и поворотах.

• Круглые каналы предсказуемы. Они имеют низкую потерю давления для данной площади и легко промываются.
• Ипподром (закругленный прямоугольник) часто лучше вписывается в тонкие стены, сохраняя гладкие углы.
• Острые прямоугольники могут создавать углы с низкой скоростью. Эти углы становятся карманами для осадка в настоящих контурах охлаждающей жидкости.
• Серпантинные дорожки может увеличить скорость и теплопередачу, но каждый изгиб увеличивает потери и может задерживать пузырьки.

Теплопередача зависит не только от площади

Многие команды гонятся за площадью поверхности и забывают о чистоте.

• Увеличение периметра может способствовать теплопередаче.
• Но микрофункции могут быстро испортиться.
• Немного более простая форма, которая остается чистой, может превзойти модную форму уже через шесть месяцев.

Правила геометрии, которые обычно работают

Следующие эмпирические правила помогут принять решение на ранней стадии:

• Используйте закруглённые углы везде, где только можно.
• Избегайте внезапные экспансии и внезапные схватки.
• Сохраняйте изгибы нежный (больший радиус изгиба).
• Размер канала должен быть достаточно большим для промывка и для ожидаемой нагрузки на частицы.

Практическое сравнение геометрии

Приведенная ниже таблица - краткое руководство по раннему скринингу.

Как экструзия позволяет создать внутренние охлаждающие каналы?

Многие представляют себе экструзию как простую внешнюю форму. На практике экструзия может создавать внутренние пустоты и проходы за один шаг, если только фильера может это выдержать и поток металла остается сбалансированным.

Экструзия позволяет создавать внутренние каналы охлаждения благодаря использованию полых матриц с дорнами и мостиками, которые формируют внутренние пустоты во время хода пресса. При правильной поддержке фильеры, контроле расхода металла и послеэкструзионной обработке внутренние каналы могут быть выполнены с высокой повторяемостью без сверления длинных траекторий.

Основная идея: полая матрица образует пустоту

Чтобы создать внутренний проход, штамп должен удерживать оправку на месте. Оправка поддерживается мостиками (также называемыми полотнами). Алюминий обтекает эти опоры, а затем сливается в сварочной камере перед выходом.

Это создает две реальности, которые имеют значение для каналов охлаждения:

• Внутренняя форма канала возможна, но она должна быть гибнущий.
• Профиль имеет сварные швы в местах соединения металлических потоков, и эти швы должны быть расположены грамотно.

Что определяет целесообразность использования канала

Несколько факторов определяют, можно ли экструдировать канал с хорошим выходом.

Баланс металла

Если одна сторона профиля обтекается быстрее, стенки становятся тонкими, а каналы могут деформироваться. На помощь приходят сбалансированная толщина стенок и симметричные характеристики.

Конструкция подшипника и трение

Подшипники фильеры регулируют скорость выхода. Хорошо настроенный подшипник может заставить внутренние полотна и внешние стенки выходить вместе, уменьшая скручивание и конусность.

Минимальная толщина стенки и прочность полотна

Очень тонкие внутренние стенки могут разрушиться во время экструзии или при последующей обработке. Для каналов охлаждения тонкие стенки также подвержены риску коррозии и эрозии, если охлаждающая жидкость агрессивна.

Параметры постобработки

Экструдированные каналы часто нуждаются в финишной обработке, чтобы стать надежным охлаждающим компонентом:

• Выпрямление растяжек для уменьшения скручивания.
• Обработка на станках с ЧПУ для портов, коллекторов и уплотнительных поверхностей.
• Удаление заусенцев на перекрестках портов.
• Обработка поверхности например, анодирование или покрытие, когда риск коррозии высок.

Привычки проектирования, снижающие производственный риск

При разработке внутренних переходов эти привычки обычно помогают:

• Сохраните внутренние функции простой и гладкий.
• Избегайте сильных различий в толщине стенок в одном и том же сечении.
• Планируйте расположение портов таким образом, чтобы сварные швы не находились на уплотнительных поверхностях, испытывающих наибольшие нагрузки.

Могут ли многопроходные каналы повысить тепловую эффективность?

Для низких тепловых нагрузок может быть достаточно одного прямого прохода. Но когда тепловой поток высок или площадь занимает мало места, многопроходные конструкции становятся привлекательными. Вопрос в том, окупается ли дополнительная сложность в реальных системах.

Многопроходные каналы могут повысить тепловую эффективность за счет увеличения времени пребывания охлаждающей жидкости, повышения средней скорости в горячих зонах и уменьшения несоответствия роста температуры по всей детали. Они работают лучше всего, когда перепад давления, продувка воздухом и очистка предусмотрены с самого начала.

Почему многопроходность может помочь

Многоходовой канал направляет охлаждающую жидкость через горячую зону более одного раза. Это может помочь тремя способами:

1. Более равномерная температура: Охлаждающая жидкость проникает в те места, которые можно пропустить за один проход.
2. Большая локальная скорость: Разделение потока на более узкие проходы может увеличить скорость и коэффициент теплопередачи.
3. Лучшее использование ограниченной длины: Если деталь короткая, змеевидный путь увеличивает эффективную длину потока.

Реальная стоимость: перепад давления и мощность насоса

Каждый поворот и дополнительная длина увеличивают потери на трение. Если мощность насоса увеличивается слишком сильно, система может работать жарче в целом, поскольку снижается скорость потока. Это компромисс.

Полезный способ подумать об этом:

• Если система может позволить себе большее падение давления, многоходовая система может быть выигрышной.
• Если насос уже находится на пределе своих возможностей, многопроходная система может дать обратный эффект.

Очистка воздуха и ловушки для пузырьков

При многоходовой планировке часто возникают высокие точки, в которых задерживается воздух. Задержанный воздух ухудшает охлаждение и может вызывать шум. Хорошая конструкция включает в себя:

• Ясный заполнение и кровотечение стратегия.
• Наклоны или маршруты, направляющие воздух к вентиляционным отверстиям.
• Избегайте резких подъемов вблизи крутых поворотов.

Чистота и срок службы

В контурах промышленных охлаждающих жидкостей мелкие частицы и присадки образуют пленку. Многоходовые каналы сложнее очищать, если они имеют крутые повороты или узкие участки. Фильтры помогают, но конструкция все равно имеет значение.

Многоходовые шаблоны, которые следует учитывать

Обычные планировки включают:

• Серпантин: Один непрерывный тракт с разворотами. Простой водопровод, более высокое падение давления.
• Параллельный многоходовой: Несколько параллельно расположенных каналов, питающихся от коллекторов. Меньший перепад давления, но требуется сбалансированное распределение.
• Гибрид: Короткие параллельные ножки с легкими поворотами, стремящиеся к равномерности и управляемой потере.

Когда многоходовочка стоит того.

Многоходовочка обычно стоит того, чтобы потрудиться:

• Горячие точки сильно выражены и локализованы.
• Площадь охлаждения ограничена.
• Допускается немного большая мощность насоса.
• Охлаждающая жидкость фильтруется, а техническое обслуживание планируется.

Какие методы уплотнения подходят для экструдированных каналов охлаждения?

Канал охлаждения хорош лишь настолько, насколько надежны его уплотнения. Небольшая утечка может испортить электронику, вызвать коррозию или создать угрозу безопасности. Выбор уплотнения должен соответствовать давлению, температурным циклам, химическому составу охлаждающей жидкости и стилю сборки.

Методы уплотнения экструдированных каналов охлаждения обычно включают уплотнительные кольца в обработанных канавках, торцевые прокладки, паяные или сварные затворы, а также механические торцевые заглушки. Выбор оптимального варианта зависит от потребностей в обслуживании, контроля допусков, а также от того, будет ли канал открываться для очистки.

О-образные кольца: наиболее распространенный вариант обслуживания

Уплотнительные кольца хорошо работают, когда:

• Сопрягаемые поверхности плоские и контролируемые.
• Размеры канавок совпадают.
• Компрессия правильная и повторяющаяся.

Уплотнительные кольца удобны для обслуживания, так как канал можно открыть, очистить и снова закрыть.

Прокладки: хорошо подходят для больших поверхностей и низкого давления

Прокладки могут допускать незначительные отклонения поверхности и покрывать большие площади. Они работают лучше всего, когда:

• Давление умеренное.
• Нагрузка на болт равномерная.
• Охлаждающая жидкость совместима с материалом прокладок.

Неразъемные уплотнения: пайка или сварка

Если канал никогда не должен открываться, постоянное закрытие может снизить риск утечки.

• Пайка может уплотнять крышки и торцевые панели с непрерывным швом.
• Сварка может быть прочным, но может деформировать тонкие стенки и требует хорошего контроля процесса.

Постоянные уплотнения используются, когда деталь герметична на весь срок службы и доступ для обслуживания не требуется.

Механические торцевые крышки и заглушки

Торцевые заглушки полезны для прямолинейных каналов, к концам которых есть доступ. Они могут быть:

• Заглушки с прессовой посадкой
• Резьбовые пробки
• Зажимные торцевые крышки с прокладкой или уплотнительным кольцом

Контрольный список по выбору уплотнений

Приведенная ниже таблица поможет подобрать способ уплотнения в соответствии с типичными условиями эксплуатации.

Допуск и качество поверхности имеют большее значение, чем марка уплотнения

Многие утечки, в которых виноваты "плохие уплотнения", на самом деле вызваны:

• Неровные лица
• Следы инструмента, пересекающие траекторию уплотнения
• Неправильное расположение болтов
• Неравномерное сжатие из-за деформированных крышек

При изготовлении экструдированных охлаждающих каналов рекомендуется обрабатывать уплотнительную поверхность за один установ, а затем проверять плоскостность и шероховатость. Простая процедура проверки позволяет избежать последующей доработки.

Заключение

Хорошие каналы охлаждения получаются в результате сбалансированного выбора: геометрия, которая хорошо обтекается, внутренние каналы, удобные для экструзии, многоходовые каналы только в том случае, если насос и план обслуживания поддерживают это, и уплотнения, соответствующие реальным условиям эксплуатации.