Варіанти дизайну каналу охолодження алюмінієвої екструзії?

Гарячі точки, нерівномірне охолодження та перепади тиску можуть перетворити хороший продукт на гарантійну проблему. Коли про канали охолодження не думають, система зазвичай розплачується за це шумом, витоками та низькою ефективністю.

Екструзія алюмінію дає багато практичних варіантів дизайну каналів охолодження, від простих отворів до складних багатопрохідних каналів. Найкращий варіант збалансовує потік, теплопередачу, можливість очищення, ущільнення та вартість, а не лише один показник.

Мета проста: переміщати тепло швидко і передбачувано, зберігаючи при цьому контроль над виробництвом і технічним обслуговуванням. У наведених нижче розділах розглядаються форми каналів, способи створення внутрішніх проходів, коли допомагає багатопрохідність і як герметизувати все це з меншою кількістю несподіванок.

Яка геометрія каналів оптимізує потік охолоджувальної рідини?

Погана геометрія призводить до двох поширених несправностей: високого падіння тиску і мертвих зон. Високий перепад тиску призводить до втрати потужності насоса. Мертві зони затримують теплу рідину і зменшують тепловіддачу. Правильна форма каналу дозволяє уникнути і того, і іншого, залишаючись при цьому зручним для екструзії та очищення.

Найкраща геометрія каналів охолоджувальної рідини забезпечує більш рівномірну швидкість, зменшує кількість різких поворотів і збільшує змочуваний периметр, не створюючи при цьому кишень, які важко очистити. Кругла та гладка форма каналів часто є найбезпечнішою базовою, тоді як ретельно спроектовані багатолопатеві або шпилькоподібні форми можуть підвищити тепловіддачу, коли ризик забруднення низький.

Почніть з того, що "відчуває" насос"

Flow не переймається маркетинговими заявами. Його хвилює тертя і повороти.

• Круглі канали передбачувані. Вони мають низьку втрату тиску для даної площі і легко промиваються.
• Іподром (округлий прямокутник) часто краще вписується в тонкі стіни, зберігаючи при цьому плавні кути.
• Гострі прямокутники можуть створювати кути з низькою швидкістю. Ці кути стають шламовими кишенями в реальних контурах теплоносія.
• Серпантинні стежки може збільшити швидкість і теплопередачу, але кожен вигин збільшує втрати і може затримувати бульбашки.

Теплопередача - це не тільки площа

Багато команд женуться за площею поверхні і забувають про чистоту.

• Більший периметр може сприяти теплопередачі.
• Але мікро-функції можуть швидко зіпсуватися.
• Трохи простіша форма, яка залишається чистою, може перевершити вигадливу форму через шість місяців.

Правила геометрії, які зазвичай працюють

Наступні правила допоможуть прийняти рішення на ранніх стадіях:

• Використання закруглені кути скрізь, де тільки можна.
• Уникайте раптові розширення і раптові перейми.
• Тримайте повороти ніжний (більший радіус вигину).
• Зберігайте розміри каналів достатньо великими для змив і для очікуваного навантаження твердих частинок.

Порівняння практичної геометрії

У таблиці нижче наведено короткий посібник з раннього скринінгу.

Як екструзія забезпечує внутрішні канали охолодження?

Багато людей уявляють собі екструзію як просту зовнішню форму. На практиці екструзія може створювати внутрішні порожнечі та проходи за один крок, якщо матриця може це витримати, а потік металу залишається збалансованим.

Екструзія дозволяє створювати внутрішні канали охолодження за допомогою порожнистих матриць з оправками та перемичками, які формують внутрішні порожнечі під час ходу преса. За умови належної підтримки матриці, контролю потоку металу та пост-екструзійної обробки внутрішні канали можна виготовляти багаторазово без свердління довгих каналів.

Основна ідея: порожниста матриця формує порожнечу

Щоб створити внутрішній прохід, матриця повинна утримувати оправку на місці. Оправка підтримується мостами (також званими перемичками). Алюміній обтікає ці опори, а потім зливається у зварювальній камері перед виходом.

Це створює дві реальності, які мають значення для каналів охолодження:

• Форма внутрішнього каналу можлива, але вона повинна бути здійсненний.
• Профіль має зварювальні шви де з'єднуються металеві потоки, і ці шви повинні бути розміщені з розумом.

Що визначає, чи можливий канал

Кілька факторів визначають, чи можна екструдувати канал з хорошим виходом.

Баланс металевого потоку

Якщо одна сторона профілю тече швидше, стінки стають тонкими і канали можуть деформуватися. Збалансована товщина стінок і симетричні особливості допомагають.

Конструкція підшипника та тертя

Підшипники матриці контролюють швидкість виходу. Добре налаштований підшипник може змусити внутрішні полотна і зовнішні стінки виходити разом, зменшуючи скручування і конусність.

Мінімальна товщина стінок і міцність полотна

Дуже тонкі внутрішні стінки можуть руйнуватися під час екструзії або пізніше під час транспортування. У каналах охолодження тонкі стінки також піддаються корозії та ерозії, якщо охолоджуюча рідина є агресивною.

Варіанти постобробки

Екструдовані канали часто потребують фінішної обробки, щоб стати надійним охолоджувальним компонентом:

• Випрямлення розтяжок щоб зменшити скручування.
• Обробка з ЧПУ для портів, колекторів і ущільнювальних поверхонь.
• Зняття задирок на портових перехрестях.
• Обробка поверхні наприклад, анодування або покриття, коли існує високий ризик корозії.

Звички проектування, які зменшують виробничі ризики

При проектуванні внутрішніх переходів ці звички зазвичай допомагають:

• Зберігайте внутрішні функції простий і плавний.
• Уникайте екстремальних перепадів товщини стінок в одному і тому ж перерізі.
• Сплануйте розташування отворів так, щоб зварювальні шви не розташовувалися на ущільнювальних поверхнях, що зазнають найбільшого напруження.

Чи можуть багатопрохідні канали підвищити теплову ефективність?

Одного прямого проходу може бути достатньо для низьких теплових навантажень. Але коли тепловий потік високий або площа установки обмежена, багатоходовий дизайн стає привабливим. Питання полягає в тому, чи окупиться додаткова складність в реальних системах.

Багатоходові канали можуть підвищити теплову ефективність, збільшуючи час перебування охолоджувальної рідини, підвищуючи середню швидкість у гарячих зонах і зменшуючи розбіжність у підвищенні температури по всій деталі. Вони працюють найкраще, коли падіння тиску, продувка повітрям і очищення передбачені з самого початку.

Чому багатопрохідність може допомогти

Багатоходовий канал спрямовує охолоджувач через гарячу зону більше одного разу. Це може допомогти трьома способами:

1. Більш рівномірна температура: Охолоджуюча рідина змушена очищати ділянки, які можуть бути пропущені за один прохід.
2. Вища локальна швидкість: Розділення потоку на вужчі канали може підвищити швидкість і коефіцієнт тепловіддачі.
3. Краще використовувати обмежену довжину: Якщо деталь коротка, серпантин додає ефективну довжину потоку.

Реальна вартість: падіння тиску та потужність насоса

Кожен поворот і додаткова довжина збільшують втрати на тертя. Якщо потужність насоса зростає занадто сильно, система може працювати гарячіше, оскільки швидкість потоку падає. Це - компроміс.

Корисний спосіб подумати про це:

• Якщо система може дозволити собі більший перепад тиску, багатопрохідна система може бути виграшною.
• Якщо насос вже працює на межі своїх можливостей, багатоходовий режим може призвести до зворотного ефекту.

Очищення повітря та уловлювачі бульбашок

Багатопрохідні схеми часто створюють високі точки, які затримують повітря. Затримане повітря зменшує охолодження і може спричинити шум. Хороший дизайн включає в себе:

• Чіткий заповнити і злити стратегію.
• Нахили або маршрути, які спрямовують повітря до вентиляційних отворів.
• Уникайте раптових високих точок біля крутих поворотів.

Можливість очищення та термін служби

У промислових контурах охолоджувальної рідини дрібні частинки та присадки утворюють плівки. Багатоходові канали важче очищати, якщо вони мають круті повороти або вузькі ділянки. Фільтри допомагають, але конструкція все одно має значення.

Багатопрохідні шаблони, на які слід звернути увагу

Поширені макети включають:

• Серпантин: Один безперервний шлях з розворотами. Простий водопровід, більший перепад тиску.
• Паралельний багатопрохідний: Кілька паралельних каналів, що живляться від колекторів. Менший перепад тиску, але потребує збалансованого розподілу.
• Гібрид: Короткі паралельні ноги з м'якими поворотами, спрямовані як на рівномірність, так і на керовану втрату.

Коли багатопрохідність того варта

Багатопрохідність зазвичай варта додаткової роботи, коли:

• Гарячі точки є серйозними та локалізованими.
• Площа охолодження обмежена.
• Трохи більша потужність насоса є прийнятною.
• Охолоджуюча рідина фільтрується і планується технічне обслуговування.

Які методи ущільнення підходять для екструдованих каналів охолодження?

Канал охолодження настільки хороший, наскільки хороші його ущільнення. Невеликий витік може зруйнувати електроніку, викликати корозію або створити загрозу безпеці. Вибір ущільнень повинен відповідати тиску, температурним циклам, хімічному складу охолоджувальної рідини та стилю збірки.

Для ущільнення екструдованих каналів охолодження зазвичай використовують ущільнювальні кільця в оброблених пазах, торцеві прокладки, паяні або зварні заглушки та механічні торцеві заглушки. Найкращий вибір залежить від потреб обслуговування, контролю допусків і від того, чи передбачається відкривання каналу для очищення.

Ущільнювальні кільця: найпоширеніший справний варіант

Ущільнювальні кільця добре працюють, коли:

• Стикувальні поверхні плоскі та контрольовані.
• Розміри пазів однакові.
• Стиснення правильне і повторюване.

Ущільнювальні кільця надійні в обслуговуванні, оскільки канал можна відкрити, очистити і знову ущільнити.

Ущільнювачі: добре підходять для великих поверхонь і низького тиску

Ущільнювачі можуть витримувати незначні коливання поверхні і покривати більші площі. Вони найкраще працюють, коли:

• Тиск помірний.
• Навантаження на болт рівномірне.
• Охолоджуюча рідина сумісна з матеріалом прокладки.

Постійні ущільнення: паяння або зварювання

Якщо канал ніколи не повинен відкриватися, постійне закриття може зменшити ризик витоку.

• Пайка може ущільнювати кришки і торцеві панелі безперервним швом.
• Зварювання може бути міцним, але може деформувати тонкі стінки і вимагає хорошого контролю процесу.

Постійні ущільнення застосовуються, коли деталь герметизується на все життя і доступ до неї не потрібен для обслуговування.

Механічні торцеві заглушки та пробки

Торцеві заглушки корисні для прямолінійних каналів, де є доступ до кінців. Вони можуть бути:

• Заглушки для пресування
• Різьбові заглушки
• Затиснуті торцеві заглушки з прокладкою або ущільнювальним кільцем

Контрольний список для вибору ущільнення

Наведена нижче таблиця допоможе підібрати метод ущільнення до типових умов використання.

Допуск і якість поверхні мають більше значення, ніж марка ущільнення

Багато витоків, в яких звинувачують "погані ущільнення", насправді є наслідком:

• Плоскі грані
• Сліди інструменту, що перетинають траєкторію ущільнення
• Неспівпадіння шаблонів болтів
• Нерівномірне стиснення через деформовані кришки

Для екструдованих каналів охолодження він допомагає обробити ущільнювальну поверхню за одну установку, а потім перевірити площинність і шорсткість. Проста процедура перевірки дозволяє уникнути подальших переробок.

Висновок

Хороші канали охолодження є результатом збалансованого вибору: геометрія, яка добре пропускає потік, внутрішні проходи, що сприяють екструзії, багатоходовий режим тільки тоді, коли насос і план технічного обслуговування це підтримують, і ущільнення, яке відповідає реальним умовам експлуатації.