ҚЫСҚАША

Құю — балқытылған металды, әдетте алюминий немесе мырыш қорытпаларын жоғары қысым астында қайталанатын болат қалыпқа енгізу арқылы жылу шашқыштарын жасайтын өндірістік процесс. Бұл әдіс жылуды тиімді шашу үшін бетінің ауданын едәуір арттыратын, бүтінделген қанаттары бар күрделі, үш өлшемді жылу шашқыштарды жасауда үстем. Бұл процесс сенімді жылу режимі маңызды болып табылатын электроника, автомобиль және өнеркәсіптегі қолданбалар үшін жоғары көлемдегі өндірісте өте тиімді болып табылады.

Жылу шашқыштары үшін құю процесін түсіну

Жылу алмастырғыштар үшін матрицалық құю процесі негізінен балқытылған металды жоғары қысыммен қатайтылған болат матрицаға, яғни қалыпқа енгізу арқылы жүзеге асады. Бұл әдіс күрделі детальдар мен дәл өлшемдерді тез шығаруға мүмкіндік береді. Металл енгізілгеннен кейін ол тез суып, қатаяды, содан кейін қалып ашылып, қатты бөлшек шығарылады. Бұл цикл жоғары жылдамдықпен қайталана алады, сондықтан матрицалық құю массалық өндіріс үшін идеалды шешім болып табылады.

Бұл әдістің маңызды артықшылығы — бір бөлшектен тұратын қатты жылу алмастырғыштарды жасау. Қосымша пластиналар табанға желімделетін немесе бекітілетін басқа өндіріс әдістерінен өзгеше, матрицалық құю кезінде пластиналар бөлшектің бір бөлігі ретінде қалыптасады. Осыны Advanced Thermal Solutions, Inc. , бұл табан мен қанаттарының арасындағы интерфейсте пайда болатын жылулық кедергіні жояды, сондықтан электрондық компоненттен айналасындағы ауаға жылу беру тиімдірек жүзеге асады. Бұл әдіс экструзиялау немесе өңдеу арқылы қиын немесе мүмкін емес пішіндерді өндіруге мүмкіндік береді.

Бұл мүмкіндік кез-келген радиатордың негізгі талабын орындау үшін маңызды: жылуды тиімді шашырату үшін бетінің ауданын максималды ұлғайту. Радиатордың бетінің ауданы неғұрлым үлкен болса, ол жылу энергиясын салқындатқыш қоршаған ортаға соғұрлым тиімдірек береді. Құю формасы инженерлерге нақты қолданыстар үшін ауа ағыны мен жылулық өнімділікті оптималдандыратын күрделі массивтер мен пішіндерде қанаттар мен штифтерді жобалауға мүмкіндік береді.

Құйманың көптеген қолданыс аясы бар, оны әртүрлі мақсаттарда қолдануға болады. Мысалы, жиі LED жарықтандыру үшін суыту шешімдерін жасауда қолданылады, мұнда радиаторлар жиі тікелей құрылғы корпусына енгізіледі. Оның сенімділігі мен өнімділігіне байланысты автомобиль электроникасында, байланыс құрылғыларында және өнеркәсіптік қуат көздерінде кеңінен қолданылады. Өлшемді тұрақтылық пен коррозияға төзімді бөлшектерді шығара алу қабілеті осы салалардағы тартымдылығын арттырады.

Негізгі материалдарды салыстыру: алюминий, мырыш, мыс және магний

Материалды таңдау — құйма радиатордың конструкциясындағы маңызды фактор, себебі бұл тікелей жылу өткізгіштік, салмақ және құнына әсер етеді. Ең кеңінен қолданылатын материалдар — алюминий, мырыш, магний және мыс қорытпалары, олардың әрқайсысы әртүрлі қолданыстарға сәйкес келетін өзіндік қасиеттері бар.

A380 және ADC12 сияқты алюминий қорытпалары жылу өткізгіштігінің, төменгі тығыздығының және коррозияға төзімділіктің үйлесімді қатынасына байланысты ең кең тараған таңдау болып табылады. Олар жеңіл және экономикалық болып келеді, сондықтан тұтынушы электроникасынан бастап өнеркәсіптік жабдықтарға дейінгі көптеген қолданыстар үшін идеалды нұсқа болып табылады. Алюминийге қарағанда құюы оңайырақ және құрал-жабдық шығындары төменірек болғандықтан, мырыш та кеңінен қолданылатын басқа бір нұсқа болып табылады. Дегенмен, MyHeatSinks түсіндіреді, мырыш алюминийге қарағанда ә существенно ауыырырақ, бұл портативті құрылғылар сияқты салмаққа сезімтал қолданыстарда маңызды кемшілік болуы мүмкін.

Салмақ негізгі мәселе болып табылатын қолданыстар үшін магний өзекті альтернатива болып табылады. Бір техникалық баяндамадан Chicago White Metal Casting магний алюминийден 35% жеңіл екенін көрсетеді. Жылу өткізгіштігі төмен болса да, оның төмен тығыздығы жылу алмасу салыстырмалы немесе одан да жоғары болатындай етіп, ұзын сақиналары бар конструкциялар жасауға мүмкіндік береді және ол салмақтың маңызды артықшылығын сақтайды. Бұл оны әуежай және жоғары өнімді тасымалданатын электроника үшін ерекше тартымды етеді. Мыс компактті кеңістікте максималды жылу шашыратуды талап ететін қолдануларда қолданылатын ең жоғары жылу өткізгіштікті ұсынады, бірақ ауырлау және қымбат.

Айырмашылықтарды жақсырақ көрсету үшін, келесі кесте кең таралған құю қорытпаларының негізгі қасиеттерін салыстырады:

Мәліметтер Chicago White Metal Casting компаниясынан алынған.

Әрбір материалдың артықшылықтары мен кемшіліктері

• Алюминий: Өнімділік, салмақ және құнының жақсы жалпы тепе-теңдігін ұсынады. Бұл көбінесе жалпы мақсаттағы радиаторлар үшін негізгі таңдау болып табылады.
• Цинк: Салмақ маңызды емес, бірақ көлем жоғары және құны төмен қолданбалар үшін ең жақсы таңдау. Жоғары сапалы сезім береді және капьютеме немесе өңдеу оңай.
• Магний: Жеңіл конструкциялар үшін шектеусіз таңдау. Салмаққа сезімтал жағдайларда алюминийден тиімдірек болатын конструкцияларды іске асыруға мүмкіндік береді.
• Тұстік: Ең жақсы жылу өткізгіштік сипаттамаларын ұсынады, бірақ құны мен салмағы жоғары. Басқа материалдар суыту талаптарын қанағаттандыра алмаған кезде қолданылады.

Құйма радиаторлардың негізгі конструкция принциптері

Құймадан жасалған радиаторлардың тиімді конструкциясы бір ғана негізгі мақсатқа бағытталған: құны тиімді болатындай етіп, жылудың таратылуын максималдандыру. Бұл шынжыр геометриясы, бетінің ауданы, ауа ағынын басқару және орнату элементтерін интеграциялау сияқты бірнеше негізгі принциптерді мұқият қарастыру арқылы жүзеге асырылады. Құюдың икемділігі инженерлерге экструзия сияқты басқа әдістермен жүзеге асыру мүмкін емес, әрі оптималды күрделі геометриялар жасауға мүмкіндік береді.

Негізгі тиімділіктің негізгі қозғаушы күші — бетінің ауданы. Саланың мамандары атап өткендей, Zetwerk жылу алмасудың тиімді бетін арттыру үшін қабырғалардың — олардың пішінінің, биіктігінің, қалыңдығы мен орналасу аралығының — конструкциясы өте маңызды. Жалпы алғанда, биік және жұқа қабырғалар көбірек бет алады, бірақ мұнда компромисс бар. Бір-біріне тым жақын орналасқан қабырғалар ауа ағынына кедергі жасай алады, әсіресе табиғи конвекция жағдайында, бұл жалпы тиімділікті төмендетеді. Оптималды конструкция жеткілікті орналасу аралығын сақтай отырып, ауаның еркін циркуляциялануына мүмкіндік беретін бет ауданын тепе-теңдікке келтіреді.

Ауа ағыны — бұл тағы бір маңызды фактор. Жылу шығарғыш пен оның қабырғаларының бағдарлауы құрылғы ішіндегі табиғи немесе мәжбүрлі ауа ағыны бағытымен сәйкес келуі тиіс. Құю әдісі ауа кедергісін азайтып, турбуленттілікті арттыратын, жылу өнімділігін одан әрі жақсартатын аэродинамикалық пішінді штифтер сияқты қабырғалардың ерекше пішіндерін жасауға мүмкіндік береді. Сонымен қатар, жылу шығарғышты өнімнің корпусына немесе қорапшасына тікелей интеграциялау жылу өту жолын жеңілдетеді және қосымша компоненттер мен жинау кезеңдерін болдырмауға мүмкіндік береді.

Құю арқылы өңдеу жылу алмасуды басқару үшін күрделі компоненттерді жасауда жоғары нәтиже көрсетсе де, әсіресе автомобиль сияқты талаптары жоғары салаларда, бір ғана жинақтың ішіндегі әртүрлі бөлшектер үшін басқа да өндірістік процестер қажет болуы мүмкін. Мысалы, өте жоғары беріктік пен төзімділікті талап ететін маңызы зор құрылымдық элементтер жиі құю немесе шаншып соғу процестеріне сүйенеді. Пайдаланушылар автомобильные кованные детали материал қасиеттері құйма қорытпалардың қасиеттеріне қол жетпейтін жерлерде мықты бөлшектерді шығару үшін алдыңғы қатарлы ыстық шаншып соғу әдістерін қолданады, осылайша күрделі инженерлік жүйелерде әртүрлі өндірістік әдістердің бір-бірімен қалай толықтырып отыратынын көрсетеді.

Оптималды жұмыс істеу үшін дизайн тізімі

• Бетінің ауданын максималдандыру: Жылу шашырату үшін қолжетімді ауданды арттыру үшін күрделі желбау және штифтің геометриясын пайдаланыңыз.
• Желбаулар арасындағы қашықтықты оптимизациялау: Табиғи немесе мәжбүрлі конвекция үшін жеткілікті ауа ағынына мүмкіндік беру үшін желбаулар арасында жеткілікті орын бар болуы керек.
• Ауа ағынының бағытын қарастыру: Ауа ағынының кедергісін азайту және салқындатудың тиімділігін арттыру үшін желбезектерді ауа ағыны бағыты бойынша орналастырыңыз.
• Орнату элементтерін интеграциялау: Жинау құнын төмендетіп, жылулық контактін жақсарту үшін радиаторға бекіту тірегін, тесіктер мен басқа да элементтерді тікелей құю процесі кезінде енгізу үшін матрицалық құю әдісін қолданыңыз.
• Қажетті материалдың қалыңдығын таңдау: Радиатордың табаны мен желбезектерінің қалыңдығы жылуды тарату мен шашырату қабілетіне әсер етеді. Жылулық қажеттіліктерді салмақ пен құн шектеулерімен тепе-теңдікте ұстаңыз.

Артықшылықтары және жетілдірілген матрицалық құю әдістері

Құйманың жылу шығарғыштарды, әсіресе орташа немесе жоғары көлемдегі өндіріс жүргізу үшін өндіруде таңдауға болатын көптеген артықшылықтары бар. Ең маңызды артықшылықтардың бірі - басқа әдістермен тыйым салынған немесе мүмкін емес болатын күрделі 3D пішіндерді шығара алу қабілеті. Бұл бір бөлшекке бірнеше функцияны интеграциялауға мүмкіндік береді; мысалы, жылу шығарғыш құрылғы корпусымен, рамамен немесе қорапшамен біріктірілуі мүмкін. Бұл интеграция бөлшектер санын және жинау құнын азайтумен қатар, тікелей жылу беру жолын құру арқылы жылу өнімділігін де жақсартады.

Құйма жылу шығарғыштардың артықшылықтары геометриялық күрделіліктен тыс та таралады. Бұл процесс өте дәл, өлшемдік тұрақтылығы жоғары және екінші ретті өңдеуді жиі қажет етпейтін тегіс беті бар бөлшектерді шығарады. Бұл «жобаланған пішіндегі» өндіріс материалдардың шығынын және өндіріс уақытын минималдандырады. Қосымша артықшылықтарға мыналар жатады:

• Масштабтағы тиімділік: Бастапқы құрал-жабдықтардың құны жоғары болуы мүмкін, бірақ бірлік өндіріс құны төмен болғандықтан, үлкен өндіріс көлемдері үшін экономикалық тиімді болып табылады.
• Интеграцияланған функциялар: Тесіктер, резьбалар және бекіткіш элементтер бөлшектің құрамына тікелей құю немесе керндеу арқылы енгізілуі мүмкін.
• Коррозияға төзімділік: Алюминий мен мырыш қорытпалары коррозияға қарсы жақсыдан жоғары дәрежеде төзімділік көрсетеді.
• EMI/RFI экранирование: Бөлшектердің металдық табиғаты электромагниттік және радиожиіліктік бөгеулерден табиғи экрандау мүмкіндігін береді.

Стандарттық құюдан тыс, алдыңғы қатарлы әдістер жылу өнімділігінің шекарасын кеңейтуде. Олардың ішінде ең белгілісі Жоғары тығыздықтағы құю (HDDC) . Advanced Thermal Solutions, Inc. мақұлдаған зерттеулерде айтылғандай, HDDC процесі сұйық күйдегі металлға қосымша басымдық қосу кезеңін қамтиды. Бұл соғылған алюминий (мысалы, AL 6063) сияқты жылу өткізгіштігі жоғары қорытпаларды пайдалануға мүмкіндік береді.

HDDC жылу сақиналарын шығарады, олар едәуір аз тесік құрылымға ие және жоғары механикалық беріктікке ие. Бұл күрделі үдеріс жылу таратуды одан әрі арттыру үшін жіңішке қабырғаларды, жоғары пішін қатынасы мен тығыз орналасқан элементтерді құюға мүмкіндік береді. Қуыс құрылым жиектерді анодтау сияқты соңғы өңдеу процестеріне мүмкіндік береді, ал бұл әдеттегі матрицалық құю үшін әрқашан мүмкін бола бермейді. Абсолютті ең жоғары өнімділік талап ететін қолданбалар үшін HDDC жылумен басқару технологиясында маңызды алға қадам болып табылады.

Матрицалық құю арқылы жылумен басқаруды оптимизациялау

Қорытындылай келе, құйманың жылу шашандарын өндіру үшін өте тиімді және көпқырлы өндірістік процестің бірі болып табылады. Күрделі, бүтін конструкциялар жасау қабілеті инженерлерге ауа ағыны мен салмақ сияқты факторларды бақылау арқылы бетінің ауданын ең үлкен деңгейге жеткізу арқылы жылу өткізгіштікті оптимизациялауға мүмкіндік береді. Материалдарды таңдау — тепе-теңдігі жақсы алюминийден бастап жеңіл магний немесе жоғары өткізгіштіктегі мысқа дейін — нақты қолдану талаптарын қанағаттандыру үшін қосымша икемділік береді.

Масштабты төмен баға, құрамдас бөліктерді интеграциялау және өлшемдік дәлдіктің жоғары деңгейі сияқты негізгі артықшылықтар LED жарықтандырудан бастап автомобиль электроникасына дейінгі жоғары көлемді өндірісте оны басым таңдау етеді. Сонымен қатар, Жоғары Тығыздықты Құю (HDDC) сияқты алдыңғы қатарлы әдістердің пайда болуы бұл технологияның мүмкіндіктерін үнемі кеңейтіп отырады және одан да тиімді және берік жылу шешімдерін жасауға мүмкіндік береді. Негізгі конструкция принциптері мен материалдарды таңдау туралы түсіну инженерлерге өнімнің сенімділігі мен қызмет ету мерзімін қамтамасыз ететін өте тиімді суыту жүйелерін дамыту үшін құю процесін пайдалануға мүмкіндік береді.

Жиі қойылатын сұрақтар

1. Жылу шашыратқыш үшін ең жақсы дизайн қандай?

Ең тиімді радиатор дизайні — бұл қоршаған ортаға жылу беруді жеңілдету үшін бетінің ауданын максималдандыратын дизайн. Әдетте бұл пластиналар немесе сақиналар көмегімен жүзеге асырылады. Идеалды геометрия қолданылуына байланысты, соның ішінде шашыратылатын жылудың мөлшеріне және ауа ағынының сипатына (табиғи немесе мәжбүр конвекция) байланысты. Материалды таңдау да маңызды; мыс немесе алюминий сияқты жоғары жылу өткізгіштігі бар материалдар жылу көзінен пластиналарға дейінгі тиімді жылу беру үшін қажет.

2. Радиатор қажеттілігін қалай есептеуге болады?

Қажетті жылу шығарғышты есептеу үшін компоненттің максималды жұмыс температурасынан төмен болуы үшін қажетті жылу өткізгіштікті анықтау керек. Есептеу құрылғының максималды шығындалатын қуатынан, максималды қоршаған ортаның температурасынан және компоненттің максималды өткел температурасынан басталады. Осы мәндерден бүкіл жүйе үшін рұқсат етілетін максималды жылу өткізгіштікті (өткел-қоршаған ортаға дейін) есептеуге болады. Компоненттің және жылу интерфейс материалының белгілі жылу өткізгіштігін алып тастай отырып, жылу шығарғыштың өзінің қажетті жылу өткізгіштігін анықтауға болады.

3. Жылу шығарғышқа қандай талаптар қойылады?

Радиатордың негізгі талабы - электрондық компоненттен жылуды тиімді шашырату. Осыны орындау үшін радиатор жылуды көзден тиімді тарту үшін жоғары жылу өткізгіштігі бар материалдан жасалуы керек. Сонымен қатар, жылуды айналасындағы ауаға беру үшін қабырғалар немесе басқа құрылымдар арқылы жасалған үлкен бетінің болуы қажет. Ақырында, радиатордың конструкциясы құрылғыдан жылуды алып шығу үшін табиғи конвекция немесе желдеткіштен келетін мәжбүрлі ауа ағыны сияқты қолжетімді ауа ағынына сәйкес келуі тиіс.