ҚЫСҚАША

Алюминийдің жоғары жылулық ұлғаю коэффициентіне (CTE) байланысты температура өзгерген кезде өлшемдерінің қатты өзгеруі себепті алюминий бөлшектерін жинақтағанда жылулық ұлғауды тиімді басқару маңызды. Негізгі стратегияларға CTE-лері үйлесімді материалдарды таңдау, қозғалыс үшін жобалық ресурстарды енгізу және деформацияны, біріктіру орындарының бұзылуын және өнімділіктің төмендеуін болдырмау үшін серпімді желімдер немесе дәлсіздік сақиналары сияқты арнайы компоненттерді пайдалану жатады.

Алюминийдің жылулық ұлғаюының негізгі принциптерін түсіну

Жылулық ұлғаю — заттың температура өзгерген кезде пішінінің, ауданының және көлемінің өзгеру tendency-ін сипаттайтын материяның негізгі қасиеті. Инженерлік материалдар үшін бұл көрсеткіш жылулық кеңею коэффициенті (CTE) , температураның градусына байланысты өлшемнің бөлшек өзгеруін өлшейтін шама. Жоғары CTE-ге ие материалдар төмен CTE-ге ие материалдарға қарағанда көбірек ұлғаяды және сығылады.

Алюминий және оның қорытпалары әдетте миллионға 23 бөлікке тең Цельсий градусына (ppm/°C) шамамен қарағанда салыстырмалы түрде жоғары жылулық кеңею коэффициентіне (CTE) ие болып келеді. Ал болат үшін бұл көрсеткіш шамамен 12 ppm/°C құрайды. Бұл айырмашылық көп материалдан тұратын конструкцияларда негізгі қиындықтардың бір себебі болып табылады. Температура көтерілген кезде, бірдей өлшемдегі алюминий элементі көршілес орналасқан болат бөлшекке қарағанда екі есе көбірек ұзынайтындай тырысады. Бұл дифференциалды ұлғаю механикалық кернеуді туғызады, ол деформацияға, бекіткіштердің шаршауына және сонымен қатар қосылыстардың істен шығуына әкеп соғуы мүмкін.

Бұл құбылыс автомобиль қозғалтқыштары, әуе-космостық компоненттер немесе ашық аспан астындағы электрондық қораптар сияқты кең температуралық диапазонда жұмыс істейтін қолданбалар үшін ерекше маңызды. Домадияның Domadia алюминийдің жылулық ұлғаюын есепке алмаса, жоғары өнімді конструкцияларда қажетті конструкциялық бүтіндік пен дәл сақталуын бұзуы мүмкін. Сондықтан, осы негізгі принципті түсіну — берік және сенімді алюминий бөлшектерін жобалаудың алғашқы қадамы болып табылады.

Ұлғаюды басқару бойынша негізгі инженерлік стратегиялар

Алюминийдің жоғары жылулық ұлғаюының туғызатын қиындықтарын жеңуге арналған бірнеше инженерлік стратегиялар қолданылуы мүмкін. Бұл тәсілдер материалдар ғылымы мен арнайы компоненттерден бастап белсенді жылу басқаруына дейін әртүрлі болуы мүмкін және әрбір жағдайда қолданудың нақты талаптарына байланысты өзіндік артықшылықтарын ұсынады.

Материалды таңдау және қоспа жасау

Қорғаныстың бірінші желісі — материалды ұқыпты таңдау. Мүмкіндігінше алюминийді жылу кеңеюінің ұқсас коэффициенті (CTE) бар материалдармен жұптастыру дифференциалды кеңеюді азайтуға мүмкіндік береді. Бұл мүмкін болмаған жағдайда өзі алюминийді өзгерту де бір нұсқа болып табылады. Алюминийге кремний сияқты элементтерді қосу оның CTE-сын төмендетеді. Мысалы, Al-Si құймалары жылулық ұлғаюды шектейтін эвтектикалық матрицаны құрады. Дәл сол сияқты цирконий сияқты элементтермен микросуретке қоспалар қосу материалдың дәнекер құрылымын тұрақтандырып, жылулық цикл кезінде кеңею ауытқуларын шектейді.

Арнайы механикалық компоненттер

Көптеген біріктірулерде қозғалысты жұту немесе оған бейімделу үшін арнайы компоненттер қолданылады. Оған мысал ретінде сақтандыру сақинасы , толқынды пішінді, серіппе сияқты әрекет ететін дәлме-дәл бекітпе элементі. Оның талдауы бойынша USA Tolerance Rings бұл компоненттер болаттық корпустағы темірден жасалған мойынтіректер сияқты әртүрлі материалдардан жиналған мойынтіректерді бекіту үшін өте тиімді. Дәстүрлі тығыз отыратын қондырманың болат мойынтірегінен алюминий корпусқа ысырапталуы мүмкін болса, сақиналы сақтандырғыш кең температуралық диапазонда сыртқа қарай радиалды күшін сақтайды және сырғанаудан және істен шығудан сақтайды.

Белсенді жылу реттеу

Тағы бір тиімді тәсіл — компоненттің температурасын тікелей реттеу. Белсенді жылу реттеу – кеңеюге әкеп соғатын температураның тербелісін (ΔT) азайтуға бағытталған. Жиі қолданылатын стратегияларға мыналар жатады:

• Сәулелендіру бояулары: Күн сәулесінің жұтылуы төмен болатын бояуларды пайдалану күн сәулесінен алынатын жылуды азайтады және ашық аспан астындағы компоненттердің ең жоғары температурасын төмендетеді.
• Мәжбүрлі конвекция: Электроника шкафтары сияқты жабық жүйелерде желдеткіштер немесе үрлегіштер жылуды тарату және тұрақты жұмыс температурасын сақтау үшін ауаны циркуляциялауға мүмкіндік береді.
• Күннің көлеңкесі: Түзетін күн сәулесінен компоненттерді жай ғана қорғау тәулік мезгіліндегі температураның күрт көтерілуін едәуір азайтады және жалпы жылу жүктемесін төмендетеді.

Әртүрлі материалдардан тұратын бірліктер үшін конструкциялық ескертулер

Ең жиі кездесетін және қиындық туғызатын жағдай — CTE-ге қатты әртүрлі болат, композиттер немесе керамика сияқты материалдармен алюминийді біріктіру. Бұл CTE-нің сәйкессіздігі желімделген немесе бекітілген бұйымдарда кернеудің пайда болуы мен сынудың негізгі себебі болып табылады. Мұндай жағдайларда негізгі мақсат — разрушительдік кернеулерді жинаспай, дифференциалды қозғалысты қабылдай алатын бірлік жасау.

Ең тиімді шешімдердің бірі — арнайы желімдерді қолдану. Желім мамандары түсіндіргендей MasterBond , екі негізгі желімдеу стратегиясы бар. Біріншісі - керамикалық немесе арнайы толтырғыштармен толтырылған, қатты, төменгі CTE желімді пайдалану, бұл байланыс сызығының өз-өзіне ұлғаюын минималды деңгейде ұстауға мүмкіндік береді. Екінші және жиі қолданылатын, сенімдірек тәсіл - иілгіш немесе берікдетілген желімдік жүйені қолдану. Мұндай желімдердің модулі төмен және созылуы жоғары болады, осылайша негізгі материалдардың әртүрлі қозғалысынан туындайтын кернеуді сіңіруге және созылуға мүмкіндік береді. Бұл иілгіштік байланыс интерфейсінде кернеудің шоғырлануын болдырмауға көмектеседі, әйтпесе бұл беттестіру немесе негізгі материалдың бүлінуіне әкелуі мүмкін.

Желімдерден тыс, механикалық конструкция элементтері де қажетті иілгіштікті қамтамасыз етуге болады. Конструкцияда дөңгелек емес, салынатын тесіктерді бекіткіштер үшін пайдалану бір негізгі материалдың жылыну және суыну кезінде екіншісіне қатысты сырғанауына мүмкіндік береді. Дәл сол сияқты сырғанау қосылыстарын енгізу , иілгіш қосылыстар немесе гармошкаларды конструкцияға енгізу қажетті қозғалыс еркіндігін қамтамасыз етеді, компоненттерді тиімді бөледі және кернеудің жиналуын болдырмауға мүмкіндік береді.

Қолданбалы қолданыстар мен сала мысалдары

Алюминийдегі жылулық ұлғаюды басқару принциптері көптеген салаларда қолданылады, ал шешімдер нақты мәселелерге лайықталады. Әрбір қолданыс ұзақ мерзімді сенімділік пен өнімділікті қамтамасыз ету үшін дұрыс стратегияны таңдаудың маңыздылығын көрсетеді.

Жинақтау және айналатын орамдар

Өнеркәсіптік сорғыштар мен қозғалтқыштарда болаттық подшипниктер жиі жеңіл алюминий корпусқа орнатылады. Машина жұмыс істеу кезінде қыздырылғанда, алюминий корпус болат подшипникке қарағанда көбірек ұлғаяды, бұл подшипниктің сыртқы сақинасының сырғанауына әкелуі мүмкін. Бұл тербеліске, артық тозуға және уақытынан бұрын бұзылуға әкеледі. Осындай жинақтау бөлшектерде сақиналық саңылауларды қолдану жоғары температура кезінде де қажетті ұстау күшін сақтап, подшипниктің берік орнында қалуын қамтамасыз етеді.

Электроника және әуе электроникасы

Қазіргі заманғы электроника, әсіресе әуе-кеңістік және қорғаныс саласындағы қолданбалар, жылу шығару және жеңіл конструкциялық қолдау үшін алюминий қорапшаларға сүйенеді. Дегенмен, бұл қорапшалар көп төменгі жылулық ұлғаю коэффициентіне (CTE) ие басылып шығарылған схемалар (PCB) және басқа компоненттерді қамтиды. Олай болса, S-Bond Technologies , жұмыс істеу кезінде температураның циклдық өзгеруі әкетіндер мен байланыстырушы элементтерге механикалық кернеу тудырады. Мұндай жағдайларда жылу өткізгіш, икемді желімдер жиі пайдаланылады, олар радиаторларды компоненттерге бекіту үшін қолданылып, дифференциалды ұлғаюдан туындайтын механикалық кернеуді жоя отырып, тиімді жылу өткізу жолын қамтамасыз етеді.

Автокөлік және жоғары өнімді қозғалтқыштар

Салмақты азайту және әсер ету коэффициентін жақсарту мақсатында автомобиль өнеркәсібі двигатель блоктары, цилиндрлер басы және күштік беріліс компоненттері үшін кеңінен алюминийді пайдаланады. Бұл бөлшектер болттар арқылы болат пен басқа құймаларға бекітіледі, сондай-ақ экстремалды термиялық циклдарға ұшырайтын күрделі жинақтар түзеді. Дәлме-дәл инженерлік бөлшектерді қажет ететін автомобильдік жобалар үшін тапсырыс бойынша бөлшектерді іздеу жиі қажет болады. Мысалы, тапсырыс бойынша алюминий профильдерін ұсынатын Shaoyi Metal Technology компаниясы жалпы тез қызмет бөлшектердің осындай қатаң жылулық орталарда жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін IATF 16949 сапа жүйесінде прототиптен өндіріске дейін. Деформацияны болдырмау және герметиктілікті сақтау үшін шиелер мен прокладкалардың белгілі бір түрлерін қолдану сияқты дұрыс конструкция өте маңызды.