TRUMPAI

Liejinimas forma yra gamybos procesas, kuris sukuria šilumos mainų radiatorių, įtvirtindamas įkaitintą metalą, dažniausiai aliuminio ar cinko lydinius, į pakartotinai naudojamą plieninę formą dideliu slėgiu. Šis metodas puikiai tinka sudėtingiems, trimačiams šilumos mainų radiatoriams su integruotomis plokštelėmis gaminti, tai maksimaliai padidina paviršiaus plotą efektyviai šilumos sklaidai. Procesas yra labai ekonomiškas didelės apimties gamybai, todėl jis yra pageidaujamas pasirinkimas elektronikos, automobilių ir pramonės taikymuose, kuriuose svarbi patikima šilumos valdymo sistema.

Liejinimo formomis proceso supratimas šilumos mainų radiatoriams

Šilumos mainų proceso liejimo forma esmė yra įtvirtintą į kietą plieninę formą arba formą įpurškiant įkaitintą metalą dideliu slėgiu. Ši technika leidžia greitai gaminti detales su sudėtingomis detalėmis ir tiksliais matmenimis. Įpurškus metalą, jis greitai atvėsta ir sukietėja, po to forma atidaroma ir išstumiama kietoji detalė. Šis ciklas gali būti kartojamas labai greitai, todėl liejimas forma tampa idealus sprendimas masinei gamybai.

Šio metodo svarbus pranašumas yra vientisų, vienos detalės šilumos mainų gamyba. Skirtingai nei kitos gamybos technikos, kai šilumos atidavimo ribos gali būti priklijuotos ar pritvirtintos prie pagrindo, liejimo forma ribos suformuojamos kaip integrali detalės dalis. Kaip išsamiai aprašyta techniniame straipsnyje iš Advanced Thermal Solutions, Inc. , tai pašalina šilumos varžą, kuri atsiranda tarp pagrindo ir jo šilumos atidavimo pleištų, leidžiant efektyviau perduoti šilumą iš elektroninio komponento į aplinkinį orą. Šis procesas gali gaminti sudėtingas formas, kurių būtų sunku arba neįmanoma pasiekti ekstruzijos ar apdirbimo būdu.

Ši savybė yra labai svarbi siekiant išpildyti bet kurio šilumos sklaidytuvo pagrindinį reikalavimą: maksimaliai padidinti paviršiaus plotą, kad veiksmingai būtų galima sklaidyti šilumą. Kuo didesnis šilumos sklaidytuvo paviršiaus plotas, tuo efektyviau jis gali perduoti šiluminę energiją į vėsesnę aplinką. Lydinių liejimas į formą leidžia inžinieriams projektuoti pleištus ir strypus sudėtingose išdėstymo schemose bei formose, kurios optimizuoja oro srautą ir šiluminį našumą konkrečioms aplikacijoms.

Liejimo forma įvairovė daro jį tinkamą plačiai taikymo sričiai. Pavyzdžiui, jis dažnai naudojamas LED apšvietimui skirtiems aušinimo sprendimams kurti, kur šilumos išsklaidytuvai dažnai integruojami tiesiogiai į apšvietimo įrenginio korpusą. Jis taip pat yra paplitęs automobilių elektronikoje, ryšio įrenginiuose ir pramoninėse maitinimo šaltiniuose, kur svarbiausia yra patikimumas ir našumas. Galimybė gaminti matmeniškai stabilias ir atsparias korozijai dalis padidina jo patrauklumą šiose pramonės šakose.

Pagrindinių medžiagų palyginimas: aliuminis, cinkas, varis ir magnis

Medžiagos pasirinkimas yra svarbus veiksnys projektuojant liejimo forma gaminamą šilumos išsklaidytuvą, kadangi tai tiesiogiai veikia šiluminį našumą, svorį ir kainą. Dažniausiai naudojamos medžiagos yra aliuminio, cinko, magnio ir vario lydiniai, kurių kiekvienas siūlo unikalią savybių aibę, tinkančią skirtingiems taikymo būdams.

Aliuminio lydiniai, tokie kaip A380 ir ADC12, yra populiariausias pasirinkimas dėl jų puikaus šilumos laidumo, mažo tankio ir korozijos atsparumo pusiausvyros. Jie yra lengvi ir ekonomiški, todėl tinka daugumai taikymų – nuo vartojimo elektronikos iki pramoninės įrangos. Kitas dažnas variantas yra cinkas, kuris pasižymi lengvesniu liejimu ir žemesnėmis formavimo kainomis lyginant su aliuminiu. Tačiau, kaip MyHeatSinks paaiškina, cinkas yra žymiai sunkesnis už aliuminį, kas gali būti neigiamas veiksnys svoriui jautriose aplikacijose, pvz., nešiojamuosiuose įrenginiuose.

Taikymams, kuriuose svoris yra pagrindinė problema, magnis siūlo patrauklią alternatyvą. Techninę apžvalgą iš Chicago White Metal Casting pabrėžia, kad magnis yra 35 % lengvesnis už aliuminį. Nors jo šilumos laidumas yra žemesnis, mažas tankis leidžia kurti konstrukcijas su ilgesniais šilumos atidavimo briaunomis, kurios gali pasiekti palyginamą ar net geresnį šilumos valdymo našumą, išlaikydamos reikšmingą svorio pranašumą. Tai daro jį ypač patrauklų aviacijai ir aukšto našumo nešiojamiesiems elektronikos prietaisams. Vario siūlo aukščiausią šilumos laidumą, tačiau jis yra sunkesnis ir brangesnis, todėl dažniausiai naudojamas taikymuose, kuriuose reikia maksimalaus šilumos išsklaidymo ribotoje erdvėje.

Kad būtų aiškiau pateikti kompromisai, šioje lentelėje palyginamos pagrindinės dažnai naudojamų liejimo lydinių savybės:

Duomenys gauti iš Chicago White Metal Casting.

Kiekvienos medžiagos privalumai ir trūkumai

• Aliuminis: Siūlo puikų visapusišką pusiausvyrą tarp našumo, svorio ir kainos. Tai pagrindinis pasirinkimas daugumai universalios paskirties šilumos išsklaidytojų.
• Cinkas: Geriausias sprendimas didelės apimties, mažos kainos taikymo srityms, kur svoris nėra svarbus. Suteikia aukštos kokybės jausmą ir lengvai dengiamas arba apdorojamas.
• Magnijus: Neabejotinas pasirinkimas lengvosioms konstrukcijoms. Leidžia sukurti tokias konstrukcijas, kurios svorio požiūriu pranoksta aliuminį.
• Varis: Užtikrina geriausią šilumos našumą, tačiau su didesne kaina ir svoriu. Naudojamas tada, kai kitos medžiagos negali atitikti aušinimo reikalavimų.

Pagrindiniai liejimo forma šilumos skleistuvų projektavimo principai

Efektyvus šilumos skleistuvų projektavimas liejimui formomis sukasi aplink vieną pagrindinį tikslą: maksimaliai padidinti šilumos sklaidą sąnaudų požiūriu efektyviu būdu. Tai pasiekta atsižvelgiant į keletą pagrindinių principų, įskaitant plevenų geometriją, paviršiaus plotą, oro srauto valdymą ir tvirtinimo elementų integravimą. Liejimo forma lankstumas leidžia inžinieriams kurti labai optimizuotas ir sudėtingas geometrijas, kurių neįmanoma pasiekti kitais metodais, pvz., profilinimu.

Pagrindinis našumo veiksnys yra paviršiaus plotas. Kaip pastebėjo pramonės ekspertai Zetwerk , šilumos perdavimo efektyviam paviršiui padidinti svarbus yra šilumos atiduodančiųjų paplėstų konstrukcija – jų forma, aukštis, storis ir tarpai. Aukštesni, plonesni pleištai dažniausiai suteikia didesnį paviršių, tačiau čia yra kompromisas. Per arti vienas kito esantys pleištai gali trukdyti oro srautui, ypač natūralios konvekcijos sąlygomis, dėl ko sumažėja bendras efektyvumas. Optimali konstrukcija suderina paviršiaus plotą su pakankamu atstumu tarp pleištų, kad oras galėtų laisvai cirkuliuoti.

Kitas svarbus dalykas – oro srautas. Šilumos sklendės ir jos pleištų orientacija turėtų būti suderinta su įrenginyje vykstančiu natūraliu arba priverstiniu oro srautu. Liejimas į formas leidžia kurti unikalias pleištų formas, pvz., aerofolio formos stygas, kurios gali sumažinti oro pasipriešinimą ir sustiprinti turbulenciją, dar labiau pagerinant šiluminį našumą. Taip pat svarbi galimybė integruoti šilumos sklandę tiesiai į produkto korpusą arba dangtelį, kas supaprastina šilumos perdavimo kelią ir gali pašalinti poreikį papildomiems komponentams bei surinkimo etapams.

Kol lydymo liejimas puikiai tinka sudėtingų detalių gamybai, skirtai šilumos valdymui, tame pačiame agregate esantiems kitokiems komponentams dažnai reikia kitų gamybos procesų, ypač reikalaujamose pramonės šakose, tokiomis kaip automobilių. Pavyzdžiui, gyvybiškai svarbūs konstrukciniai komponentai, kuriems reikalinga itin didelė ilgaamžiškumas ir stiprumas, dažnai remiasi tokiais procesais kaip kalimas. Specialistai automobilių dengos dalys naudoja pažangias karštojo kalimo technologijas tvirtoms detalėms gaminti ten, kur liejimo lydinio medžiagos savybės gali būti netinkamos, kas rodo, kaip skirtingi gamybos metodai vienas kitą papildo sudėtingose inžinerinėse sistemose.

Projektavimo patikrinimo sąrašas optimaliam našumui

• Padidinkite paviršiaus plotą: Naudokite sudėtingas plastino ir adatos geometrijas, kad padidėtų šilumos sklindamo paviršiaus plotas.
• Optimizuokite plastinų tarpus: Užtikrinkite pakankamai vietos tarp plastinų, kad būtų užtikrintas tinkamas oro srautas, skirtas natūraliai arba priverstinei konvekcijai.
• Apsvarstykite oro srauto kelią: Išdėstykite priekabas taip, kad atitiktų oro srauto kryptį, kad būtų sumažintas pasipriešinimas ir maksimaliai padidinta aušinimo efektyvumas.
• Integruoti montavimo elementus: Naudokite presavimo liejimo procesą, kad montavimo stulpeliai, skylės ir kitos detalės būtų tiesiogiai integruotos į šilumos atskleistuvą, sumažinant surinkimo išlaidas ir gerinant šiluminį kontaktą.
• Pasirinkti tinkamą medžiagos storį: Šilumos atskleistuvo pagrindo ir priekabų storis turi įtakos jo gebėjimui plisti ir išsklaidyti šilumą. Suderinkite šilumines reikmes su svorio ir kainos apribojimais.

Privalumai ir pažangios presavimo liejimo technologijos

Liejimas į formas siūlo daugybę pranašumų, kurie daro jį patraukliu pasirinkimu šilumos galvutėms gaminti, ypač vidutinės iki didelės apimties gamybos ciklams. Vienas svarbiausių pranašumų – gebėjimas gaminti sudėtingas 3D formas, kurios būtų pernelyg brangios arba neįmanomos naudojant kitus metodus. Tai leidžia integruoti kelias funkcijas į vieną detalę; pavyzdžiui, šilumos galvutę galima sujungti su prietaiso korpusu, rėmu ar gaubtu. Ši integracija ne tik sumažina detalių skaičių ir surinkimo išlaidas, bet taip pat pagerina šiluminį našumą, sukuriant tiesioginį šilumos perdavimo kelią.

Die-lietų šilumos galvutės pranašumai siekia toliau nei geometrinis sudėtingumas. Procesas užtikrina detales su siaurais tolerancijos ribojimais, puikiu matmenų stabilumu ir lygiomis paviršiaus savybėmis, kurios dažnai nereikalauja antrinių apdirbimo operacijų. Šis „beveik galutinės formos“ gamybos metodas minimalizuoja medžiagų švaistymą ir gamybos laiką. Papildomi pranašumai apima:

• Našumas didelėmis apimtimis: Nors pradinės įrankių sąnaudos gali būti didelės, mažos vienetinės kainos daro ją ekonomiškai naudingą didelėms gamybos apimtims.
• Integruotos funkcijos: Skylės, sriegiai ir tvirtinimo elementai gali būti formuojami arba liejami tiesiogiai detalėje.
• Atsparumas korozijai: Aliuminio ir cinko lydiniai pasižymi geru iki aukšto atsparumu korozijai.
• EMI/RFI ekranavimas: Dėl detalių metalinės prigimties jos savaime apsaugo nuo elektromagnetinio ir radijo dažnio trikdžių.

Už standartinio presavimo liejimo ribų pažangios technikos stumia šiluminio našumo ribas. Viena iš ryškiausių yra Didelės Tankio Presavimo Liejimas (HDDC) . Kaip aprašoma tyrimuose, paminėtuose Advanced Thermal Solutions, Inc., HDDC procesas apima papildomą slėgio padidinimo etapą, kol metalas yra skystoje būsenoje. Tai leidžia naudoti aukštesnės šiluminės laidumo lydinius, tokius kaip deformuojamas aliuminis (pvz., AL 6063).

HDDC gamina šilumos skleidėjus, kurie yra žymiai mažiau porėti ir turi didesnį mechaninį stiprumą. Ši pažangi technologija leidžia liejant formuoti plonesnius šilumos atskiriamuosius briaunelius su didesniu santykiu ilgio ir storio bei tankesniu išdėstymu, dar labiau padidinant šilumos sklaidą. Be porų struktūra taip pat leidžia atlikti apdailos procesus, tokius kaip anodizavimas, kuris ne visada įmanomas naudojant standartinį matricinį liejimą. Taikymams, reikalaujantiems absoliučiai aukščiausio našumo, HDDC yra svarbus žingsnis į priekį šiluminės valdymo technologijoje.

Šiluminio valdymo optimizavimas naudojant matricinį liejimą

Apibendrinant, liejimas į formas išsiskiria kaip labai efektyvus ir universalus gamybos procesas šilumos atidavimo elementams gaminti. Jo gebėjimas kurti sudėtingus, vientisus dizainus leidžia inžinieriams optimizuoti šiluminį našumą, maksimizuojant paviršiaus plotą, kartu kontroliuojant tokius veiksnius kaip oro srautas ir svoris. Medžiagos pasirinkimas – nuo subalansuoto aliuminio iki lengvojo magnio arba labai laidumo vario – suteikia papildomos lankstumo konkrečioms taikymo sąlygoms tenkinti.

Pagrindiniai pranašumai, tokie kaip sąnaudų našumas didelėse apimtyse, funkcijų integracija ir puiki matmeninė tikslumas, daro jį pranašesniu pasirinkimu didelės apimties gamybai pramonėse, pradedant nuo LED apšvietimo iki automobilių elektronikos. Be to, naujos pažangios technikos, tokios kaip didelės tankio liejimo (HDDC) technologijos, atsiradimas toliau plečia šios technologijos galimybes, leidžiant kurti dar efektyvesnius ir patvaresnius šilumos sprendimus. Suprasdami pagrindinius konstrukcijos ir medžiagų parinkimo principus, inžinieriai gali pasinaudoti liejimu, kad sukurtų labai veiksmingas aušinimo sistemas, užtikrinančias produkto patikimumą ir ilgą tarnavimo laiką.

Dažniausiai užduodami klausimai

1. Koks yra geriausias šilumos atsklaidos konstrukcijos projektas?

Veiksmingiausias šilumos atidavimo konstrukcijos dizainas – tai toks, kuris maksimaliai padidina paviršiaus plotą, kad palengvintų šilumos perdavimą į aplinkinę aplinką. Tai paprastai pasiekiamas naudojant plastinas arba adatas. Idealus geometrinis forma priklauso nuo taikymo srities, įskaitant šilumos kiekį, kurį reikia išsklaidyti, bei oro srauto pobūdį (natūrali ar priverstinė konvekcija). Medžiagos pasirinkimas taip pat yra labai svarbus; medžiagos su aukštu šilumos laidumu, tokios kaip varis ar aliuminis, būtinos efektyviam šilumos perdavimui iš šilumos šaltinio į plastinas.

2. Kaip apskaičiuoti šilumos atidavimo reikalavimus?

Reikiamo šilumos atidavimo radiatoriaus skaičiavimas apima reikalingos šiluminės varžos nustatymą, kad komponentas išliktų žemiau maksimalios darbo temperatūros. Skaičiavimai pradedami nustatant maksimalią prietaiso sklaidomą galią, maksimalią aplinkos temperatūrą ir komponento maksimalią sandūros temperatūrą. Iš šių verčių galima apskaičiuoti maksimaliai leistiną šiluminę varžą visai sistemai (nuo sandūros iki aplinkos). Atėmus žinomas komponento ir šilumos tarpinės medžiagos šilumines varžas, galima nustatyti paties šilumos atidavimo radiatoriaus reikiamą šiluminę varžą.

3. Kokios yra šilumos atidavimo radiatoriaus reikalavimai?

Pagrindinis šilumos atidavimo reikalavimas yra efektyviai nukreipti šilumą nuo elektroninio komponento. Tam reikia, kad jis būtų pagamintas iš medžiagos, turinčios aukštą šilumos laidumą, kad efektyviai šilumą atitrauktų nuo šaltinio. Taip pat reikia didelės paviršiaus plotą, sukurtą priegabų ar kitų struktūrų, kad perduotų šilumą į aplinkinį orą. Galiausiai, jo konstrukcija turi atitikti turimą oro srautą, ar tai būtų natūrali konvekcija, ar priverstinis oras iš ventiliatoriaus, kad būtų užtikrinta, jog šiluma būtų pašalinama nuo įrenginio.