TL;DR

Die casting ir ražošanas process, kas izveido siltuma izkliedētājus, iepildot kausētu metālu, parasti alumīnija vai cinka sakausējumus, atkārtoti izmantojamā tērauda veidnē ar augstu spiedienu. Šis paņēmiens ļoti labi piemērots sarežģītu, trīsdimensiju siltuma izkliedētāju ražošanai ar integrētiem ribiņām, kas maksimizē virsmas laukumu efektīvai siltuma novadīšanai. Šis process ir ļoti izdevīgs lielserijas ražošanai, tādēļ to bieži izmanto elektronikā, automašīnās un rūpnieciskajos pielietojumos, kur uzticama siltuma pārvaldība ir būtiska.

Siltuma izkliedētāju die casting procesa izpratne

Siltumizkliedētāju liešanas process pamatā ietver karsētu metālu ievadīšanu augsta spiediena apstākļos sakarsētā tērauda formas veidnē. Šī tehnika ļauj ātri izgatavot detaļas ar sarežģītiem elementiem un precīziem izmēriem. Pēc metāla ievadīšanas tas ātri atdziest un sacietē, pēc kā veidne tiek atvērta un cietā detaļa izstumta. Šis cikls var tikt atkārtots augstā ātrumā, padarot liešanu par ideālu risinājumu masveida ražošanai.

Šīs metodes ievērojama priekšrocība ir vienas daļas, monolītu siltumizkliedētāju ražošana. Atšķirībā no citām ražošanas metodēm, kur ribiņas var tikt pielīmētas vai piestiprinātas pie pamatnes, liešanas process izveido ribiņas kā neatņemamu komponenta daļu. Kā detalizēti aprakstīts tehniskajā rakstā no Advanced Thermal Solutions, Inc. , tas novērš siltuma pretestību, kas rodas starp pamatni un tās ribiņām, nodrošinot efektīvāku siltuma pārnesi no elektroniskās komponentes uz apkārtējo gaisu. Šis process spēj ražot sarežģītas formas, kuras būtu grūti vai neiespējami izgatavot ar ekstrūziju vai apstrādi.

Šī spēja ir ļoti svarīga, lai izpildītu jebkura siltumizkliedētāja galveno prasību: maksimāli palielināt virsmas laukumu, lai efektīvi izkliedētu siltumu. Jo lielāks ir siltumizkliedētāja virsmas laukums, jo efektīvāk tas var pārnest siltuma enerģiju uz vēsāko apkārtējo vidi. Kalšana veidņos ļauj inženieriem projektēt ribiņas un kniepadatas sarežģītās masīvos un formās, kas optimizē gaisa plūsmu un siltuma veiktspēju konkrētām lietojumprogrammām.

Litās formas daudzpusība padara to piemērotu plašam lietojumu spektram. Piemēram, to bieži izmanto LED apgaismojuma dzesēšanas risinājumu izgatavošanai, kur siltuma izkliedētāji bieži tiek integrēti tieši armatūras korpusā. Tas ir arī izplatīts automaģistrālēs elektronikā, sakaru ierīcēs un rūpnieciskajos barošanas avotos, kur uzticamība un veiktspēja ir galvenais faktors. Izmēriem stabilo un korozijizturīgo detaļu ražošanas spēja palielina tā pievilcību šajās nozarēs.

Serdes materiālu salīdzinājums: alumīnijs, cinks, varš un magnijs

Materiāla izvēle ir svarīgs faktors litās formas siltuma izkliedētāja dizainā, jo tas tieši ietekmē siltumtehnisko veiktspēju, svaru un izmaksas. Visbiežāk izmantie materiāli ir alumīnija, cinka, magnija un vara sakausējumi, no kuriem katrs piedāvā unikālu īpašību kopumu, kas piemērots dažādiem pielietojumiem.

Alumīnija sakausējumi, piemēram, A380 un ADC12, ir vispopulārākais izvēles variants, jo tiem raksturīga izcila siltumvadītspējas, zema blīvuma un korozijizturības kombinācija. Tie ir viegli un rentabli, tādēļ tie ir ideāli lietošanai lielākajā daļā pielietojumu — no patēriņa elektronikas līdz rūpnieciskajām iekārtām. Cits izplatīts variants ir cinks, kas atšķiras ar vieglāku liešanas procesu un zemākām rīkojumu izmaksām salīdzinājumā ar alumīniju. Tomēr, kā MyHeatSinks paskaidro, cinks ir ievērojami smagāks nekā alumīnijs, kas var būt izslēdzošs faktors pielietojumos, kuros svarīgs ir svars, piemēram, portatīvajās ierīcēs.

Pielietojumiem, kuros svars ir galvenais apsvērums, magnijs ir pievilcīga alternatīva. Tehniskais kopsavilkums no Chicago White Metal Casting uzsver, ka magnijs ir par 35% vieglāks nekā alumīnijs. Kaut arī tā siltumvadītspēja ir zemāka, tā zemais blīvums ļauj izstrādāt dizainus ar garākiem ribiņām, kas var sasniegt salīdzināmu vai pat labāku siltuma veiktspēju, saglabājot būtisku priekšrocību svarā. Tas to padara īpaši pievilcīgu aviācijas un augstas veiktspējas pārnēsājamajām elektronikas ierīcēm. Varš nodrošina visaugstāko siltumvadītspēju, taču tas ir smagāks un dārgāks, parasti to izmanto pielietojumos, kuros kompaktā telpā nepieciešama maksimāla siltuma izkliede.

Lai labāk parādītu kompromisa aspektus, šajā tabulā salīdzināti galvenie izplatīto die cietais metālizliešanas sakausējumu parametri:

Dati iegūti no Chicago White Metal Casting.

Katras materiāla priekšrocības un trūkumi

• Alūminija: Nodrošina lielisku vispusēju līdzsvaru starp veiktspēju, svaru un izmaksām. Tas ir iecienītākais izvēles materiāls vairumam universālu siltumizkliedētāju.
• Cinks: Vislabvēlīgākais augsta apjoma, zemas izmaksas lietojumprogrammām, kur svars nav būtisks. Tas nodrošina augstas kvalitātes izjūtu un to ir viegli pārklāt vai pabeigt.
• Magnija: Neapstrīdams izvēles veids vieglajām lietojumprogrammām. Tas ļauj izstrādāt tādas konstrukcijas, kas svara jutīgos gadījumos pārspēj alumīniju.
• Varš: Nodrošina labāko termisko veiktspēju, taču ar augstākām izmaksām un svaru. To izmanto tad, kad citi materiāli nevar nodrošināt nepieciešamo dzesēšanu.

Galvenie principi matricas liešanas siltuma izkliedētāju dizainam

Efektīvs siltuma izkliedētāju dizains matricas liešanai balstās uz vienu galveno mērķi: maksimāli palielināt siltuma novadīšanu ar ekonomiski izdevīgām metodēm. To panāk, rūpīgi ņemot vērā vairākus galvenos principus, tostarp ribiņu ģeometriju, virsmas laukumu, gaisa plūsmas vadību un montāžas elementu integrāciju. Matricas liešanas elastība ļauj inženieriem izveidot ļoti optimizētas un sarežģītas ģeometrijas, kuras ar citām metodēm, piemēram, ekstrūziju, nav iespējams realizēt.

Galvenais veiktspējas faktors ir virsmas laukums. Kā norādījuši nozares eksperti pie Zetwerk , ribu dizains — to forma, augstums, biezums un atstatums — ir būtisks, lai palielinātu efektīvo siltummaiņa virsmas laukumu. Parasti garākas un tievākas ribas nodrošina lielāku virsmas laukumu, taču pastāv kompromiss. Pārāk tuvu viena otrai esošas ribas var kavēt gaisa plūsmu, īpaši dabiskās konvekcijas apstākļos, tādējādi samazinot kopējo efektivitāti. Optimālais dizains balansē starp virsmas laukumu un pietiekamu attālumu, lai gaiss brīvi varētu cirkulēt.

Vēl viens svarīgs aspekts ir gaisa plūsma. Siltumizkliedētāja un tā ribiņu orientācija jāsaskaņo ar ierīcē esošo dabisko vai piespiedu gaisa plūsmas virzienu. Metāla liešana ar iekalšanu ļauj izveidot unikālas ribiņu formas, piemēram, aeroprofiļa formu pinnes, kas samazina gaisa pretestību un pastiprina turbulenci, tādējādi vēl vairāk uzlabojot siltuma veiktspēju. Arī iespēja integrēt siltumizkliedētāju tieši produktā esošajā korpusā vai apvalkā vienkāršo siltuma pārnēsāšanas ceļu un var novērst nepieciešamību pēc papildu komponentiem un montāžas darbiem.

Kaut arī metāla liešana ar iekalšanu ir lieliska sarežģītu sastāvdaļu ražošanai siltumregulācijas vajadzībām, tiem pašiem komplektiem bieži nepieciešami citi ražošanas procesi, jo īpaši prasīgos nozarēs, piemēram, automašīnu rūpniecībā. Piemēram, misijas kritiskām strukturālajām sastāvdaļām, kurām nepieciešama ārkārtēja izturība un stiprība, bieži tiek izmantoti procesi, piemēram, kalšana. Speciālisti autotransporta formējuma daļas izmanto progresīvas karstās kalšanas tehnoloģijas, lai ražotu izturīgus komponentus, kur materiālu īpašības litējumleģēs var nebūt piemērotas, parādot, kā dažādas ražošanas metodes papildina viena otru sarežģītās inženierijas sistēmās.

Projektēšanas pārbaudes saraksts optimālai veiktspējai

• Maksimizējiet virsmas laukumu: Izmantojiet sarežģītas ribu un nišu ģeometrijas, lai palielinātu platību, kas pieejama siltuma novadīšanai.
• Optimizējiet ribu attālumu: Pārliecinieties, ka starp ribām ir pietiekami daudz telpas, lai nodrošinātu pietiekamu gaisa plūsmu gan dabiskai, gan piespiedu konvekcijai.
• Ņemiet vērā gaisa plūsmas virzienu: Sakārtojiet ribas paralēli gaisa plūsmas virzienam, lai minimizētu pretestību un maksimizētu dzesēšanas efektivitāti.
• Integrējiet montāžas elementus: Izmantojiet litēšanas procesu, lai siltumizkliedētājā tieši iestrādātu montāžas stieņus, caurumus un citus elementus, samazinot montāžas izmaksas un uzlabojot siltuma kontaktu.
• Izvēlieties atbilstošu materiāla biezumu: Siltumizkliedētāja pamatnes un ribiņu biezums ietekmē tā spēju izplatīt un novadīt siltumu. Izturiet līdzsvaru starp siltuma vajadzībām, svaru un izmaksu ierobežojumiem.

Priekšrocības un uzlabotās die šķidrās litēšanas tehnoloģijas

Die šķidrās litēšana piedāvā daudzas priekšrocības, kas padara to par pievilcīgu izvēli siltumizkliedētāju ražošanai, īpaši vidējiem vai lieliem sērijas apjomiem. Viens no nozīmīgākajiem aspektiem ir spēja izgatavot sarežģītas 3D formas, kuras ar citām metodēm būtu pārāk dārgas vai vispār neiespējamas. Tas ļauj vairākas funkcijas integrēt vienā detaļā; piemēram, siltumizkliedētājs var būt apvienots ar ierīces korpusu, rāmi vai apvalku. Šāda integrācija ne tikai samazina detaļu skaitu un montāžas izmaksas, bet arī uzlabo siltumveidošanos, veidojot tiešu siltuma pārnēsāšanas ceļu.

Die cietais radiatoru priekšrocības sniedzas tālāk par ģeometrisku sarežģītību. Šis process ražo detaļas ar precīziem izmēriem, lielisku izmēru stabilitāti un gludām virsmām, kuras bieži vien nepieprasa sekundāru apstrādi. Šī „gandrīz galīgā formas“ ražošana minimizē materiālu atkritumus un ražošanas laiku. Papildu priekšrocības ietver:

• Izmaksu efektivitāte lielā mērogā: Kaut sākotnējās veidņu izmaksas var būt augstas, zemas vienības izmaksas padara to ekonomiski izdevīgu lielām ražošanas partijām.
• Integrētās funkcijas: Urbjumus, vītnes un stiprinājuma elementus var izveidot tieši detaļas ieliešanas laikā.
• Korozijas izturība: Alumīnija un cinka sakausējumi nodrošina labu līdz augstu pretestību pret koroziju.
• EMI/RFI aizsardzība: Metāliska rakstura detaļas nodrošina iebūvētu aizsardzību pret elektromagnētisko un radiofrekvenču traucējumiem.

Papildus standarta die cietai, paplašinātās tehnoloģijas pārspiež siltuma veiktspējas robežas. Viens no ievērāmākajiem risinājumiem ir High Density Die Casting (HDDC) . Kā aprakstīts Advanced Thermal Solutions, Inc. izceltajā pētījumā, HDDC process ietver papildu paaugstināšanas soli, kamēr metāls atrodas šķidrā stāvoklī. Tas ļauj izmantot sakausējumus ar augstāku termisko vadītspēju, piemēram, deformatīvos alumīnija sakausējumus (piemēram, AL 6063).

HDDC rada siltumizkliedētājus, kas ir ievērojami mazāk poraini un kam raksturīga augstāka mehāniskā izturība. Šis uzlabotais process ļauj izkausēt plānākas ribiņas ar augstāku aspekta attiecību un tuvāku novietojumu, vēl vairāk uzlabojot siltuma novadīšanu. Bezporu struktūra arī ļauj veikt pabeidzošos apstrādes procesus, piemēram, anodēšanu, kas standarta matricas kaļveida izstrādājumos nav vienmēr iespējama. Lietojumprogrammām, kurām nepieciešams absolūti augsts veiktspējas līmenis, HDDC ir būtisks solis uz priekšu termoapgādes tehnoloģijā.

Termoapgādes optimizēšana ar matricas kaļveida tehnoloģiju

Kopsavilkumā, liešana formas veidnē izceļas kā ļoti efektīvs un universāls ražošanas process siltuma izkliedētāju izgatavošanai. Tā spēja radīt sarežģītas, vienotas konstrukcijas ļauj inženieriem optimizēt termisko veiktspēju, maksimāli palielinot virsmas laukumu, vienlaikus kontrolējot tādus faktorus kā gaisa plūsma un svars. Materiāla izvēle — no līdzsvarotā alumīnija līdz vieglajam magnijam vai ļoti labi vadošam varam — nodrošina papildu elastību, lai atbilstu konkrētām pielietošanas prasībām.

Galvenie priekšrocības, tostarp izmaksu efektivitāte lielos apjomos, funkciju integrācija un izcilas izmēru precizitāte, padara to par labāku izvēli lielapjomu ražošanai nozīmēs, kas sniedzas no LED apgaismojuma līdz automašīnu elektronikai. Turklāt jaunās, sarežģītākās tehnoloģijas, piemēram, augstas blīvuma die šķiedrveida liešana (HDDC), turpina paplašināt šīs tehnoloģijas iespējas, ļaujot radīt vēl efektīvākus un izturīgākus siltuma risinājumus. Saprotot galvenos dizaina un materiālu izvēles principus, inženieri var izmantot die šķiedrveida liešanu, lai izstrādātu ļoti efektīvas dzesēšanas sistēmas, kas nodrošina produkta uzticamību un ilgmūžību.

Bieži uzdotie jautājumi

1. Kāds ir vislabākais siltuma izkliedētāja dizains?

Efektīvākais siltuma izkliedētāja dizains ir tas, kas maksimizē tā virsmas laukumu, lai veicinātu siltuma pārnesi uz apkārtējo vidi. To parasti panāk, izmantojot ribas vai adatas. Ideālā ģeometrija ir atkarīga no pielietojuma, tostarp no siltuma daudzuma, kas jāizkliedē, un gaisa plūsmas rakstura (dabiskā vai piespiedu konvekcija). Arī materiāla izvēle ir būtiska; materiāliem ar augstu termisko vadāmību, piemēram, varu vai alumīniju, ir būtiska nozīme efektīvai siltuma pārnešanai no siltuma avota uz ribām.

2. Kā aprēķināt siltuma izkliedētāja nepieciešamību?

Nepieciešamās siltuma izkliedētāja aprēķināšana ietver termiskās pretestības noteikšanu, kas nepieciešama, lai komponenta darbības temperatūra paliktu zem maksimālās ekspluatācijas temperatūras. Aprēķins sākas ar ierīces maksimālo izkliedēto jaudu, maksimālo apkārtējās vides temperatūru un komponenta maksimālo pārejas temperatūru. No šīm vērtībām var aprēķināt maksimāli pieļaujamo termisko pretestību visam sistēmas (pāreja–apkārtējā vide). Atņemot komponenta un termointerfeisa materiāla zināmās termiskās pretestības, var noteikt paša siltuma izkliedētāja nepieciešamo termisko pretestību.

3. Kādi ir prasības siltuma izkliedētājam?

Galvenais prasība, ko izpildīt siltuma izkliedētājam, ir efektīvi novadīt siltumu no elektroniskās komponentes. Lai to sasniegtu, tam jābūt izgatavotam no materiāla ar augstu termisko vadītspēju, lai efektīvi novadītu siltumu no avota. Tam vajadzīga arī liela virsmas platība, kuru veido ribiņas vai citi elementi, lai pārnestu šo siltumu uz apkārtējo gaisu. Beigu beigās tā konstrukcijai jāatbilst pieejamajam gaisa plūsmas veidam, vai nu dabiskai konvekcijai vai piespiedu gaisa plūsmai no ventilatora, lai nodrošinātu, ka siltums tiek aizvadīts no ierīces.