แนวทางการออกแบบแผ่นระบายความร้อน: เรขาคณิตของครีบ & การใช้เครื่องจักร CNC DFM

การเพิ่มพื้นที่ผิวของแผ่นระบายความร้อนให้สูงสุดโดยการบรรจุครีบที่บางเป็นพิเศษ-และมีระยะห่างที่แน่นมักจะเพิ่มความต้านทานความร้อนและส่งผลให้ต้นทุนการตัดเฉือน CNC เพิ่มขึ้น 300% เพื่อประสิทธิภาพสูง-แผ่นระบายความร้อนด้วยเครื่องจักร CNCความสมดุลที่เหมาะสมที่สุดจำเป็นต้องมีความหนาของครีบระบายความร้อนระหว่าง 1.5 มม. ถึง 2.5 มม. อัตราส่วนภาพต่ำกว่า 8:1 และ aความหนาของฐานระบายความร้อนขนาดเป็นมุมกระจายการนำไฟฟ้า 45 องศา การแยกตัวประกอบในการเข้าถึงเครื่องมือกล การโก่งตัวของคัตเตอร์ และรัศมีรากด้านล่างตั้งแต่เนิ่นๆ จะช่วยป้องกันการอุดตันของชั้นขอบเขต การสั่นของเครื่องมือ และการบิดเบี้ยวของแผ่นฐาน

เหตุใดการเพิ่ม-การเพิ่มความหนาแน่นของครีบให้เหมาะสมจึงล้มเหลวในการผลิต CNC?

วิศวกรด้านความร้อนมักตกหลุมพรางของพื้นที่ผิวเรขาคณิตในช่วงเริ่มต้น-การออกแบบแผงระบายความร้อน. ในแพ็คเกจไดนามิกของไหลเชิงคำนวณ (CFD) มาตรฐาน การตั้งค่าความหนาของครีบเป็น 0.5 มม. ด้วยระยะพิทช์ 1.0 มม. จะแสดงค่าสัมประสิทธิ์การพาความร้อนสูงเนื่องจากพื้นที่ผิวแอคทีฟขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม การแปลโมเดลดิจิทัลเหล่านี้ให้เป็นแบบฟิสิคัลการออกแบบแผงระบายความร้อนอลูมิเนียมแบบกำหนดเองบนเครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์ CNC แบบ 3 แกนหรือ 5 แกนทำให้เกิดข้อจำกัดทางกายภาพที่รุนแรง ซึ่งค่าเริ่มต้นของการจำลองจะมองข้ามไป ทบทวนพื้นฐานปัจจัยต้นทุนการตัดเฉือนอลูมิเนียม CNCแต่เนิ่นๆ จะช่วยหลีกเลี่ยงการออกแบบโครงสร้างครีบที่ไม่สามารถผลิตได้

การตัดการเชื่อมต่อระหว่างการจำลองการไหลของ CFD และการซื้อ-เครื่องมือบนพื้น

ที่สปินเดิลของเครื่องจักร ครีบบางที่มีอัตราส่วน-}สูง-สูงขาดความแข็งแกร่งของโครงสร้าง เมื่อดอกเอ็นมิลล์โซลิดคาร์ไบด์ประกอบกับผนังอะลูมิเนียม 0.8 มม. ที่ไม่รองรับที่ 12,000 RPM แรงตัดจะกระตุ้นให้เกิดเสียงก้องกังวานอย่างรุนแรงและการสั่นพ้องของเครื่องมือความถี่สูง- การสนทนานี้นำไปสู่:

· ความเรียวของผนังครีบและการเบี่ยงเบนของมิติเกิน ±0.2 มม.

· การเกิดเสี้ยนจำนวนมากที่ส่วนปลายซึ่งจำเป็นต้องทำการลบคมรองด้วยตนเอง

· รอยแตกขนาดเล็ก-ตามรากครีบเนื่องจากการโค้งงอแบบวน

· ภัยพิบัติร้ายแรงของเครื่องมือแตกหักเมื่อหัวกัดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก-สามารถเคลียร์ช่องที่ลึกและแคบได้

เสียงพูดคุย การโก่งตัวของใบมีด และต้นทุนที่แท้จริงของครีบ-บางเฉียบ

จากสองทศวรรษของการสร้างต้นแบบ-ไปจนถึง-การผลิตเชิงปริมาณที่ Dazao โดยใช้บริการเครื่องจักรกลซีเอ็นซีขั้นสูงข้อมูลการผลิตเชิงประจักษ์แสดงให้เห็นว่าการลดจำนวนครีบลง 20% ในขณะที่การเพิ่มความหนาของครีบและระยะห่างของช่องมักจะให้ความเย็นที่เท่าเดิมหรือเหนือกว่า การขยายช่องให้กว้างขึ้นจะช่วยลดแรงดันของเหลวตกคร่อม ป้องกันการอุดตันของ-ชั้นความร้อนจากความร้อน และช่วยให้เครื่องมือที่แข็งแกร่งสามารถลดรอบเวลาการผลิตได้มากกว่า 50% แข็งแกร่งแนวทางการออกแบบแผ่นระบายความร้อนต้องปฏิบัติต่อประสิทธิภาพเชิงความร้อนและจลนศาสตร์ของเครื่องมือ CNC เป็นระบบที่เชื่อมต่อถึงกัน

การคำนวณความต้านทานความร้อนของแผงระบายความร้อนและข้อจำกัดขอบเขตทางกายภาพ

การจัดตั้งโรงงานผลิตการออกแบบอ่างความร้อนอลูมิเนียมเริ่มต้นด้วยการกำหนดงบประมาณความต้านทานความร้อนก่อนเลือกรูปทรงครีบ

การสร้างห่วงโซ่งบประมาณการต้านทานความร้อน

การกระจายความร้อนเป็นไปตามอุณหภูมิที่ลดลงอย่างต่อเนื่องตลอดเส้นทางที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าและการพาความร้อน อย่างเป็นระบบการคำนวณความต้านทานความร้อนของแผงระบายความร้อนปรับสมดุลงบประมาณด้านพลังงาน:

1. ระบุการกระจายพลังงานทั้งหมดเป็นวัตต์

2. กำหนดอุณหภูมิเฮดรูมในการทำงานโดยการลบอุณหภูมิอากาศแวดล้อมสูงสุดออกจากอุณหภูมิหัวต่อซิลิคอนสูงสุดที่อนุญาต

3. คำนวณความต้านทานความร้อนของระบบทั้งหมดที่ยอมได้โดยการหารอุณหภูมิเฮดรูมด้วยการกระจายพลังงานทั้งหมด

4. ลบจุดเชื่อมต่อภายในส่วนประกอบ-เพื่อ-ต้านทานความร้อนและความต้านทานการสัมผัสของวัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อน (TIM) ออกจากความต้านทานรวมที่อนุญาต

ค่าที่เหลือแสดงถึงความต้านทานความร้อนเป้าหมายสำหรับฐานตัวระบายความร้อนและอาร์เรย์ครีบ หากความต้านทานความร้อนเป้าหมายต่ำกว่า 0.15 องศาเซลเซียสต่อวัตต์ในพื้นที่ขนาดเล็ก การพาความร้อนตามธรรมชาติแบบพาสซีฟจะเป็นไปไม่ได้ทางกายภาพ โดยต้องอาศัยการบังคับพาความร้อนหรือเฟสแบบฝัง-เปลี่ยนฮาร์ดแวร์

พลศาสตร์ของของไหล: การพาความร้อนตามธรรมชาติเทียบกับขอบเขตการไหลของอากาศแบบบังคับ

ระบอบการไหลกำหนดขอบเขตทางกายภาพของระยะห่างระหว่างครีบระบายความร้อน:

· การพาความร้อนตามธรรมชาติ:การเคลื่อนที่ของอากาศขึ้นอยู่กับแรงลอยตัวที่เกิดจากการไล่ระดับความหนาแน่นของอากาศเท่านั้น ความเร็วของของไหลแทบจะไม่เกิน 0.2 ถึง 0.5 m/s หากระยะห่างของครีบน้อยกว่า 6.0 มม. ชั้นขอบเขตความร้อนที่ผสานจากผนังครีบที่อยู่ตรงข้ามกันจะปิดกั้นกระแสลมที่พาความร้อนขึ้นด้านบน ทำให้เกิดผ้าห่มอากาศนิ่งที่ยกระดับอุณหภูมิของจุดเชื่อมต่อ

· การพาความร้อนแบบบังคับ:แรงดันคงที่ที่ส่งมาจากพัดลมตามแนวแกนหรือโบลเวอร์จะขับเคลื่อนความเร็วลมระหว่าง 1.5 ม./วินาที ถึง 6.0 ม./วินาที ผ่านช่องครีบ ชั้นขอบที่บางกว่าช่วยให้ครีบมีระยะห่างระหว่าง 1.5 มม. ถึง 3.5 มม. อย่างไรก็ตาม หากความต้านทานไฮดรอลิกของแผงครีบเกินกว่ากราฟแรงดันสถิตของพัดลม อากาศจะเข้าสู่เส้นทางที่มีความต้านทานน้อยที่สุดและเลี่ยงแผงระบายความร้อนโดยสิ้นเชิง นักออกแบบควรปรึกษากฎการออกแบบความหนาของผนัง CNCเพื่อให้แน่ใจว่าโครงสร้างครีบทนทานต่อแรงดันอากาศและการยึดเชิงกล

ความหนาของฐานและมุมการแพร่กระจายความร้อน 45 องศา

ความหนาของฐานแผ่นระบายความร้อนทำหน้าที่เป็นแหล่งกักเก็บความร้อนหลักและระนาบการนำความร้อนด้านข้าง ชี้แหล่งความร้อน เช่น MOSFET กำลังหรือหน่วยประมวลผลความหนาแน่นสูง- ถ่ายเทความร้อนลงและออกไปข้างนอกผ่านเมทริกซ์โลหะที่มุมการนำไฟฟ้า 45 องศาที่มีประสิทธิภาพ

เมื่อฐานบางเกินไป (เช่น ต่ำกว่า 3.0 มม. สำหรับแหล่งความร้อน 30 มม. x 30 มม.) ความอิ่มตัวของความร้อนเฉพาะจุดจะเกิดขึ้นใต้แม่พิมพ์โดยตรง บริเวณด้านนอกของแผงครีบยังคงเย็น ส่งผลให้การใช้ความร้อนไม่ดี ในทางกลับกัน ฐานที่หนาเกินไปจะเพิ่มน้ำหนักของส่วนประกอบที่ซ้ำซ้อนและมีความซับซ้อนกลยุทธ์การกัดหลุมลึกภายใน. ตามกฎการผลิตที่เชื่อถือได้ ความหนาฐานควรเท่ากับอย่างน้อย 1.5 ถึง 2.0 เท่าของความหนาของครีบ และไม่น้อยกว่า 50% ของระยะห่างจากขอบแหล่งความร้อนไปยังขอบเขตด้านนอกของแผ่นระบายความร้อน

พารามิเตอร์เรขาคณิตของครีบ: ขีดจำกัดของเครื่องจักร CNC เทียบกับการกระจายความร้อน

การปรับสมดุลความสูงของครีบระบายความร้อนความหนา และระยะห่างจะเป็นตัวกำหนดทั้งกราฟต้นทุนการผลิตและเอาท์พุตการทำความเย็นจริง

ขีดจำกัดความหนาของครีบ การสั่นของเครื่องมือ และอัตราการป้อน

เพื่อความสมบูรณ์ของโครงสร้างในระหว่างการกัดสล็อต CNC ผนังครีบจะต้องทนต่อแรงกดตัดด้านข้าง:

· ต่ำกว่า 1.0 มม.:ครีบอะลูมิเนียมมีพฤติกรรมเหมือนคานยื่นแบบยืดหยุ่น ดอกเอ็นมิลล์ความเร็วสูง-ทำให้เกิดการสะท้านของครีบ ส่งผลให้พื้นผิวที่หยาบ (Ra > 3.2 um) ความเรียวของมิติ และเสียงสะท้อนระหว่างการตัดเฉือน

· 1.2 มม. ถึง 1.5 มม.:ขั้นต่ำในทางปฏิบัติสำหรับการผลิตมาตรฐาน ต้องใช้เส้นทางเครื่องมือพิเศษ ระยะกินลึกลดลง และขั้นตอนการมีส่วนร่วมในแนวรัศมีแสง ซึ่งเพิ่มเวลารอบการทำงานของเครื่องจักร

· 1.5 มม. ถึง 3.0 มม.:ความสมดุลที่เหมาะสมที่สุดเพื่อความประหยัดในการตัดเฉือน ความหนานี้ช่วยให้เครื่องมือโซลิดคาร์ไบด์มาตรฐานทำงานด้วยอัตราป้อนสูงและความเร็วที่รุนแรงในยุคสมัยใหม่ความสามารถในการกัด CNC ที่มีความแม่นยำไม่มีการโก่งตัวของผนัง โดยคงความคลาดเคลื่อนได้แน่นหนาภายใน ±0.05 มม.

ข้อ จำกัด ของระยะห่างของครีบและการกวาดล้างของเครื่องตัด

ระยะห่างระหว่างครีบจะกำหนดเส้นผ่านศูนย์กลางเครื่องมือสูงสุดที่ร้านขายเครื่องจักรสามารถใช้ได้:

· หากระยะห่างระหว่างครีบคือ 2.0 มม. ช่างเครื่องจะต้องจ้างดอกเอ็นมิลล์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุด 1.5 มม. ถึง 1.8 มม. เพื่อให้แน่ใจว่ามีการคายเศษและระยะห่างที่เหมาะสม

· ดอกเอ็นมิลล์ระยะ-ไมโคร-ระยะไกลมีความแข็งแกร่งหน้าตัด-ต่ำ การโก่งตัวของหัวกัดจะเพิ่มขึ้นตามลูกบาศก์ของความยาวของเครื่องมือที่ไม่รองรับ

· เมื่อระยะห่างระหว่างครีบลดลงต่ำกว่า 1.5 มม. การแพ็กชิป-จะเกิดขึ้นภายในช่อง เศษอะลูมิเนียมที่ติดอยู่จะหลอมรวมกับร่องของเครื่องตัด ส่งผลให้เครื่องมือแตกหักทันทีและพื้นผิวครีบฉีกขาด

Fin Height และเพดานอัตราส่วนภาพ 8:1

อัตราส่วนลักษณะของครีบถูกกำหนดโดยความสูงรวมของครีบหารด้วยความหนาของครีบแต่ละตัว:

· งานกัดซีเอ็นซีมาตรฐาน:อัตราส่วนภาพราคาประหยัดมีตั้งแต่ 3:1 ถึง 6:1

· การกัด CNC แบบขยาย:อัตราส่วนภาพตั้งแต่ 6:1 ถึง 8:1 ต้องใช้-การเจาะลึกหลายขั้น การปรับแต่ง-เครื่องมือคอแบบขยาย และลดอัตราป้อนการตัด ส่งผลให้ต้นทุนการตัดเฉือนเพิ่มขึ้น

· อัตราส่วนภาพสูงกว่า 8:1:ไม่แนะนำสำหรับการตัดเฉือน CNC เพียงอย่างเดียวเนื่องจากการโก่งตัวของเครื่องมือและการสั่นของครีบอย่างรุนแรง อัตราส่วนตั้งแต่ 10:1 ถึง 25:1 ต้องใช้กระบวนการผลิตทางเลือก เช่น การเล่นสกีหรือการอัดขึ้นรูป

The Root Corner Radius Trap: เชื่อมช่องว่างการจำลอง CFD

การควบคุมทั่วไปในการสร้างแบบจำลองทางความร้อนคือการละเว้นรัศมีด้านล่างภายใน การจำลองความร้อนแบบมาตรฐานถือว่ามุมสี่เหลี่ยมจัตุรัส 90 องศาที่สะอาดตรงทางแยกที่ผนังครีบบรรจบกับพื้นแผ่นฐาน

ในการผลิต CNC แบบกายภาพ ดอกเอ็นมิลล์จะมีรัศมีมุมเพื่อป้องกันการบิ่นของคมตัด ดอกเอ็นมิลล์ด้านล่างแบน-จะมีรัศมีการเปลี่ยนมุมอยู่ระหว่าง R0.3 มม. ถึง R1.0 มม. กำลังทบทวนการเพิ่มประสิทธิภาพต้นทุนรัศมีมุม CNCแสดงให้เห็นว่าเหตุใดการกำจัดเนื้อเหล่านี้จึงทำให้ค่าใช้จ่ายในการใช้เครื่องมือเพิ่มขึ้น

การสะสมของเนื้อรากนี้ทำให้เกิดผลกระทบทางกายภาพที่แตกต่างกันสองประการ:

1. ขอบเขต-การจำกัดการไหลของอากาศในชั้น:ในระบบการพาความร้อนแบบบังคับที่มีช่องครีบต่ำ เนื้อรากจะลดพื้นที่การไหลข้าม-ส่วนตัดขวางที่มีประสิทธิภาพที่โซนการนำความร้อนสูงสุด-ลง 4% ถึง 8% ซึ่งจะเพิ่มความต้านทานอากาศของช่องและทำให้แรงดันคงที่ลดลงโดยไม่คาดคิด

2. การสนับสนุนการนำความร้อน:ในทางบวก รัศมีของรากทำหน้าที่เป็นเป้าเสื้อกางเกงนำไฟฟ้าตามธรรมชาติ ช่วยลดความต้านทานความร้อนเฉพาะจุดที่ข้อต่อฐานครีบ และปรับปรุงความแข็งของโครงสร้างต่อการสั่นสะเทือน

แบบวิศวกรรมต้องระบุรัศมีของมุมรูตอย่างชัดเจนที่ R0.5 มม. หรือมากกว่า แทนที่จะเป็นมุมภายในที่แหลมคม

ความเรียบของแผ่นฐาน การลดความเค้นตกค้าง และความต้านทานต่อส่วนต่อประสานความร้อน

การบรรลุความต้านทานความร้อนขั้นต่ำทั่วทั้งส่วนต่อประสานส่วนประกอบจำเป็นต้องมีการสัมผัสทางกายภาพโดยตรงระหว่างแพ็คเกจเซมิคอนดักเตอร์และฐานแผ่นระบายความร้อน ความผิดปกติของพื้นผิว การเอียงเชิงมุม และการบิดเบี้ยวของแผ่นฐานทำให้เกิดช่องว่างอากาศระดับไมโคร- เนื่องจากอากาศนิ่งมีค่าการนำความร้อนต่ำมากประมาณ 0.026 W/mK โครงสร้างพื้นผิวที่ไม่มีการควบคุมจึงลดการถ่ายเทความร้อนก่อนที่พลังงานความร้อนจะไปถึงอาร์เรย์ครีบ

ความหยาบของพื้นผิวกับความเรียบที่แท้จริง: ความเป็นจริงของ TIM Gap

แบบวิศวกรรมมักสร้างความสับสนระหว่างความหยาบของพื้นผิวกับความเรียบของพื้นผิว:

· ความหยาบผิว (Ra):กำหนดจุดสูงสุดด้วยกล้องจุลทรรศน์-ถึง-เครื่องหมายเครื่องมือในหุบเขา ผิวสำเร็จ-ด้วยเครื่องจักรที่ Ra 0.8 um ถึง Ra 1.6 um จะให้พื้นผิวเชิงกลที่เหมาะสมที่สุดสำหรับจาระบีระบายความร้อน แผ่นเปลี่ยนเฟส- หรือตัวเติมช่องว่าง การระบุพื้นผิว Ra 0.2 um ที่ขัดเงาแบบกระจก-จะช่วยเพิ่ม-ค่าใช้จ่ายในการตัดหรือการขัดทันทีโดยไม่เกิดประโยชน์ด้านความร้อนที่วัดได้ เนื่องจากวัสดุเชื่อมต่อในการระบายความร้อน (TIM) ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมมาโดยเฉพาะสำหรับรางเครื่องมือที่เปียกและเติมด้วยกล้องจุลทรรศน์

· ความเรียบของพื้นผิว:กำหนดการเบี่ยงเบนระดับมหภาคตลอดช่วงการติดตั้งทั้งหมด ความทนทานต่อความเรียบ 0.05 มม. เหนือความยาวอ้างอิง 100 มม. ถือเป็นมาตรฐานสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสูง- ต่อมาตรฐานความทนทานต่อการตัดเฉือนอลูมิเนียม CNC. หากความเรียบเกิน 0.10 มม. บรรจุภัณฑ์เซมิคอนดักเตอร์แบบแข็งไม่สามารถเปลี่ยนรูปเพื่อลดช่องว่างได้ นำไปสู่ความหนาของ TIM ที่ไม่สม่ำเสมอ การแห้งเฉพาะที่ และจุดเชื่อมต่อที่เป็นหายนะเหนือ-ความล้มเหลวของอุณหภูมิ

การปล่อยความเค้นตกค้าง: ป้องกันการโค้งงอของแผ่นฐานหลังจากการ Hogging CNC อย่างหนัก

โหมดความล้มเหลวที่สำคัญในการผลิตที่มีความแม่นยำเกิดขึ้นเมื่อนำวัสดุจำนวนมากออกจากแท่งอะลูมิเนียมตัน แผ่นมาตรฐาน Al6061-T6 ประกอบด้วยความเค้นตกค้างภายในที่เกิดจากการดับน้ำอย่างรวดเร็วและการยืดเชิงกลระหว่างการผลิตวัตถุดิบ เมื่อเครื่องมือกล CNC ดึงปริมาตรบล็อกทั้งหมด 60% ถึง 75% เพื่อสร้างช่องลึก สมดุลความเค้นทางโลหะวิทยาจะถูกทำลาย

เมื่อคลายแคลมป์จากคีมจับเครื่องจักร แผ่นฐานจะคลายความตึงภายในโดยการโค้งขึ้นหรือลง 0.10 มม. ถึง 0.25 มม.:

· ส่วนโค้งนูนจะเน้นแรงกดเชิงกลไปที่ศูนย์กลางของแม่พิมพ์ซิลิกอนทั้งหมด ซึ่งเสี่ยงต่อการแตกร้าวของบรรจุภัณฑ์ขณะยกบริเวณครีบด้านนอก

· ส่วนโค้งเว้าจะสร้างช่องที่หนาและเหลว-อยู่เหนือแหล่งความร้อนหลักโดยตรง โดยที่ชั้น TIM มีความหนาเกินการออกแบบการระบายความร้อนสูงสุด

โปรโตคอลการตัดเฉือน Dazao สำหรับการตรวจสอบความเรียบ

เพื่อรับประกันความเรียบของฐานที่ผ่านการรับรองที่ 0.02 มม. ถึง 0.05 มม. บนการออกแบบครีบ-ฐานสูง-ที่บาง Dazao ได้ใช้โปรโตคอลการตัดเฉือนแบบหลาย-ความเค้น{5}}โดยยึดตามความเข้มงวดแนวทางทางวิศวกรรมสำหรับการตัดเฉือนอลูมิเนียม CNC:

1. การกัดหยาบ:เส้นทางการกัดโทรคอยด์ประสิทธิภาพสูง-ช่วยขจัดปริมาตรช่อง 85% เหลือพื้นที่เก็บผิวสำเร็จ 0.5 มม. ในทุกพื้นผิว

2. การบรรเทาความเครียดจากความร้อน:ส่วนประกอบกึ่งเครื่องจักร-ผ่านการอบในเตาควบคุมที่อุณหภูมิ 180 ถึง 200 องศาเซลเซียสเป็นเวลาสองชั่วโมง ตามด้วยการระบายความร้อนของเตาอย่างช้าๆ เพื่อขจัดความตึงเครียดทางกลที่เกิดขึ้น

3. การยึดสูญญากาศแบบกำหนดเอง:สำหรับการผ่านสกิมพาสขั้นสุดท้าย ชิ้นส่วนจะถูกยึดโดยใช้หัวจับสุญญากาศที่มีรูพรุน แทนที่จะใช้แคลมป์ขอบเชิงกลที่มีแรงดันสูง- ซึ่งทำให้เกิดการเสียรูปแบบยืดหยุ่นระหว่างการตัด

4. การตัดฟลายความเร็วสูง-ที่สมดุล:หัวกัดปาดหน้าเม็ดมีดเพชร-ใช้การตัดแบบสกิมเล็กน้อย (ความลึกของการตัด 0.05 มม.) ที่ 10,000 รอบต่อนาที ทำให้ได้ฐานยึดที่มั่นคงและปราศจากแรงเค้น- พร้อมความเรียบที่ผ่านการตรวจสอบแล้ว

การรักษาพื้นผิว: การแผ่รังสีความร้อน ฉนวนอิเล็กทริก และการดักจับสารเคมี

สารเคลือบแปลงพื้นผิวช่วยปกป้องอะลูมิเนียมจากการเกิดออกซิเดชันในชั้นบรรยากาศ และปรับเปลี่ยนคุณสมบัติการแผ่รังสีความร้อน อย่างไรก็ตาม การเลือกการรักษาพื้นผิวโดยไม่คำนึงถึงเคมีในการเคลือบอาจทำให้เกิดความล้มเหลวด้านความร้อนและการประกอบได้ สำหรับรายละเอียดโดยละเอียดของสารเคลือบเคมี โปรดดูของเราคู่มือการตกแต่งพื้นผิวอลูมิเนียมและอโนไดซ์.

การถ่ายเทความร้อนแบบแผ่รังสี: เมื่ออโนไดซ์สีดำมีความสำคัญจริงๆ

อะลูมิเนียมขัดเงาที่ไม่ผ่านการบำบัดมีระดับการปล่อยความร้อนต่ำระหว่าง 0.04 ถึง 0.06 ซึ่งหมายความว่าจะสะท้อนพลังงานความร้อนจากการแผ่รังสีมากกว่า 94% กลับเข้าไปในชิ้นส่วน การใช้การเคลือบอะโนไดซ์ด้วยกรดซัลฟิวริกสีดำหรือกรดซัลฟิวริกใสมาตรฐาน Type II (ความหนา 10 ถึง 15 um) จะสร้างฟิล์ม-รูพรุนของอลูมิเนียมออกไซด์ที่ยกระดับการแผ่รังสีของพื้นผิวเป็น 0.82 ถึง 0.88

ผลกระทบในทางปฏิบัติขึ้นอยู่กับโหมดการทำความเย็น:

· เปลือกการพาความร้อนตามธรรมชาติ:การแผ่รังสีคิดเป็น 20% ถึง 35% ของการกระจายความร้อนทั้งหมด จำเป็นต้องมีอโนไดซ์ การละเว้นจะทำให้อุณหภูมิของส่วนประกอบในสภาวะคงที่-เพิ่มขึ้น 8 ถึง 15 องศาเซลเซียส

· ระบบบังคับอากาศ (ความเร็วลม > 2.5 ม./วินาที):การถ่ายเทความร้อนแบบบังคับจะควบคุมสมดุลของพลังงานอย่างสมบูรณ์ รังสีมีสัดส่วนน้อยกว่า 3% ของการกระจายสุทธิ ภายใต้การไหลเวียนของอากาศความเร็วสูง- แผงระบายความร้อนที่ชุบอะโนไดซ์แบบไม่มีอะโนไดซ์ - โครมใส หรือแบบไม่ใช้ไฟฟ้า- จะทำงานเกือบจะเหมือนกันกับตัวระบายความร้อนแบบอะโนไดซ์สีดำ

Hard Anodizing (Type III) เป็นฉนวนป้องกันความร้อน

แม้ว่าการอโนไดซ์แบบมาตรฐาน Type II จะมีความต้านทานการนำความร้อนน้อยที่สุดเนื่องจากมีชั้นบางๆ แต่การระบุฮาร์ดอโนไดซ์ประเภทที่ 3 (Mil-A-8625, ความหนา 35 ถึง 50 um) จะทำให้เกิดผลเสียในการปฏิบัติงาน การเคลือบอะโนไดซ์แบบแข็งประกอบด้วยเซรามิกอะลูมิเนียมออกไซด์ที่มีความหนาแน่นและไม่นำไฟฟ้า โดยมีค่าการนำความร้อนภายในเพียง 1.0 ถึง 1.5 W/mK เทียบกับ 167 W/mK สำหรับซับสเตรตโลหะผสม Al6061-T6 ที่เป็นพื้นฐาน ชั้นเคลือบแข็ง 50 um บนแผ่นยึดหลักทำให้เกิดแผงกั้นความร้อนการนำไฟฟ้าที่วัดได้ ซึ่งจะทำให้อุณหภูมิของจุดเชื่อมต่อเพิ่มขึ้นภายใต้ฟลักซ์ความร้อนสูง

การดักจับสารเคมีและเกลือกำลังบานในช่องอัตราส่วน-ลักษณะ-สูง

เมื่อการเขียนแบบทางวิศวกรรมมีระยะห่างของครีบที่แคบ (ต่ำกว่า 2.0 มม.) รวมกับครีบสูง (อัตราส่วนภาพมากกว่า 5:1) แรงตึงผิวจะป้องกันไม่ให้-การล้างถังแบบมาตรฐานไหลเวียนอย่างอิสระผ่านช่องด้านล่าง

หากกรดซัลฟูริกจากอ่างอโนไดซ์ยังคงติดอยู่ภายในรากของร่อง:

· สารตกค้างที่เป็นกรดจะระเหยอย่างช้าๆ ในระหว่างการจัดเก็บคลังสินค้าหรือการปฏิบัติงานภาคสนาม

· สารเคมีที่ติดอยู่จะทำปฏิกิริยากับความชื้นเพื่อสร้างผลึกอะลูมิเนียมซัลเฟตสีขาวเป็นแป้ง (บานเกลือ) ตามแนวรากครีบ

· ดอกเกลือเหล่านี้เชื่อมช่องว่างของครีบ กัดกร่อนผิวเคลือบป้องกัน และปล่อยอนุภาคที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าลงบนแผงวงจรพิมพ์ในบริเวณใกล้เคียง

เพื่อป้องกันไม่ให้เกลือบาน Dazao บังคับใช้วงจรการวางตัวเป็นกลางด้วยคลื่นอัลตราโซนิกสาม-ขั้นตอน รวมกับระบบล้างน้ำไอออนไนซ์ที่ทำความร้อนด้วยแรงดัน-สำหรับคำสั่งซื้อที่กำหนดเองในช่องทางแคบทั้งหมด-

คำอธิบายทางวิศวกรรมสำหรับการมาสก์พื้นผิวสัมผัสแบบเลือก

หากไม่จำเป็นต้องมีการแยกไฟฟ้าแรงสูง- ควรปิดบังแผ่นยึดส่วนประกอบระหว่างการชุบอโนไดซ์แบบแข็งประเภท III หรือเผชิญเฉพาะจุด-ด้วยการตัด CNC fly รองแบบเบา-หลังการชุบอโนไดซ์ ระบุการมาสก์แบบเลือกสรรบนแบบการผลิตโดยใช้คำบรรยายที่ชัดเจน: พื้นที่พื้นผิวภายในขอบเขตที่กำหนดเพื่อให้ปราศจากการเคลือบขั้วบวก การเคลือบแปลงสารเคมีตาม MIL-DTL-5541 ที่ได้รับอนุญาตสำหรับการป้องกันการกัดกร่อน

ข้อดีข้อเสียในการเลือกวัสดุ: AL6061, AL6063 และทองแดงบริสุทธิ์ C1100

การเลือกใช้วัสดุจะควบคุมอัตราการนำความร้อน ราคาสต็อกวัตถุดิบ อายุการใช้งานของเครื่องมือตัด และความซับซ้อนของโครงสร้างที่อนุญาต การรวมคุณลักษณะด้านความร้อนเข้ากับตัวเรือนเชิงกลโดยตรงต้องได้รับคำปรึกษาคู่มือการออกแบบเครื่องจักรกล CNC อลูมิเนียมแบบกำหนดเอง.

AL6061-T6 กับ AL6063-T6: ความแข็งแกร่งของโครงสร้างเทียบกับการสึกหรอของเครื่องมือเหนียวๆ

· AL6061-T6:โลหะผสมมาตรฐานสำหรับการตัดเฉือนที่แม่นยำ ให้ค่าการนำความร้อนประมาณ 167 W/mK ปริมาณซิลิคอนและแมกนีเซียมสูงทำให้เกิดเศษสั้นและเปราะซึ่งจะหลุดออกจากช่องลึกอย่างรวดเร็ว โดยยังคงรักษากำลังให้ผลผลิตสูงถึง 276 MPa ทำให้ได้เกลียวโครงสร้างที่แข็งแกร่งต่อมาตรฐานการออกแบบรู CNC แบบตาบอดและแบบเกลียว.

· AL6063-T6:โลหะผสมที่โดดเด่นสำหรับโปรไฟล์อัดขึ้นรูปเนื่องจากมีการนำความร้อนสูงกว่า (ประมาณ 201 W/mK) อย่างไรก็ตาม การเลือก AL6063 สำหรับการตัดเฉือน CNC ล้วนๆ ทำให้เกิดข้อเสียทางการผลิตที่รุนแรง- โลหะผสมมีความอ่อนและเหนียวภายใต้แรงตัด ส่งผลให้เศษยาวเชื่อมกับร่องเครื่องมือ และสร้างครีบหนาตามปลายครีบ ซึ่งจะทำให้ต้นทุนค่าแรงในการลบคมเพิ่มขึ้น 25% ถึง 40%

ทองแดงบริสุทธิ์ C1100: การนำไฟฟ้าสูงสุดที่น้ำหนักสูงและต้นทุนเครื่องมือ

ทองแดงปลอดออกซิเจน- (C1100 / C10100) ให้ค่าการนำความร้อนประมาณ 390 W/mK ซึ่งมากกว่าสองเท่าของ Al6061 เป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับจุดร้อนฟลักซ์-ความร้อน-สูงเกิน 50 W/cm2

อย่างไรก็ตาม ทองแดงบริสุทธิ์ทำให้เกิดโทษทางกลขั้นรุนแรง:

· ความหนาแน่นของมวล:ทองแดงมีน้ำหนัก 8.96 g/cm3 เทียบกับ 2.70 g/cm3 สำหรับอะลูมิเนียม ตัวทำความเย็นทองแดงแข็งเพิ่มน้ำหนักให้กับชุดประกอบ PCB มากกว่า 330% ซึ่งมักจะต้องใช้แผ่นรองด้านหลังที่มีโครงสร้างเพื่อป้องกันไม่ให้บอร์ดงอภายใต้แรงกระแทกและการสั่นสะเทือน

· ความยากในการตัดเฉือน:ทองแดงมีความเหนียวสูงและความเครียด-แข็งตัวอย่างรวดเร็ว อัตราการสึกหรอของเครื่องมือสูงกว่าอะลูมิเนียมสามถึงห้าเท่า การตัดเฉือนครีบทองแดงที่ลึกและบางต้องใช้น้ำหล่อเย็นที่รุนแรง เครื่องมือเพชรขัดเงาแบบพิเศษ และความเร็วตัดอย่างระมัดระวัง ส่งผลให้ต้นทุนรอบเครื่องจักรเพิ่มขึ้นอย่างมาก

ทองแดงผสม-วิศวกรรมแผ่นฐานแบบฝัง

แทนที่จะกัดแผ่นระบายความร้อนทั้งหมดจากแท่งทองแดงที่เป็นของแข็ง วิธีการ-มาตรฐานอุตสาหกรรมใช้สถาปัตยกรรมแบบไฮบริด:

1. ตัดเฉือนแผ่นฐานหลักและอาร์เรย์ครีบจาก Al6061-T6 น้ำหนักเบา{1}}ที่คุ้มค่า

2. กัด CNC ในช่องที่มีความแม่นยำในแผ่นฐานโดยตรงใต้แม่พิมพ์ซิลิกอนกำลังสูง-

3. การรบกวน กด-ประกอบหรือประสานตัวทากทองแดงหรือห้องไอของ C1100 กราวด์ที่มีความแม่นยำ-ลงในช่อง

การกำหนดค่าแบบไฮบริดนี้ให้ประสิทธิภาพการระบายความร้อน 90% ของแผงระบายความร้อนทองแดงแข็ง ในขณะที่ลดมวลส่วนประกอบโดยรวมลง 60% และลดต้นทุนการตัดเฉือนลงครึ่งหนึ่ง

โครงสร้างการตัดสินใจด้านการผลิต: ฮีทซิงค์กลึง CNC เทียบกับการอัดขึ้นรูป เทียบกับการ Skiving

การเลือกกระบวนการผลิตที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับปริมาณการผลิต ความซับซ้อนของขนาด ความหนาแน่นของครีบ และงบประมาณเครื่องมือเริ่มต้น การประเมินแผ่นระบายความร้อน CNC เทียบกับการอัดขึ้นรูปDynamics ช่วยปกป้องกำหนดการพัฒนาฮาร์ดแวร์ตั้งแต่เนิ่นๆ

การวิเคราะห์เปรียบเทียบ: ต้นทุนเครื่องมือ ความคลาดเคลื่อน และอัตราส่วนภาพ

· การอัดขึ้นรูปอะลูมิเนียม:เหล็กแท่งหลอมเหลวถูกบังคับผ่านแม่พิมพ์เหล็กชุบแข็ง ต้นทุนเครื่องมือต่ำ (1,500 ถึง 4,000 เหรียญสหรัฐ) และต้นทุนต่อหน่วยต่ำมากตามปริมาณ อย่างไรก็ตาม รูปทรงของครีบมีลักษณะเป็นเส้นตรงและสม่ำเสมอตลอดแกนการอัดขึ้นรูป ยังคงต้องใช้เครื่องจักร CNC ขั้นที่สองเพื่อเพิ่มรูยึด ช่องกระเป๋า และช่องเจาะ

· เทคโนโลยี Skived Fin:มีดโค้งจะหั่นและพับเศษบางๆ จากบล็อกโลหะแข็งเพื่อสร้างครีบที่มีความหนาแน่นสูง- Skiving ทำให้มีอัตราส่วนภาพมากกว่า 25:1 โดยไม่มีความต้านทานอินเทอร์เฟซเป็นศูนย์ อย่างไรก็ตาม ครีบที่ร่อนไว้นั้นเปราะบาง ไม่สามารถทนต่อแรงกระทำด้านข้าง- และไม่สามารถสร้างผนังยึดขอบแบบบูรณาการหรือคุณลักษณะ 3 มิติที่ซับซ้อนได้

· เครื่องจักรซีเอ็นซี 5 แกน:เหล็กแท่งดิบถูกขึ้นรูปบนเครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์หลาย-แกน แม้ว่าเวลารอบของยูนิตจะสูงกว่า แต่ CNC ก็มอบอิสระในการออกแบบอย่างสมบูรณ์: พินอาเรย์หลาย- ทิศทางที่ซับซ้อน ร่องซีลโอริงแบบบูรณาการ - แผ่นฐานแบบขั้นบันไดหลาย- และคุณสมบัติมู่ลี่แบบเกลียวบนพื้นผิวใดๆ

อันตรายของ NPI: ต้นแบบ CNC ต่อการผกผันอัตราส่วนการอัดขึ้นรูปมวล

ความล้มเหลวที่พบบ่อยที่สุดในการแนะนำผลิตภัณฑ์ฮาร์ดแวร์ใหม่ (NPI) เกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนจากต้นแบบไปสู่การผลิตจำนวนมาก:

ทีมออกแบบสร้างต้นแบบแผงระบายความร้อนบนเครื่องแมชชีนนิ่งเซ็นเตอร์ CNC แบบ 5 แกน เนื่องจาก CNC สามารถตัดรูปทรงที่ซับซ้อนได้ วิศวกรจึงระบุอาร์เรย์ที่กำหนดเองซึ่งมีครีบหนา 1.0 มม. ระยะห่าง 1.8 มม. และความสูงของครีบ 45 มม. (อัตราส่วน 45:1 สัมพันธ์กับระยะห่าง) พร้อมด้วยการตัดหมุดแบบเซสำหรับการไหลรอบทิศทาง

เครื่องต้นแบบสามารถระบายความร้อนได้ดี อย่างไรก็ตาม เมื่อเปลี่ยนไปสู่การผลิตตามปริมาณ (50,000 หน่วย/ปี) ทีมงานจะพยายามแปลงการออกแบบเป็นการอัดขึ้นรูปอะลูมิเนียมมาตรฐานโดยตรงเพื่อลดต้นทุน-ชิ้นส่วน

ซัพพลายเออร์ที่อัดขึ้นรูปปฏิเสธการพิมพ์ทันที แม่พิมพ์อัดขึ้นรูปเชิงพาณิชย์แบบมาตรฐานมีขีดจำกัดอัตราส่วนลิ้นแม่พิมพ์สูงสุดที่ประมาณ 10:1 ถึง 14:1 การบังคับให้แม่พิมพ์พ่นครีบสูงและเว้นระยะห่างอย่างใกล้ชิดทำให้ลิ้นแม่พิมพ์เหล็กโค้งงอหรือหักภายใต้แรงกดดันจากการอัดขึ้นรูปเหล็กแท่งสูง ทีมวิศวกรถูกบังคับให้ออกแบบแผงครีบใหม่ ลดความสูงของครีบ ขยายระยะห่างของครีบ และเปิดแผงระบายความร้อนทั้งหมด สิ่งนี้ทำให้เกิดความล่าช้าของโครงการที่สำคัญ และต้องมี-การทดสอบใหม่และการรับรองตามกฎระเบียบ-อีกครั้ง

การแบ่งปริมาณการผลิต-เมทริกซ์คู่

เพื่อให้มั่นใจว่าการออกแบบมีความต่อเนื่องตั้งแต่การตรวจสอบเบื้องต้นไปจนถึงการผลิตที่มีปริมาณมาก-:

·ต้นแบบ (1 ถึง 50 หน่วย):เครื่อง CNC โดยตรงจากเหล็กแท่ง Al6061-T6 ที่เป็นของแข็ง ตรวจสอบให้แน่ใจว่าพารามิเตอร์ครีบอยู่ภายในขีดจำกัดการอัดขึ้นรูปมาตรฐาน (อัตราส่วน < 10:1) เพื่อให้รูปทรงสามารถถ่ายโอนไปยังแม่พิมพ์การผลิตได้อย่างราบรื่นในภายหลัง

· ปริมาณต่ำ-ถึง-กลาง (50 ถึง 2,500 หน่วย/ปี):รักษาโครงสร้างด้วยเครื่องจักร CNC อย่างสมบูรณ์ผ่านกบริการกัดระบายความร้อนด้วยอลูมิเนียม CNC โดยเฉพาะ. ค่าใช้จ่ายฝ่ายทุนล่วงหน้า เวลาในการผลิต (6 ถึง 8 สัปดาห์) และปริมาณการสั่งซื้อขั้นต่ำ (MOQ) ของแม่พิมพ์อัดขึ้นรูปและการตั้งค่าการปอกผิวงานมีมากกว่าต้นทุนต่อหน่วย CNC

· ปริมาณสูง (2,500+ หน่วย/ปี):ลงทุนในเครื่องมืออัดขึ้นรูปแบบกำหนดเองเพื่อสร้างแผ่นฐานและอาร์เรย์ครีบหลัก จากนั้นกำหนดเส้นทางชิ้นส่วนผ่านเซลล์การตัดเฉือน CNC รองที่ Dazao เพื่อเพิ่มความแม่นยำ-หน้าการติดตั้งด้วยเครื่องจักร ร่องซีล และรูเกลียว

รายการตรวจสอบ DFM ด้านวิศวกรรมและการจัดซื้อจัดจ้าง: การยืนยัน RFQ ก่อน-

ก่อนที่จะส่งไฟล์ CAD และแบบร่าง 2 มิติไปยัง Dazao หรือพันธมิตรการผลิตอื่นๆ โปรดตรวจสอบการออกแบบของคุณเทียบกับสิ่งนี้รายการตรวจสอบ CNC DFM ที่พร้อมสำหรับการผลิต-เพื่อป้องกันคำสั่งเปลี่ยนแปลงทางวิศวกรรม (ECO) และการเสนอราคาล่าช้า

กฎเกณฑ์การกวาดล้างทางเรขาคณิตและคัตเตอร์

· Does the fin spacing provide enough clearance for standard metric end mill diameters (minimum 1.5 mm, recommended >= 2.0 มม.)?

· อัตราส่วนลักษณะของครีบ (ความสูงของครีบต่อความหนา) จะอยู่ที่หรือต่ำกว่า 8:1 สำหรับการกัด CNC หรือไม่

· Have all internal bottom corners been assigned a fillet radius of at least R0.5 mm (preferably >= R1.0 มม.) เพื่อป้องกันการสะท้านของเครื่องมือและเครื่องตัดเสียหายก่อนกำหนดหรือไม่

ความสมบูรณ์ของโครงสร้างแผ่นฐานและตัวยึด

· Is the base thickness sufficient to support lateral heat conduction (at least 1.5x fin thickness and >= 3.0 มม.)?

· รูยึดแบบเกลียวตาบอดได้รับการออกแบบให้มีระยะห่างอย่างน้อย 1.5 มม. จากวัสดุแข็งที่เหลืออยู่ระหว่างก้นรูและพื้นครีบ เพื่อป้องกันไม่ให้ฐานระเบิดระหว่างการต๊าปหรือไม่

· ตำแหน่งตัวยึดสำหรับติดตั้งมีความสมดุลอย่างสมมาตรทั่วฐานแผงระบายความร้อนเพื่อกระจายแรงจับยึดอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งอินเทอร์เฟซการระบายความร้อนหรือไม่

การมาสก์พื้นผิวและการตรวจสอบ GD&T

· พื้นที่สัมผัสของส่วนประกอบหลักถูกกำหนดไว้อย่างชัดเจนสำหรับการมาสก์หรือไม่ หากมีการระบุการอโนไดซ์แบบแข็งประเภท III หรือไม่

· มีการระบุขอบด้านนอกที่แหลมคมด้วยการลบมุมหรือการหักมุมมาตรฐาน 0.2 มม. ถึง 0.5 มม. เพื่อให้มั่นใจว่าการชุบอโนไดซ์จะครอบคลุมสม่ำเสมอและป้องกันการบาดจากการจัดการหรือไม่

· ช่องครีบได้รับการออกแบบให้มีปลายเปิดเพื่อความสะดวกในการระบายของเหลวระหว่างการโพสต์-การตัดเฉือนการขจัดคราบไขมันด้วยอัลตราโซนิกและรอบการล้างพื้นผิวหรือไม่