Od přesného CNC vyřezávání po deseti{0}}tisíc- lití pod tlakem jsou tyto procesy skutečným základním kamenem výkonu v oblasti odvodu tepla.
Přemýšleli jste někdy nad tím, proč se některé chladiče prodávají za desítky juanů, zatímco jiné stojí tisíce, přestože jsou vyrobeny ze stejného kovu? Kromě designu je klíčový také výrobní proces. Dnes odhalíme tajemství výroby chladičů.
Když teplota procesoru vašeho počítače stoupne nebo se váš telefon zahřeje, chladič pracuje tiše. Možná jste ale nevěděli, že její výrobní proces integruje mnoho špičkových-technologií z moderního průmyslu.
Pochopení těchto skutečností z vás nejen učiní zkušenější hardwarové nadšence, ale také vám umožní nahlédnout do precizního světa pokročilé výroby.
01 Od digitálního k fyzickému: Přesnost CNC
První krok ve výrobě moderních chladičů často začíná pevným kovovým polotovarem. Jak se transformuje do složitého tvaru znázorněného na konstrukčních výkresech? Zde přichází na řadu CNC obrábění.
Princip je vlastně docela intuitivní: návrhář vytvoří na počítači 3D model a software jej převede na řadu strojově-čitelných pokynů. Obráběcí stroj pak přesně řeže, vrtá a vyřezává do kovu podle tohoto návodu.
CNC obrábění není jediná technologie, ale platforma. Nejběžnějšími aplikacemi jsou CNC frézování (nástroj se otáčí, obrobek zůstává nehybný) a CNC soustružení (obrobek se otáčí, nástroj se pohybuje).
U složitějších zakřivených povrchů je vyžadováno více{0}}obrábění ve více osách. 3-nejzákladnější je obrábění ve více osách, které umožňuje obrábět pouze horní část a boky; 4osé obrábění přidává možnosti rotace, což umožňuje manipulaci s bočními obrysy; 5-osé obrábění může současně obrábět z více úhlů, čímž je dokončena výroba extrémně složitých dílů, jako jsou oběžná kola, v jediné operaci.
Při strojírenských soutěžích na vysoké škole jsem strávil nespočet hodin ve školicím středisku, kde jsem osobně obsluhoval soustruhy a frézky až po strojní součásti. Pocit úspěchu z přeměny designových kreseb na fyzické objekty zůstává nezapomenutelný.
CNC obrábění nabízí extrémně vysokou přesnost až na úroveň mikrometrů a vynikající opakovatelnost. Proto se často používá pro prototypování chladičů nebo pro finální frézování tlakově litých a kovaných základů, aby byl zajištěn dokonale rovný kontaktní povrch s čipem.
Má to samozřejmě i nevýhody: je to forma „subtraktivní výroby“, která zahrnuje odřezávání značného množství materiálu, čímž vzniká odpad. U vysoce-přesných, malých-sérií nebo složitých konstrukčních součástí však zůstává CNC obrábění nenahraditelné.
Videoefekty na CNC obráběcích strojích z kovoobráběcího závodu na obrábění ocelových dílů - Qianku.com
02 Extruze hliníku: Páteř hromadné výroby
Žebra převážné většiny vzduchem-chlazených chladičů na trhu jsou vyráběna pomocí vysoce účinného a ekonomického procesu-protlačování hliníku.
Představte si vymačkávání zubní pasty: změkčená pasta se otvorem tuby vytvaruje do dlouhého pruhu. Princip vytlačování hliníku je podobný, jen s mnohem větší silou.
Nejprve se hliníková tyč zahřeje na 400-500 stupňů (změkne ji, ale zůstane pevná), poté se použijí tisíce tun hydraulické síly k jejímu protlačení otvorem v matrici specifického tvaru.
Vznikne tak souvislý profil s příčným-řezem shodným s matricí, která se pak podle potřeby ořízne. Následné zpracování může zahrnovat CNC frézování spodní plochy, vrtání a závitování.
Vytlačování hliníku je levné-a vysoce účinné, takže je zvláště vhodné pro-rozsáhlou standardizovanou výrobu. Většina běžných vzduchem{3}}chlazených žeber chladiče CPU a různé chladiče z hliníkových profilů, které vidíte, pochází z tohoto procesu.
Má však svá omezení: poměr výšky-k{1}}tloušťce žebra je omezený, což ztěžuje výrobu výjimečně tenkých a vysokých žeber, což do určité míry omezuje zlepšení hustoty rozptylu tepla.
Proces vytlačování hliníkových profilů a pracovní princip - Zhihu
03 Tlakové lití a kování: Umění jednoho-výlisku
Když se tvar chladiče stane složitým, už to nejsou jen dlouhá pásová žebra, jsou zapotřebí další procesy. Tlakové lití a kování jsou dvě běžné-techniky formování jednoho kusu.
Tlakové lití zahrnuje úplné roztavení hliníkové slitiny do kapalného stavu, její následné vstřikování do přesné ocelové formy vysokou rychlostí a tlakem a její rychlé ochlazení do tvaru. Dokáže vyrábět součásti se složitou strukturou a silnou celistvostí-jednoho kusu, jako je vnější plášť mnoha chladičů grafických karet.
Když se však tekutý kov rychle ochladí, mohou se uvnitř snadno vytvořit drobné póry nebo smršťovací poréznost, což může mírně ovlivnit jeho tepelnou vodivost.
Kování je jiné; je to spíše tradiční kovářství, jen přesnější. Hliníkový předvalek se zahřeje na vhodnou teplotu (ještě pevný), umístí se do formy a poté se narazí nebo vymačká pod obrovským tlakem, aby vyplnil dutinu formy.
Protože se jedná o plastickou deformaci v pevném stavu, jsou kovová zrna stlačena na hustší hustotu a proudí efektivněji. Kované díly proto mají obvykle kompaktnější strukturu a jejich mechanická pevnost a tepelná vodivost jsou často lepší než díly odlévané pod tlakem.
Jednoduché srovnání: Tlakové lití je jako „lití do formy“, vhodné pro složité tvary; kování je jako "lisování ve formě", obecně nabízí lepší výkon, ale o něco menší všestrannost ve složitosti tvaru.
Radiátory-odlévané pod tlakem - Weifang Huapeng Electronic Radiator Co., Ltd.-odlévané radiátory
Kované radiátory
04 Lisování: Revoluce v efektivitě na tenkých plechách
Radiátory vyžadují nejen základnu a lamely, ale také četné pomocné díly. Zde přichází na řadu ražení.
Jedná se o studený{0}}pracovní proces, který využívá děrovací lis a formy k vyvíjení tlaku na kovové plechy, což způsobuje jejich oddělení nebo deformaci za účelem získání požadovaných dílů. Při výrobě radiátorů má dvě hlavní použití.
První je výroba samotných žeber pro odvod tepla. Mnoho hustých žeber na středních-až{2}}vyšších-vzduchových-chladicích radiátorech s různými zajišťovacími mechanismy a kanály proudění vzduchu je vyraženo. To dává návrhářům větší svobodu, což je s protlačováním hliníku obtížně dosažitelné. Druhým je výroba různých konstrukčních prvků. Patří mezi ně kovové držáky pro zajištění chladičů, sedla pružinových šroubů a ocelové spony pro zajištění ventilátorů. Ty jsou obvykle lisovány z oceli s vyšší-pevností nebo z nerezové oceli.
Lisování je mimořádně účinné; moderní vysokorychlostní lisy-dokážou vyrobit stovky nebo dokonce tisíce stejných dílů za minutu. Jakmile je forma vyrobena, náklady na součást jsou po amortizaci velmi nízké, takže je mimořádně vhodná pro hromadnou výrobu.
Samotné formy jsou však nákladné na konstrukci a výrobu a lze je použít pouze pro tenké plechy, nikoli pro pevné, těžké díly. Proto je vhodný pouze pro sériovou výrobu a ne pro prototypování.
Co je to razítkování? Tyto animované GIFy jsou velmi intuitivní. Porozumějte procesům lisování automobilů během vteřiny. Školení Autoform, Školicí kurzy Autoform Analysis, Autoform Autoform simulace forem...
05 Myšlení do budoucna
Vzhledem k tomu, že spotřeba energie čipu stále roste, roste i problém s návrhem odvodu tepla. Objevují se nové materiály a řešení, jako je kapalinové chlazení, rozvaděče tepla a grafen. Jaké nové požadavky kladou na výrobní procesy?
V pokročilé výrobě se také tyto procesy neustále slučují a vyvíjejí. Například 3D tisk (aditivní výroba) začíná zkoumat vytváření ultra-složitých vnitřních průtokových kanálů v chladičích, které je obtížné dosáhnout tradičními postupy.
Možná, že v budoucnu chladiče, které vidíme, již nebudou sestavami z více částí, ale spíše integrálními funkčními jednotkami pečlivě navrženými od mikrostruktury po makroskopickou formu, „vypěstované“ nebo vytištěné v jediném procesu.
Který proces má podle vás největší potenciál prolomit současné úzké hrdlo v účinnosti odvodu tepla? Nebo jste se setkali s nějakým působivým speciálním designem odvodu tepla? Neváhejte se podělit o své postřehy v sekci komentářů.
