En kort gennemgang af design og fremstilling af køleplader

Sidste opdatering:09/01;Tid til at læse: 6 min

Køleplade

En køleplade er en termodynamisk enhed, der fjerner varme fra mekaniske, elektriske og elektroniske systemer.I forskellige enheder og maskiner er det vigtigt at holde temperaturområdet inden for en specifik grænse for at opretholde funktionaliteten af ​​den pågældende enhed eller maskine.Her kommer rollen som køleplader ind i billedet.For eksempel skal din bærbare computers store maskineri i forskellige industrier aflede sin varme.Så tænk, hvor udbredt det bruges i nutidens teknologiverden.Køleplader afleder varme ved at overføre den til et reguleret medium, såsom luft eller væske, og derefter udstødes fra apparatet og det overførende medium.

Denne artikel vil kort gennemgåbearbejdning af køleplade, designtrin og fremstillingsmetoder.

Betjening af køleplade

Fourierloven om varmeoverførsler, som siger, at varme altid strømmer fra en høj temperatur til et lavtemperaturmedium, danner grundlaget for, hvordan en køleplade fungerer.Mens enheder producerer varme, som er varmere end den omgivende luft eller væske, overfører de denne varme ved ledning, konvektion eller lejlighedsvis stråling til en køligere kontakt.

Lad os se på flow-diagrammet nedenfor for et klart billede af kølepladens funktion;

Flowdiagram for bearbejdning af køleplade

·   Passive køleplader

Passive køleplader overfører naturligt den absorberede varme til den omgivende luft uden kraftkonvektion, såsom en ventilator eller vandcirkulation omkring dem.Disse er sædvanligvis store i formen og indeholder et finne-array udsat for det ydre miljø.

·   Aktiv køleplade

Den aktive køleplade består af den ekstra blæser eller blæser og væske, der er sat op til at fjerne varmen ud over den naturlige tilgang.Denne ekstra opsætning øger varmeafledningsprocessen ved den tvungne konvektionsproces.For eksempel, når ventilatoren kører, øger den lufthastigheden og overfører hurtigt varme fra kølepladen til de omgivende omgivelser.

Beregning af termisk modstand

Under design af en køleplade beregnes den samlede termiske modstand (R_hs) spiller en afgørende rolle i forståelsen af ​​den potentielle ydeevne og effektivitet, så lad os se, hvordan det kan beregnes;

R_hs= (T_j-T_a/P) – (R_th-jc) – R_I

P= Total afgivet varme

T_I= Enhedens maksimale overgangstemperatur ved 0C.

R_th-jc= Termisk modstand fra forbindelse til hus

T_a= Omgivende lufttemperatur ved⁰C.

R_I= Modstand af grænseflademateriale

R_jeg= (t/L x B x K_I)

t = tykkelsen af ​​grænsefladematerialet

K_I= Termisk ledningsevne af grænseflademateriale

L = Længde af varmekilde

W =Bredde af varmekilde

Design af kølelegemet

Der er flere trin i design.Lad os se kort på hver af dem.

1.          Valg af materiale

Termisk ledningsevne er en af ​​de væsentlige egenskaber ved et køleplademateriale, fordi det giver mulighed for hurtig transmission af varme fra en opvarmet enhedskomponent til vasken og miljøet.

De to primære materialer, der bruges til at fremstille køleplader, er kobber- og aluminiumlegeringer.Dette skyldes, at de har fremragende mekaniske kvaliteter som styrke, korrosionsbestandighed, holdbarhed og høj varmeledningsevne.Men selvom det er ret dyrt, kan diamant (2.000 W/m/k) være det ideelle materiale til køleplader i højtydende og præcisions elektroniske enheder.

Ud over de elektroniske dele producerer lithium-ion-batterier varmeafledning er nødvendig.I en sådan situation er kobber eller aluminium muligvis ikke de optimale materialer til kølepladen.

Bilindustriens løsning til varmestyring er et kulfibermateriale med mere fabelagtig ledningsevne.

2.          Finnearrangement og luftstrøm

En anden faktor, der påvirker kølepladens ydeevne, er kølemediet, som i væsentlig grad påvirker varmeafledningshastigheden.Derfor, når du bygger en køleplade, er form, størrelse og finnearrangement vigtige aspekter at overveje.Brug af den parametriske optimeringsteknik er den bedste mulighed for at finde de ideelle parameterværdier, der matcher de angivne begrænsninger og opnår designmål.

• Forbedre mellemrummet mellem finnerne for at forbedre luftstrømmen og reducere den termiske modstand.

• Fordi et større overfladeareal øger lednings- og konvektionsvarmeoverførslen, hvilket hjælper med varmeafgivelsen, bør du overveje at øge tykkelsen og højden.

• Opret et mindre termisk grænselag, og luftstrømsretningen blev designet i en ideel vinkel med kølepladen for at øge finneeffektiviteten.

• Efter at have forberedt finnedesignet med CAD, kan du simulere varmeoverførselsscenariet for at optimere dets effektivitet.

3.          Fastgørelse af køleplade

Den måde, hvorpå vasken er forbundet med enhedens varmelegeme, påvirker også, hvor godt den fungerer.Vælg den bedste tilslutningsmetode, der maksimerer varmetransmissionshastigheden fra afstandsstykkerne, flade fjederklemmer, epoxy og termobånd.

4.          Termisk grænseflade

Fejl og overfladeruhed af køleplade spiller en rolle i at øge den termiske modstand på grund af et fald i det termiske kontaktareal og grænsefladetrykket.For at overvinde dette problem er termiske grænsefladematerialer det bedste valg.Brug af flydende polymerer, voks, aluminium, grafit og tape på overfladen af ​​kølepladen og varmeelementet på enheder sænker den termiske modstand.

5.          Simulering

Simulering af designet er vigtig for at se kølepladens ydeevne virtuelt.Computersimulering giver ideen til forbedringen og bekræfter designet, uanset om det passer til de påkrævede applikationer eller ej.

Fremstillingsproces for køleplade

Efter termisk simulering af kølepladernes design, er det nu vendt til produktion.Lad os se de forskellige fremstillingsprocesser i detaljer;

1.          CNC-bearbejdning

Køleplade lavet med CNC-bearbejdning

CNC-bearbejdninger den bedste tilgang til fremstilling af køleplader til komplekse former.Denne tilgang giver en masse fleksibilitet til designerne.En hel blok af metal bruges til at skabe vasken, hvor de nødvendige finner skæres med CNC-maskinerne og bukkes fra bunden af ​​blokken.Det er dog en tidskrævende og høj omkostningsmetode.

2.          Ekstrudering

En af de mest almindelige processer til fremstilling af køleplader erekstrudering, som involverer at presse varme emner af duktilt materiale ind i højstyrkestålmatrice for at skabe pladefinner.De bruges til de fleste køleapplikationer, der involverer køleplader i aluminium.Selvfølgelig er aluminium det mest udbredte materiale til produktion af køleplader.

Køleplade lavet med ekstrudering 

Det er en billig og ligetil procedure.Kølepladerne kan bruges i en række forskellige driftsmiljøer.Men på grund af den maksimale ekstruderingsbreddebegrænsning kan den ikke bruges med køleplader, der har brede finner.

3.          Casting

Køleplade lavet med støbning

I denstøbningaf køleplade,aluminium, kobber eller zink er de almindelige materialer.I denne proces smeltes barrerne af udvalgte materialer først og sprøjtes ind i kølelegemets dyse med et vist tryk.Efter at det indsprøjtede flydende materiale er størknet i formen, frigives det, og yderligere minimal bearbejdning udføres for at eliminere enhver overfladeufuldkommenhed.Det er bedst at opnå komplekse former med en høj grad af nøjagtighed.

4.          Koldsmedning

Køleplade lavet med koldsmedning

Det er en anden højpræcisionsfremstillingsmetode for køleplader, der er egnet til aluminium og dets legeringer.Selvom det også er anvendeligt til kobber og bronze.Kold smedning udnytter ekstremt tryk og deformerer metalformen ved stuetemperatur for at skabe runde og elliptiske stifter til kølepladen.Derudover bruges den til at producere finner med høj densitet, som vil forbedre varmeoverførslen under højhastighedsluftstrømsforhold.

5.          3D print

3D printet køleplade

Udviklingen af ​​3D-print som en metode til fremstilling af køleplader er et resultat af teknologiske fremskridt.Pulverbed-fusion og rettet energiaflejringsteknologi er de to mest populære metoder til udskrivning af køleplader.

6.          Stempling

Køleplade lavet med koldstempling 

Detstemplingmetode bruges, hvor det er nødvendigt at konstruere varmerørene inde i finnerne.Derefter fremstilles finnerne ved at trykke på metalstrimlerne.I tilfælde, hvor højhastighedsstemplingsteknologi anvendes, er den særlig effektiv til massefremstilling.Ikke desto mindre er prisen høj.

Konklusion

Køleplader er essentielle i mekaniske, elektriske og elektroniske enheder.I denne artikel har jeg overblik over den detaljerede designproces og fremstilling med fokus på elektroniske enheder.Designet af køleplader har stor indflydelse på varmeafledningshastigheden, så hvert designtrin er afgørende at følge for at optimere ydeevnen.Desuden hjælper termisk simulering efter design med at forstå det praktiske arbejdsscenarie og forbedre designet.

Her hos ProleanHub har vi designere med mere end ti års erfaring og avancerede produktionsenheder.Vi leverer førsteklasses design og fremstilling af køleplader.Derudover simulerer vores mekaniske ingeniører designet for at forbedre funktionaliteten og ydeevnen.Endelig overvåger vores kvalitetskontrolafdeling hvert fremstillingstrin, så du ikke behøver at gå på kompromis med vores servicekvalitet, hvis du har brug for fremstilling af køleplade, barekontakt os.

FAQ'er

Hvordan kan jeg forbedre effektiviteten af ​​kølepladerne?

Effektiviteten kan øges på flere måder, herunder mindskelse af varmemodstanden, optimering af finnestørrelse, form og arrangement og forbedring af finnegrænsefladen.

Hvad er det bedste materiale til køleplader?

De bedste materialer til køleplader er kobber og aluminiumslegeringer.Igen afhænger varmeoverførselshastigheden dog af kølepladens design.

Hvordan fungerer kølepladen?

Køleplader er lavet af materialer med høj varmeledningsevne som kobber og aluminium med finner.Det bliver knyttet til de opvarmede komponenter og absorberer varmen.Derefter spredes absorberet varme i de omgivende omgivelser gennem ledning, konvektion eller stråling.

Hvad er designtrinene for køleplader?

Her er trinene;

1. Valg af materiale
2. fastgørelse af form, størrelse og placering af finner
3. Fastgørelse af vedhæftning (køleplade og enhedskomponent)
4. Termisk grænseflade af finner
5. Termisk simulering af CAD-design

Hvad er de almindelige fremstillingsmetoder for kølepladen?

CNC-bearbejdning, støbning, smedning, stempling og 3D-print er almindelige tilgange.