Des de la talla de precisió CNC fins a la fosa a pressió de deu-mil-tones, aquests processos són la veritable pedra angular del rendiment de la dissipació de calor.
Us heu preguntat mai per què alguns dissipadors de calor es venen per desenes de iuans mentre que altres costen milers, tot i que estan fets del mateix metall? A més del disseny, el procés de fabricació que hi ha darrere és clau. Avui, desvetllarem el misteri de la fabricació de dissipadors de calor.
Quan la temperatura de la CPU de l'ordinador augmenta o el telèfon s'escalfa, el dissipador de calor funciona en silenci. Però potser no sabeu que el seu procés de fabricació integra moltes-tecnologies d'avantguarda de la indústria moderna.
Comprendre aquests no només us convertirà en un entusiasta del maquinari més coneixedor, sinó que també us donarà una visió del món precís de la fabricació avançada.
01 Del digital al físic: la precisió del CNC
El primer pas en la fabricació moderna de dissipadors de calor sovint comença amb un blanc sòlid de metall. Com es transforma en la forma complexa que es mostra als dibuixos de disseny? Aquí és on entra el mecanitzat CNC.
En realitat, el principi és força intuïtiu: el dissenyador crea un model 3D a l'ordinador i el programari el converteix en una sèrie d'instruccions llegibles per màquina-. A continuació, la màquina-eina talla, perfora i talla amb precisió el metall segons aquestes instruccions.
El mecanitzat CNC no és una tecnologia única, sinó una plataforma. Les aplicacions més habituals són el fresat CNC (l'eina gira, la peça roman estacionària) i el tornejat CNC (la peça gira, l'eina es mou).
Per a superfícies corbes més complexes, es requereix un mecanitzat de diversos eixos-el més bàsic, només capaç de mecanitzar la part superior i els costats; El mecanitzat de 4 eixos afegeix capacitats de rotació, permetent la manipulació dels contorns laterals; El mecanitzat de 5 eixos es pot mecanitzar simultàniament des de múltiples angles, completant la fabricació de peces extremadament complexes com ara impulsors en una sola operació.
Durant els concursos d'enginyeria a la universitat, vaig passar innombrables hores al centre de formació, operant personalment torns i fresadores per mecanitzar peces. La sensació d'assoliment de convertir dibuixos de disseny en objectes físics segueix sent inoblidable.
El mecanitzat CNC ofereix una precisió extremadament alta, fins al nivell del micròmetre, i una excel·lent repetibilitat. Per tant, s'utilitza sovint per crear prototips de dissipadors de calor o per al fresat final de bases-forjades i forjades per garantir una superfície de contacte perfectament plana amb el xip.
Per descomptat, també té inconvenients: és una forma de "fabricació subtractiva", que consisteix a tallar una quantitat important de material, generant residus. Tanmateix, per a components estructurals d'alta-precisió, lots petits-o complexos, el mecanitzat CNC segueix sent insubstituïble.
Imatges d'efectes de vídeo de màquina-eina CNC d'una planta de metall que mecanitza peces d'acer - Qianku.com
02 Extrusió d'alumini: la columna vertebral de la producció en massa
Les aletes de la gran majoria dels-dissipadors de calor refrigerats per aire del mercat es produeixen mitjançant un procés d'extrusió d'alumini-altament eficient i econòmic.
Imagineu-vos prement la pasta de dents: la pasta suavitzada té la forma d'una tira llarga a través de l'obertura del tub. El principi de l'extrusió d'alumini és similar, només amb força més gran.
Primer, la vareta d'alumini s'escalfa a 400-500 graus (suavitzant-la però mantenint-la sòlida), després s'utilitzen milers de tones de força hidràulica per forçar-la a través d'un forat de matriu d'una forma específica.
Això produeix un perfil continu amb una-secció transversal coherent amb la matriu, que després es talla segons sigui necessari. El processament posterior pot incloure el fresat CNC de la superfície inferior, la perforació i el roscat.
L'extrusió d'alumini és de baix cost-i altament eficient, la qual cosa la fa especialment adequada per a la producció estandarditzada a gran-escala. La majoria de les aletes del dissipador de calor refrigerats per aire de la CPU-normals i diversos dissipadors de calor de perfil d'alumini que veieu provenen d'aquest procés.
Tanmateix, té limitacions: la relació d'alçada-a-espessor de l'aleta és limitada, cosa que dificulta la producció d'aletes excepcionalment primes i altes, cosa que en certa mesura restringeix la millora de la seva densitat de dissipació de calor.
Procés d'extrusió de perfils d'alumini i principi de funcionament - Zhihu
03 Forja i fosa a pressió: l'art del modelat d'una-peça
Quan la forma del dissipador de calor es torna complexa, ja no només les aletes llargues, calen altres processos. La fosa a pressió i la forja són dues tècniques d'emmotllament d'una-peça habituals.
La fosa a pressió implica fondre completament l'aliatge d'alumini en estat líquid, després injectar-lo en un motlle d'acer de precisió a alta velocitat i pressió i refredar-lo ràpidament per formar la forma. Pot produir peces amb estructures complexes i una forta integritat d'una-peça, com ara la carcassa exterior de molts dissipadors de calor de targetes gràfiques.
Tanmateix, quan el metall líquid es refreda ràpidament, es poden formar fàcilment porus minúsculs o porositat de contracció a l'interior, cosa que pot afectar lleugerament la seva conductivitat tèrmica.
La forja és diferent; s'assembla més a la ferreria tradicional, només que més precisa. La palangana d'alumini s'escalfa a una temperatura adequada (encara sòlida), es col·loca en un motlle i després s'impacta o esprem sota una pressió enorme per omplir la cavitat del motlle.
Com que implica una deformació plàstica d'estat sòlid-, els grans de metall es comprimeixen a una densitat més densa i flueixen de manera més eficient. Per tant, les peces forjades solen tenir una estructura més compacta i la seva resistència mecànica i conductivitat tèrmica sovint són superiors a les peces de fosa-a pressió.
Una comparació senzilla: la fosa a pressió és com "abocar en un motlle", adequat per a formes complexes; La forja és com "premer en un motlle", en general ofereix un millor rendiment però una mica menys de versatilitat en la complexitat de la forma.
Radiadors-de fosa - Weifang Huapeng Electronic Radiator Co., Ltd. Radiadors-de fosa a pressió
Radiadors forjats
04 Estampació: una revolució de l'eficiència en làmines fines
Els radiadors requereixen no només una base i aletes, sinó també nombroses peces auxiliars. Aquí és on entra l'estampació.
Es tracta d'un procés de treball en fred-que utilitza una premsa de punxó i motlles per aplicar pressió a les làmines de metall, fent que es separin o deformin per obtenir les peces desitjades. Té dos usos principals en la fabricació de radiadors.
El primer és la fabricació de les mateixes aletes de dissipació de calor. Moltes de les aletes denses dels radiadors refrigerats per aire-de mitjana--alta gamma-alta gamma, amb diversos mecanismes de bloqueig d'aletes i canals de flux d'aire, estan estampades. Això dóna als dissenyadors una major llibertat, cosa difícil d'aconseguir amb l'extrusió d'alumini. El segon és la fabricació de diversos components estructurals. Aquests inclouen suports metàl·lics per assegurar els dissipadors de calor, seients de cargol de molla i clips d'acer per assegurar els ventiladors. Normalment estan estampats d'acer-de major resistència o acer inoxidable.
L'estampació és extremadament eficient; les modernes premses d'estampació d'alta velocitat-poden produir centenars o fins i tot milers de peces idèntiques per minut. Un cop fet el motlle, el cost per peça és molt baix després de l'amortització, el que el fa extremadament adequat per a la producció en massa.
Tanmateix, els motlles en si són cars de dissenyar i fabricar, i només es poden utilitzar per a làmines primes, no per a peces sòlides i pesades. Per tant, només és adequat per a la producció en massa i no per a la creació de prototips.
Què és l'estampació? Aquests GIF animats són molt intuïtius. Entendre els processos d'estampació d'automòbils en un segon. Formació d'Autoform, cursos de formació d'anàlisi d'Autoform, simulació de motlles d'automoció d'Autoform...
05 Pensament en el futur
A mesura que el consum d'energia del xip continua augmentant, els reptes del disseny de dissipació de calor augmenten. Estan sorgint nous materials i solucions com la refrigeració líquida, els dispersors de calor i el grafè. Quins nous requisits imposen als processos de fabricació?
En la fabricació avançada, aquests processos també es fusionen i evolucionen constantment. Per exemple, la impressió 3D (fabricació additiva) està començant a explorar la creació de canals de flux intern ultra-complexos als dissipadors de calor que són difícils d'aconseguir amb els processos tradicionals.
Potser en el futur, els dissipadors de calor que veiem ja no seran conjunts de múltiples peces, sinó unitats funcionals integrals dissenyades meticulosament des de la microestructura fins a la forma macroscòpica, "cresades" o impreses en un sol procés.
Quin procés creus que té el major potencial per trencar el coll d'ampolla actual en l'eficiència de la dissipació de calor? O t'has trobat amb algun disseny especial de dissipació de calor impressionant? No dubteu a compartir les vostres idees a la secció de comentaris.
