новости

Определение строганого радиатора и руководство по оптимальному применению для инженеров

Скошенный радиатор — это компонент терморегулирования, изготавливаемый путем срезания тонких слоев материала, как правило, меди или алюминия, с цельной заготовки для формирования непрерывных ребер. Этот процесс создает монолитную конструкцию без швов и стыков между основанием и ребрами, обеспечивая теплопроводность, которая обычно на 15–30 процентов выше, чем у клееных или наборных реберных сборок. Вам следует использовать скошенный радиатор, когда ваша конструкция требует максимального рассеивания тепла на единицу объема, требует работы при температуре выше 200 градусов Цельсия или сталкивается с условиями сильной вибрации, где отслоение ребер недопустимо.

Процесс скоса и характеристики материалов

Процесс скоса начинается с цельной заготовки из алюминия 6063-T5 или меди C11000. Прецизионный режущий инструмент снимает непрерывную ленту металла вверх, формируя ребро, оставляя основание нетронутым. Каждый проход увеличивает высоту ребра на 0,2–0,5 миллиметра, а инструмент перемещается в боковом направлении с подачей 0,5–2,0 миллиметра на оборот. Эта механическая деформация упрочняет материал ребра, повышая его предел текучести на 10–15 процентов по сравнению с исходной заготовкой.

Критические размерные ограничения скоса зависят от пластичности материала. Для алюминия 6063-T5 максимальная высота ребра составляет 75 миллиметров при минимальной толщине ребра 0,8 миллиметра. Медь C11000 позволяет получать ребра высотой до 50 миллиметров, но требует минимальной толщины 1,0 миллиметр из-за более высокого напряжения течения. Шаг ребер варьируется от 1,5 до 4,0 миллиметров, что дает плотность ребер от 250 до 667 ребер на метр. Коэффициент формы, определяемый как отношение высоты ребра к его толщине, обычно составляет от 30:1 до 60:1 для алюминия и от 25:1 до 40:1 для меди.

Сравнение тепловых характеристик с другими типами радиаторов

Монолитная конструкция скошенных радиаторов исключает тепловое контактное сопротивление в местах соединения ребер с основанием. Типичная клееная реберная сборка имеет контактное сопротивление от 0,5 до 2,0 градусов Цельсия на ватт на квадратный сантиметр, тогда как скошенные изделия показывают нулевое сопротивление в местах соединения. Это преимущество становится критическим, когда общий тепловой бюджет составляет менее 10 градусов Цельсия выше температуры окружающей среды.

Скошенные радиаторы также превосходны в приложениях с высокой плотностью теплового потока благодаря способности поддерживать эффективность ребер выше 85 процентов. Эффективность ребра — это отношение фактической теплопередачи к теоретическому максимуму, если бы все ребро находилось при температуре основания. При скорости воздушного потока 3 метра в секунду скошенный алюминиевый радиатор с шагом ребер 2,0 миллиметра и высотой ребра 40 миллиметров достигает теплового сопротивления 0,18 градуса Цельсия на ватт. Сопоставимый наборный реберный блок с теми же внешними размерами достигает 0,24 градуса Цельсия на ватт, что означает потерю производительности на 33 процента.

Непрерывная зернистая структура скошенных ребер обеспечивает превосходную усталостную прочность. Испытания на вибрацию по стандарту MIL-STD-810G, метод 514.6, при 20 G RMS в течение 2 часов на каждую ось показывают отсутствие зарождения трещин в ребрах скошенных медных изделий, тогда как в паяных реберных сборках наблюдается распространение микротрещин в месте паяного шва после 45 минут испытаний.

Анализ стоимости и сроков поставки

Скос — это субтрактивный процесс, при котором 5–8 процентов исходного материала уходит в стружку, по сравнению с 30–40 процентами при механической обработке ребер из цельной заготовки. Однако специализированный станок для скоса имеет более медленное время цикла, чем штамповка или экструзия. Типичный скошенный радиатор размером 200 на 200 на 60 миллиметров требует 8–12 минут машинного времени, тогда как эквивалентный экструдированный профиль требует 1 минуту времени пресса плюс дополнительные операции по резке ребер.

Затраты на оснастку для скоса умеренные. Специализированный держатель инструмента и механизм подачи для скоса стоят от 800 до 1500 долларов США, тогда как экструзионная матрица стоит от 3000 до 6000 долларов США. Для объемов производства менее 2000 единиц в год скос экономически выгоднее, поскольку более низкие затраты на оснастку компенсируют более высокое время механической обработки на единицу продукции. При объемах более 10 000 единиц в год экструдированные или штампованные радиаторы обычно становятся дешевле, если только требования к тепловым характеристикам не вынуждают использовать скос.

Срок поставки индивидуального скошенного радиатора составляет 3–5 рабочих дней для инженерных образцов и 2–3 недели для производственных партий до 1000 штук. Это выгодно отличается от литых под давлением радиаторов, требующих 6–8 недель на изготовление оснастки, и от механически обработанных радиаторов из цельных заготовок — 4–6 недель.

Когда выбирать скошенные радиаторы вместо альтернатив

Конструкторские соображения по оптимизации скошенного радиатора

Толщина ребра должна быть сбалансирована с учетом падения давления воздушного потока. При шаге ребер 2,0 миллиметра и высоте ребра 50 миллиметров падение давления на радиаторе длиной 150 миллиметров составляет 120 паскалей при скорости набегающего потока 3 метра в секунду. Уменьшение шага до 1,5 миллиметра увеличивает падение давления до 210 паскалей, улучшая тепловое сопротивление лишь на 8 процентов. Для естественной конвекции используйте шаг ребер более 3,0 миллиметров, чтобы избежать интерференции пограничного слоя.

Направление скоса должно совпадать с основным направлением воздушного потока. Ребра непрерывны по длине прохода скоса, поэтому ориентация радиатора с ребрами, параллельными воздушному потоку, минимизирует препятствование потоку. Для импинджментного охлаждения, когда воздух ударяет по торцам ребер вертикально, выбирайте медь из-за ее более высокой теплопроводности — 385 ватт на метр на кельвин против 201 ватта на метр на кельвин у алюминия при 20 градусах Цельсия.

Толщина базовой пластины обычно составляет 5–12 миллиметров для конструкционной жесткости. Алюминиевое основание толщиной 10 миллиметров обеспечивает эквивалентную жесткость на изгиб медному основанию толщиной 7 миллиметров, но медь распространяет тепло в боковом направлении в 1,9 раза быстрее. Используйте медь, когда площадь пятна нагрева составляет менее 30 процентов площади основания. Используйте алюминий, когда вес критичен, поскольку плотность меди составляет 8960 килограммов на кубический метр против 2700 у алюминия.

Производственные допуски и контроль качества

Скошенные радиаторы достигают более жестких допусков, чем экструдированные детали. Плоскостность поверхности основания выдерживается в пределах 0,05 миллиметра на 200 миллиметров длины. Отклонение высоты торцов ребер составляет плюс-минус 0,2 миллиметра по всей ширине. Шероховатость поверхности основания составляет 0,8 микрона Ra после скоса, что позволяет устанавливать радиатор непосредственно без притирки при использовании термоинтерфейсного материала.

Процесс скоса оставляет остаточные напряжения в ребрах, которые могут вызвать незначительное искривление, если радиатор подвергается асимметричной механической обработке после скоса. Всегда указывайте, что операции после скоса, такие как сквозные отверстия или цековки, должны выполняться с использованием приспособления, поддерживающего массив ребер. Размерный контроль по стандарту ASME Y14.5-2018 включает проверку шага ребер координатно-измерительной машиной в трех местах по длине радиатора с допуском плюс-минус 0,1 миллиметра.

Практические рекомендации для инженеров

Выбирайте скошенные радиаторы, когда ваш тепловой расчет показывает температуру перехода, превышающую 85 градусов Цельсия, с обычными радиаторами при максимальной температуре окружающей среды 55 градусов Цельсия. Для светодиодных осветительных модулей с плотностью теплового потока 50 ватт на квадратный сантиметр скошенный медный радиатор с шагом ребер 1,5 миллиметра и принудительным воздушным потоком 3 метра в секунду поддерживает температуру перехода на 12 градусов Цельсия ниже, чем эквивалентная экструдированная алюминиевая конструкция.

Указывайте алюминиевые скошенные радиаторы для наружного телекоммуникационного оборудования, где ограничение по весу составляет 2 килограмма на единицу. Указывайте медные скошенные радиаторы для IGBT-модулей в тяговых инверторах железнодорожного транспорта, где радиатор должен выдерживать 500 000 тепловых циклов от минус 40 до 125 градусов Цельсия без отслоения ребер. Для аэрокосмических применений запрашивайте 100-процентный рентгеновский контроль перехода от ребра к основанию для проверки непрерывности материала.

При интеграции радиатора с тепловой трубой убедитесь, что скошенное основание достаточно толстое для размещения канавки под тепловую трубу диаметром 6 миллиметров без уменьшения толщины основания ниже 5 миллиметров. Используйте термопасту с теплопроводностью не менее 5 ватт на метр на кельвин и толщиной клеевого шва 25 микрометров для оптимальных характеристик интерфейса.

Часто задаваемые вопросы о скошенных радиаторах

Можно ли анодировать или покрывать гальваническим способом скошенные радиаторы? Да, алюминиевые скошенные радиаторы можно подвергать твердому анодированию толщиной 25–50 микрометров, что повышает коэффициент излучения поверхности с 0,1 до 0,8 и улучшает коррозионную стойкость. Медные скошенные радиаторы можно покрывать никелем толщиной 5–10 микрометров методом химического никелирования для паяемости и стойкости к окислению.

Каков максимальный практический размер скошенного радиатора? Самый большой скошенный радиатор, произведенный в BQUQ, имеет размеры 600 на 400 на 80 миллиметров и весит 4,2 килограмма в алюминии. Более крупные размеры требуют нескольких проходов скоса со швом между секциями, что снижает тепловые характеристики на 5–10 процентов в месте шва.

Подходят ли скошенные радиаторы для жидкостного охлаждения? Да, медные скошенные радиаторы с паяной крышкой образуют холодную пластину с внутренними микроканалами. Торцы ребер обрабатываются до плоского состояния, и крышка припаивается при температуре 650 градусов Цельсия. Такая конструкция выдерживает давление теплоносителя до 10 бар и тепловые потоки до 500 ватт на квадратный сантиметр.

Как ухудшаются характеристики скошенного радиатора на большой высоте? На высоте 10 000 метров плотность воздуха падает до 38 процентов от уровня моря. Коэффициент теплопередачи снижается пропорционально, поэтому скошенный радиатор, работающий на уровне моря с сопротивлением 0,18 градуса Цельсия на ватт, ухудшится до 0,47 градуса Цельсия на ватт на высоте. Увеличьте шаг ребер на 30 процентов для конструкций большой высоты, чтобы уменьшить потери давления и поддерживать воздушный поток.

Заключение и инженерное резюме

Скошенные радиаторы обеспечивают превосходные тепловые характеристики благодаря монолитной конструкции ребер, достигая значений теплового сопротивления на 20–40 процентов ниже, чем у клееных или экструдированных альтернатив. Процесс поддерживает коэффициенты формы ребер до 60:1 и рабочие температуры до 400 градусов Цельсия для меди, что делает его единственным жизнеспособным выбором для применений с высокой плотностью теплового потока и высокими требованиями к надежности. Анализ стоимости показывает, что скошенные радиаторы экономичны для объемов производства менее 2000 единиц в год и для любых объемов, где тепловой бюджет составляет менее 10 градусов Цельсия превышения.

Когда ваша конструкция требует максимального рассеивания тепла в ограниченном объеме, работы при температуре выше 200 градусов Цельсия или выживания при вибрационных профилях MIL-STD-810G, указывайте скошенный радиатор. Для объемов производства более 10 000 единиц с умеренными тепловыми требованиями экструдированные радиаторы остаются экономически эффективными. Всегда предоставляйте вашему производственному партнеру результаты теплового моделирования, доступность воздушного потока и максимально допустимую температуру перехода для оптимальной оптимизации ребер.

В BQUQ у нас 20 лет опыта производства скошенных радиаторов для силовой электроники, светодиодного освещения и телекоммуникаций. Наша инженерная команда предоставляет расчет стоимости в течение 12 часов на индивидуальные конструкции. Отправьте вашу CAD-модель и тепловые требования на sc@bquq.com или свяжитесь с нами через WhatsApp по номеру +86 13713157787. Посетите www.bquq.com, чтобы загрузить наше руководство по проектированию скошенных радиаторов и шаблоны теплового моделирования.

Похожие Статьи

• Радиаторы для аккумуляторных блоков: предотвращение теплового разгона
• Как прикрепить радиатор без винтов: руководство по термоклею
• Терморегулирование для ярких светодиодов с радиаторами