От прецизионной резьбы с ЧПУ до литья под давлением десяти-тысяч-тонн — эти процессы являются краеугольным камнем эффективности рассеивания тепла.
Вы когда-нибудь задумывались, почему некоторые радиаторы продаются за десятки юаней, а другие — за тысячи, хотя они сделаны из одного и того же металла? Помимо дизайна, ключевым моментом является производственный процесс, стоящий за ним. Сегодня мы раскроем тайну изготовления радиаторов.
Когда температура процессора вашего компьютера резко возрастает или телефон нагревается, радиатор работает бесшумно. Но вы, возможно, не знаете, что в производственном процессе используется множество передовых-технологий современной промышленности.
Понимание этого не только сделает вас более осведомленным энтузиастом аппаратного обеспечения, но и даст вам возможность заглянуть в мир передового производства.
01 От цифрового к физическому: точность ЧПУ
Первый шаг в современном производстве радиаторов часто начинается с изготовления цельной металлической заготовки. Как он преобразуется в сложную форму, показанную на чертежах? Здесь на помощь приходит обработка на станках с ЧПУ.
На самом деле принцип довольно интуитивен: дизайнер создает 3D-модель на компьютере, а программное обеспечение преобразует ее в серию машиночитаемых инструкций. Затем станок точно режет, сверлит и вырезает металл в соответствии с этими инструкциями.
Обработка на станках с ЧПУ — это не отдельная технология, а платформа. Наиболее распространенными приложениями являются фрезерование с ЧПУ (инструмент вращается, заготовка остается неподвижной) и токарная обработка с ЧПУ (заготовка вращается, инструмент перемещается).
Для более сложных криволинейных поверхностей требуется много-обработка по осям.. 3-Осевая обработка является самой простой и позволяет обрабатывать только верхнюю и боковые поверхности; 4-осевая обработка добавляет возможности вращения, позволяя обрабатывать боковые контуры; 5-осевая обработка позволяет одновременно обрабатывать под разными углами, завершая изготовление чрезвычайно сложных деталей, таких как рабочие колеса, за одну операцию.
Во время инженерных соревнований в университете я проводил бесчисленные часы в учебном центре, лично управляя токарными и фрезерными станками для обработки деталей. Ощущение выполненного долга от превращения дизайнерских чертежей в физические объекты остается незабываемым.
Обработка на станках с ЧПУ обеспечивает чрезвычайно высокую точность вплоть до микрометра и превосходную повторяемость. Поэтому его часто используют для прототипирования радиаторов или для окончательного фрезерования-литых и кованых оснований, чтобы обеспечить идеально ровную поверхность контакта с чипом.
Конечно, у него есть и недостатки: это форма «субтрактивного производства», которое предполагает сокращение значительного количества материала и образование отходов. Однако при обработке высокоточных-прецизионных-серийных или сложных структурных компонентов обработка на станках с ЧПУ остается незаменимой.
Видеоэффекты станка с ЧПУ, кадры металлообрабатывающего завода, обрабатывающего стальные детали - Qianku.com
02 Экструзия алюминия: основа массового производства
Ребра подавляющего большинства представленных на рынке радиаторов с воздушным-охлаждением производятся с использованием высокоэффективного и экономичного процесса-экструзии алюминия.
Представьте себе, что вы выдавливаете зубную пасту: размягченная паста формируется в длинную полоску через отверстие тюбика. Принцип экструзии алюминия аналогичен, только с гораздо большей силой.
Сначала алюминиевый стержень нагревается до 400-500 градусов (его размягчают, но сохраняют твердость), затем используются тысячи тонн гидравлической силы, чтобы протолкнуть его через отверстие матрицы определенной формы.
В результате получается непрерывный профиль с поперечным-сечением, соответствующим матрице, который затем обрезается по мере необходимости. Последующая обработка может включать фрезерование нижней поверхности на станке с ЧПУ, сверление и нарезание резьбы.
Экструзия алюминия отличается низкой-затратами и высокой эффективностью, что делает ее особенно подходящей для крупномасштабного-стандартизированного производства. Большинство обычных ребер радиатора процессора с воздушным-охлаждением и различные радиаторы из алюминиевого профиля, которые вы видите, созданы в результате этого процесса.
Однако у него есть ограничения: соотношение высоты-к-толщине ребра ограничено, что затрудняет изготовление исключительно тонких и высоких ребер, что в некоторой степени ограничивает улучшение плотности рассеивания тепла.
Процесс экструзии алюминиевого профиля и принцип работы - Zhihu
03 Литье под давлением и ковка: искусство литья единых деталей-
Когда форма радиатора становится сложной и перестает быть просто длинными полосковыми ребрами, необходимы другие процессы. Литье под давлением и ковка — два распространённых метода-литья цельных изделий.
Литье под давлением включает в себя полное плавление алюминиевого сплава до жидкого состояния, затем впрыскивание его в прецизионную стальную форму при высокой скорости и давлении и быстрое охлаждение для формирования формы. Он позволяет изготавливать детали сложной структуры и с высокой-целостностью, например внешнюю оболочку многих радиаторов видеокарт.
Однако когда жидкий металл быстро охлаждается, внутри могут легко образоваться крошечные поры или усадочная пористость, что может незначительно повлиять на его теплопроводность.
Ковка отличается; это больше похоже на традиционное кузнечное дело, только более точное. Алюминиевую заготовку нагревают до подходящей температуры (еще твердой), помещают в форму, а затем подвергают удару или сжимают под огромным давлением, чтобы заполнить полость формы.
Поскольку при этом используется пластическая деформация-в твердом состоянии, металлические зерна сжимаются до более плотной плотности и текут более эффективно. Поэтому кованые детали обычно имеют более компактную структуру, а их механическая прочность и теплопроводность часто превосходят-литые детали.
Простое сравнение: литье под давлением похоже на «заливку в форму», подходящее для изготовления сложных форм; ковка подобна «прессованию в форме», обычно обеспечивающая лучшую производительность, но немного меньшую универсальность в плане сложности формы.
Литые-радиаторы - Weifang Huapeng Electronic Radiator Co., Ltd. Литые-радиаторы
Кованые радиаторы
04 Штамповка: революция в эффективности обработки тонких листов
Радиаторы требуют не только основания и ребер, но и многочисленных вспомогательных деталей. Здесь на помощь приходит штамповка.
Это процесс холодной-обработки, при котором используются штамповочный пресс и формы для приложения давления к металлическим листам, заставляя их отделяться или деформироваться для получения нужных деталей. Он имеет два основных применения в производстве радиаторов.
Первый — это изготовление самих ребер теплоотвода. Многие из плотных ребер на радиаторах среднего---высокого-воздушного-охлаждения с различными механизмами фиксации ребер и каналами воздушного потока отштампованы. Это дает дизайнерам большую свободу, чего трудно достичь с помощью экструзии алюминия. Второе – изготовление различных конструктивных элементов. К ним относятся металлические кронштейны для крепления радиаторов, пружинные седла и стальные зажимы для крепления вентиляторов. Обычно они штампуются из более -стали или нержавеющей стали.
Штамповка чрезвычайно эффективна; современные высокоскоростные-штамповочные прессы могут производить сотни и даже тысячи одинаковых деталей в минуту. После изготовления формы стоимость детали после амортизации становится очень низкой, что делает ее чрезвычайно подходящей для массового производства.
Однако сами формы дороги в проектировании и производстве, и их можно использовать только для тонких листов, а не для твердых и тяжелых деталей. Поэтому он подходит только для массового производства, а не для прототипирования.
Что такое штамповка? Эти анимированные GIF-файлы очень интуитивно понятны. Разберитесь в процессах автомобильной штамповки за секунду. Обучение Autoform, учебные курсы по анализу Autoform, моделирование автомобильных пресс-форм Autoform...
05 Мышление о будущем
Поскольку энергопотребление чипов продолжает расти, проблемы проектирования рассеивания тепла возрастают. Появляются новые материалы и решения, такие как жидкостное охлаждение, распределители тепла и графен. Какие новые требования они предъявляют к производственным процессам?
В передовом производстве эти процессы также постоянно сливаются и развиваются. Например, 3D-печать (аддитивное производство) начинает изучать возможность создания сверх-сложных внутренних каналов потока в радиаторах, чего трудно достичь с помощью традиционных процессов.
Возможно, в будущем радиаторы, которые мы видим, перестанут представлять собой сборки из множества частей, а будут представлять собой целостные функциональные блоки, тщательно разработанные от микроструктуры до макроскопической формы, «выращенные» или напечатанные в одном процессе.
Какой процесс, по вашему мнению, имеет наибольший потенциал для преодоления нынешнего узкого места в эффективности рассеивания тепла? Или вы встречали какие-нибудь впечатляющие специальные конструкции рассеивания тепла? Не стесняйтесь поделиться своими мыслями в разделе комментариев.
