Výrobní proces chladičů obráběných CNC

Chladič je součástka pro tepelnou regulaci určená k odvádění tepla z elektronických zařízení do okolního prostředí. V chladičích pro elektroniku se teplo přenáší vedením ze zdroje tepla (například procesoru nebo napájecího modulu) do základny chladiče a poté se rozptyluje přes žebra chladiče konvekcí a sáláním.

Pochopení toho, co je chladič, jak chladiče fungují a jak se vyrábějí, je nezbytné při výběru řešení, jako jsou hliníkové chladiče, měděné chladiče, kapalinou chlazené chladiče nebo zakázkové chladiče pro průmyslové a elektronické aplikace.

Mezi všemi výrobními metodami nabízejí CNC obráběné chladiče nejvyšší konstrukční svobodu a přesnost, což je činí ideálními pro složité, vysoce výkonné a nízkoobjemové aplikace, kde extrudované chladiče nebo jejich extruze nemohou splnit konstrukční požadavky.

1. fáze řízení surovin

1.1 příprava kovových polotovarů

material selection
high tepelná vodivost metals and composites are selected according to tepelný and mechanical requirements:

• hliníkové slitiny: AA6061-T6 / AA6063-T5 / AA651

• slitiny mědi: c1100 / c1020

• kompozitní materiály: alsic, cuw

Tyto materiály se běžně používají v hliníkových chladičích, měděných chladičích a špičkových průmyslových chladičích.

certifikace a ověřování materiálů

• ověření certifikátů materiálů

• analýza spektrálního složení

• příklad (aa6061): si 0,4–0,8 %, mg 0,8–1,2 %

testování fyzikálních vlastností

• tepelná vodivost:

• hliník ≥ 180 w/m·K

• měď ≥ 380 w/m·k

• tvrdost:

• 6061-t6: hb 95–100

• 6063-t5: hb 75–85

• pevnost v tahu:

• 6061-t6 ≥ 290 mpa

• 6063-t5 ≥ 175 MPa

předúprava sochorů

• uvolnění pnutí (pokud je požadováno): 300 °C × 2 hodiny, chlazení pece

• kontrola rovinnosti povrchu: ≤ 0,1 mm / 100 mm

• rozměrová tolerance: ±0,5 mm (d × š × v)

1.2 příprava pomocných materiálů

• řezné nástroje:

• karbidové nástroje (kvalita K)

• diamantové nástroje z PCD

• potažené nástroje (cín / tian)

• chladicí systémy:

• chladicí kapalina rozpustná ve vodě (5–8 %)

• Chladicí kapalina na bázi oleje pro vysoce přesné CNC obrábění chladičů

• materiály upevňovacích prvků:

• hliníkové svítidla

• hydraulické rozpínací přípravky

• vakuové upínací systémy

2. fáze návrhu procesu a programování vaček

2.1 vývoj strategie obrábění

plánování trasy procesu

• hrubé obrábění: vysokorychlostní frézování (80–90% úběr materiálu)

• polodokončování: obrábění kontur s přídavkem 0,1–0,2 mm

• dokončovací práce: přesné obrábění na konečné rozměry

optimalizace dráhy nástroje

• obrábění kontur: krok přes 0,5–2,0 mm

• paralelní dráhy nástroje: 30–70 % průměru nástroje

• spirálové dráhy nástroje: snížený dopad na vstup nástroje

strategie kontroly deformace

• symetrické obrábění

• vrstvené řezání (≤ 0,5 mm na vrstvu při konečné úpravě)

• přerušované obrábění pro minimalizaci akumulace tepla

2.2 programování vaček

Zpracování 3D modelu

• oprava a zjednodušení modelu

• nastavení přídavku na obrábění:

• hrubování: 0,3–0,5 mm

• povrchová úprava: 0–0,05 mm

• segmentace oblasti obrábění na základě prvků

generování dráhy nástroje

• hrubování:

• hloubka řezu: 2–5 mm

• rychlost posuvu: 800–1500 mm/min

• dokončení:

• hloubka řezu: 0,1–0,3 mm

• posuv: 2000–4000 mm/min

• čištění rohů pomocí nástrojů s malým průměrem

následné zpracování a simulace

• generování NC kódu pro specifické CNC systémy

• ověření kolize a jízdy

• odhad doby obrábění (±10 %)

3. fáze přípravy obrábění

3.1 nastavení cnc stroje

výběr stroje

• 3osá vertikální obráběcí centra: normaní CNC obráběné chladiče

• 4osé / 5osé cnc: složité zakřivené plochy

• vysokorychlostní obráběcí centra: vřeteno ≥ 12 000 ot/min pro tenké žebra

ověření přesnosti stroje

• přesnost polohování: ±0,003 mm

• opakovatelnost: ±0,001 mm

• radiální házení vřetena: ≤ 0,003 mm

3.2 návrh systému upínacích přípravků

• vícebodové polohovací přípravky (princip 6 bodů)

• flexibilní upínací systémy

• vakuové upínací přípravky pro tenkostěnné chladicí žebra

regulace upínací síly

• hydraulické upínání: 0,5–1,0 mpa

• pneumatické upínání: 0,4–0,6 mpa

• mechanické upínání: řízený krouticí moment s přesností na ±0,1 nm

4. fáze cnc obrábění

4.1 hrubé obrábění

• zarovnání obrobku pomocí vyhledávačů hran (±0,01 mm)

• souřadnicové systémy: g54–g59

• obrábění primární referenční plochy (rovnost ≤ 0,02 mm)

parametry hrubého řezu

• otáčky vřetena: 8000–12 000 ot/min

• posuv: 1500–3000 mm/min

• hloubka řezu: 2–5 mm

• přesah: 60–70 % průměru nástroje

monitorování procesů

• monitorování řezné síly

• sledování opotřebení nástrojů

• teplota řezání ≤ 80 °C

4.2 polotovary

• rovnoměrný přídavek materiálu: 0,1–0,2 mm

• předběžné obrábění otvorů a drážek

průběžná kontrola

• sondování na stroji

• kompenzace odsazení nástroje

• předběžná kontrola drsnosti povrchu

4.3 dokončování (kritický proces)

obrábění žeber chladiče

• obrábění tenkých žeber pomocí stopkových fréz φ1–φ3 mm

• otáčky vřetena: 18 000–24 000 ot/min

• posuv: 300–800 mm/min

• vysokotlaké vnitřní chlazení (≥70 barů)

antivibrační opatření

• kontrola přesahu nástroje (l/d ≤ 4)

• strategie variabilního podávání

• spirálová interpolace

obrábění montážní plochy

• čelní frézování (frézy φ40–φ80 mm)

• drsnost povrchu: ra ≤ 0,8 μm

• rovinnost: ≤ 0,03 mm / 100 mm

obrábění otvorů

• vrtání karbidovými vrtáky

• vystružování s tolerancí h7

• tváření závitů pro vysoce pevné závity

speciální struktury

• T-drážky a profilované drážky

• 5osé obrábění zakřivených ploch

• obrábění mikrostruktur (nástroje φ0,1–φ0,5 mm)

4.4 pokročilé technologie obrábění

• vysokorychlostní obrábění:

• otáčky vřetena: 20 000–40 000 ot/min

• posuv: 5000–15 000 mm/min

• mikrofrézování:

• přesnost: ±0,002 mm

• drsnost povrchu: ra ≤ 0,1 μm

• ultrazvukové obrábění:

• frekvence: 20–40 kHz

• amplituda: 5–20 μm

5. kontrola kvality během procesu

5.1 online inspekce

• dotykové sondy pro ustavování a kontrolu rozměrů

• automatická kompenzace nástroje

• laserové skenování povrchových profilů

• kamerové systémy pro detekci vad

5.2 monitorování procesních parametrů

• senzory řezné síly

• analýza frekvence vibrací

• sledování teploty nástroje a obrobku

6. kontrolní body kritické pro kvalitu (ctq)

7. procesní kapacita a dodací lhůta

total lead time: 18–31 working days
capacity:

• 3osý cnc: 10–30 ks/den

• 5osý cnc: 5–20 ks/den

• mikroobrábění: 1–5 ks/den

8. charakteristiky a výhody procesu

technické výhody

• extrémně vysoká designová svoboda

• přesnost na úrovni mikronů

• vhodné pro zakázková řešení chladičů

• ideální pro chladič CPU, ventilátor chladiče CPU, ventilátor chladiče, chladič s ventilátorem a kapalinou chlazené chladiče

omezení procesu

• nízké využití materiálu (30–60 %)

• vysoké náklady na obrábění

• není vhodné pro hromadnou výrobu

doporučené aplikace

• prototypy a validace

• malosériové, vysoce hodnotné produkty

• chladiče se složitou geometrií

• vysoce výkonné průmyslové chladiče

nedoporučuje se pro:

• velkoobjemové normaizované produkty

• aplikace citlivé na náklady

• jednoduché konstrukce extrudovaného chladiče

Tento proces výroby chladičů obráběných CNC je optimalizován pro vysoce přesnou, složitou a nízkoobjemovou výrobu chladičů. Kombinací optimalizovaných strategií obrábění, přísné kontroly procesu a pokročilých kontrolních metod mohou výrobci chladičů dosáhnout vynikajícího tepelného výkonu, rozměrové přesnosti a dlouhodobé spolehlivosti. Proces lze flexibilně upravit tak, aby vyvážil výkon a náklady podle specifických požadavků aplikace.