Extrudált folyékony hideglemezek gyártási folyamata

Az extrudált folyékony hűtőlemezek integrált hőkezelő alkatrészek, amelyeket alumíniumötvözet extrudálási eljárásokkal gyártanak. Ezek a folyékony hűtőlemezek folyékony hűtőközeget – például vizet, víz-glikol keverékeket vagy fluorozott folyadékokat – használnak a hatékony hőcsere eléréséhez.

Ennek a hideglemezes folyadékhűtési technológiának a fő jellemzője a zárt vagy többüreges belső áramlási csatornák kialakítása egyetlen extrudált alumíniumprofilban. Ez a szerkezet alacsony áramlási ellenállást, nagy nyomástűrést, kompakt kialakítást és szabályozott költségeket biztosít, így széles körben használják nagy teljesítménysűrűségű elektronikában, akkumulátorcsomagokban, szerverfolyadékhűtésben és teljesítményelektronikában.

Kritikus fontosságú megérteni, hogyan működnek a folyékony hűtőlemezek: a hő a hőforrásból a hűtőlemez testébe jut, átkerül a belső folyadékáramlási csatornákba, majd kényszerkonvekcióval elszállítja. A csöves vagy forrasztott folyékony hűtőlemezekhez képest az extrudált kialakítások nagyobb szerkezeti integritást és csökkentett szivárgási kockázatot kínálnak.

alapvető műszaki jellemzők

• one-piece extruded flow channels
  seamless internal channels formed during extrudálás eliminate weld seams and reduce leakage risk compared to brazed or tubed structures.

• high thermal conductivity materials
  typically manufactured from 6061 or 6063 aluminum alloys with thermal conductivity ≥ 180 w/m·k. while copper cold plates offer higher conductivity, aluminum provides a superior balance of weight, cost, and corrosion resistance.

• customizable áramlási csatorna kialakításas
  supports parallel channels, serpentine channels, and multi-cavity configurations, enabling flexible liquid cold plate design.

• high pressure capability
  typical operating pressure: 0.5–1.5 mpa
  repesztési nyomás: ≥ 3,0 MPa

• lightweight structure
  20–40% lighter than cnc-machined or plate liquid cooling solutions.

• excellent felület treatment compatibility
  suitable for anodizing, electroless nickel plating, and functional coatings.

tipikus alkalmazási forgatókönyvek

• elektromos jármű akkumulátorcsomag vízhűtéses lemezrendszerek

• szerver CPU / GPU hűtőlemezek elektronikához

• nagy teljesítményű lézeres hűtőrendszerek

• IGBT és teljesítménymodul hideglemezes hűtése

• energiatároló rendszer hőgazdálkodása

extrudált folyékony hideg lemezek gyártási folyamata

1. nyersanyag-előkészítési szakasz

alumínium tuskó kiválasztása → kémiai összetétel elemzése (spektrométer) → mechanikai tulajdonságok vizsgálata (keménység, szakítószilárdság) → előfeldolgozás (vágás, felületmegmunkálás) → anyagraktározás

• ötvözetminőségek: 6061-t5 / t6, 6063-t5

• tuskó átmérője: φ100–φ300 mm

• Előfeldolgozási pontosság:

• hossztűrés: ±1 mm

• végfelület merőlegessége: ≤ 0,1 mm

2. a szerszámtervezés és -gyártás szakasza

Áramlási csatorna tervezése (CFD termikus szimuláció optimalizálása) → Extrudáló szerszám tervezése (nyílások, hegesztőkamra, csapágyfelület) → Szerszámacél kiválasztása (H13 melegalakító szerszámacél) → CNC nagyoló megmunkálás → Hőkezelés (edzés + háromszoros megeresztés) → Precíziós megmunkálás (szikraforgácsolás, huzalvágás) → Polírozás (csapágyfelület RA ≤ 0,4 μm) → Próbaextrudálás validálása

Ez a szakasz közvetlenül meghatározza az extrudált folyékony hideg lemezek belső geometriáját és teljesítményét, megkülönböztetve őket a forrasztott folyékony hideg lemezszerkezetektől, amelyek az összeszerelés utáni kötésre támaszkodnak.

3. extrudálási formázási szakasz

alumínium tuskó előmelegítése (480–520°C) → szerszám előmelegítése (450–480°C) → extrudálási paraméterek beállítása → profil extrudálás (sebesség 1–5 m/perc) → online edzés (levegős vagy ködhűtéses) → húzás és egyengetés → fix hosszúságú vágás → öregítési kezelés (t5 / t6 állapot)

Az extrudálási folyamat lehetővé teszi a konzisztens belső áramlási csatornákat, amelyek támogatják a stabil lemezfolyadék-hűtési teljesítményt.

4. cnc precíziós megmunkálási szakasz

alapfelület megmunkálása (koordinátarendszer létrehozása) → végfelület megmunkálása (áramlási csatorna nyílása) → illesztési felület megmunkálása (bemeneti/kimeneti nyílások, rögzítőfuratok) → tömítőfelület megmunkálása (síkság ≤ 0,05 mm) → sorjátlanítás → tisztaságvizsgálat

megmunkálási követelmények

• végfelületi tömítőhornyok:

• szélességtűrés ±0,02 mm

• mélységtűrés ±0,01 mm

• menetes furatok:

• pontosság 7 óra

• merőlegesség ≤ 0,05 mm

• szerelőfelület síksága: ≤ 0,1 mm / 100 mm

• tisztaság:

• részecske ≤ 100 db/m²

• olajmaradvány ≤ 10 mg/m²

5. végzáró megmunkálás és hegesztés előkészítése

végzáró anyag kiválasztása (ugyanaz vagy kompatibilis ötvözet) → CNC megmunkálás → tömítőfelület megmunkálása (ra ≤ 1,6 μm) → hegesztési horony megmunkálása → tisztítás (ultrahangos tisztítás) → összeszerelés pozicionálása (dedikált szerelvények)

végzáró sapka tervezési paraméterei

• vastagság: 3–10 mm (a nyomáskövetelményektől függően)

• tömítési módszerek:

• o-gyűrű horonytömítés

• lapos tömítés

• teljes hegesztési tömítés

• hegesztési lehetőségek:

• dörzshegesztés (fsw)

• lézeres hegesztés

• TIG hegesztés

6. hegesztési és tömítési szakasz

hegesztési eljárás kiválasztása → készülék összeszerelése → hegesztési paraméterek beállítása → automatizált hegesztés → hegesztés utáni hőkezelés (feszültségmentesítés) → hegesztési varrat megjelenésének ellenőrzése

hegesztési folyamatok összehasonlítása

• dörzshegesztés (fsw):
  no filler material, high joint strength, ideal for long straight seams

• lézeres hegesztés:
  small heat-affected zone, high precision, suitable for complex seams

• TIG hegesztés:
  cost-effective, flexible, suitable for small-batch custom liquid cold plate production

7. nyomás- és tömítettségi vizsgálatok

• hélium szivárgásvizsgálat

• hidrosztatikai nyomáspróba (1,5× üzemi nyomás)

• repesztőnyomás-próba (≥ 3× üzemi nyomás)

• nyomásciklus-tesztelés (100 000 ciklus)

vizsgálati szabványok

• szivárgási sebesség: ≤ 1×10⁻⁷ mbar·l/s (hélium)

• nyomástartás: 1,5 mpa × 5 perc, nyomásesés ≤ 0,01 mpa

• repesztési nyomás: ≥ 3,0 MPa

• nyomásciklus: 0,2–1,0 MPa, 100 000 ciklus szivárgás nélkül

8. felületkezelési szakasz (opcionális)

előkezelés (zsírtalanítás, pácolás) → eloxálás (natúr / fekete) → tömítés → funkcionális bevonatok → sütés és érlelés

felületkezelési lehetőségek

• eloxálás:

• vastagság 10–15 μm

• dielektromos szilárdság ≥ 500 V

• Elektromos nikkel bevonat:

• vastagság 10–20 μm

• fokozott korrózióállóság

• ptfe coating:
  improved chemical resistance

• insulating coatings:
  for electrical isolation requirements

9. tisztítási és szárítási folyamat

nagynyomású desztillált vízzel történő öblítés → ultrahangos tisztítás (semleges tisztítószerrel) → háromfokozatú ellenáramú öblítés → forró levegős szárítás (80–100°C) → vákuumszárítás (nagy megbízhatóságú alkalmazásokhoz) → nitrogénnel való feltöltés az oxidáció megakadályozása érdekében

tisztasági szabványok

• részecskeméret: ≤ 50 μm

• nem illékony maradék: ≤ 10 mg/m²

• kloridion-tartalom: ≤ 1 ppm

• vezetőképesség: ≤ 5 μs/cm

10. kiegészítő szerelvény

tömítés beszerelése (szilikon / fkm / epdm) → gyorscsatlakozó szerelvények összeszerelése → hőmérséklet-érzékelő beszerelése (opcionális) → nyomásérzékelő beszerelése (opcionális) → feliratozás (termékinformáció és áramlási irány)

tartozékkövetelmények

• tömítőanyagok: epdm, fkm, szilikon (−40°C-tól 150°C-ig)

• csatlakozó szabványok: DIN, SAE, JIS, BSPP

• érzékelő pontossága:

• hőmérséklet ±0,5°C

• nyomás ±1% fs

11. késztermék teljesítményének tesztelése

hőállósági vizsgálat (standard hőforrás módszerrel) → áramlási ellenállás vizsgálata (áramlás vs. nyomásesés görbe) → áramlási egyenletesség vizsgálata (többcsatornás kialakítás) → tartóssági vizsgálat (hő- és nyomásciklus) → végső hélium szivárgás ismételt vizsgálata (100%-os ellenőrzés)

teljesítménymutatók

• hőállóság: 0,01–0,05 °C/W (kialakítástól és áramlástól függően)

• áramlási ellenállás: ≤ 50 kpa @ 10 l/perc (tipikus)

• áramlási egyenletesség eltérése: ≤ 10%

• üzemi hőmérséklet-tartomány: −40°C és 120°C között

12. Végső ellenőrzés és csomagolás

vizuális ellenőrzés → méretezés (cmm) → dokumentáció előkészítése → korróziógátló csomagolás (vci) → ütésálló csomagolás → külső kartoncímkézés

csomagolási specifikációk

• Egyetlen egység védelme: PE zsák + VCI papír

• csomagolási irány: függőleges elhelyezés

• címke tartalma: termékazonosító, gyártási dátum, áramlási irány, törékenységi jelzés

• Tárolási feltételek: −10°C és 40°C között, ≤ 70% relatív páratartalom

13. dokumentáció és nyomonkövethetőség

megfelelőségi tanúsítvány → anyagtanúsítványok → teljesítményvizsgálati jelentések → folyamatnyilvántartások → nyomonkövethetőségi címkék (QR-kód / vonalkód) → telepítési és üzemeltetési kézikönyv

minőség szempontjából kritikus (ctq) ellenőrzési pontok

folyamatképesség és termelési kapacitás

• extrudálási szélesség: 30–300 mm

• magasság: 10–100 mm

• hossz: 500–6000 mm

• minimális falvastagság:

• csatornafal: 1,0 mm

• külső fal: 1,5 mm

• felületi érdesség:

• extrudált felület: ra ≤ 3,2 μm

• megmunkált felület: ra ≤ 1,6 μm

tervezési irányelvek és bevált gyakorlatok

áramlási csatorna kialakítása

• hidraulikus átmérő: 4–8 mm

• képarány: ≤ 10:1

• hajlítási sugár: ≥ 1,5× csatornaszélesség

• harang alakú beömlő/kiömlő kialakítás

• opcionális belső lamellák a fokozott hőátadás érdekében

szerkezeti tervezés

• egyenletes falvastagság

• megerősítő bordák a kritikus helyeken

• stresszmentes szerelési elrendezés

• hőtágulási ráhagyás

anyagkiválasztási stratégia

• általános alkalmazások: 6063-t5

• nagy teljesítményű alkalmazások: 6061-t6

• zord környezetek: további bevonatok

költségoptimalizálás

• szabványosított keresztmetszetek

• jobb anyagfelhasználás

• csökkentett másodlagos megmunkálás

• méretgazdaságosság a tömegtermelésben

Egy darabból álló extrudált szerkezetükkel, alacsony szivárgási kockázatukkal, nagy megbízhatóságukkal és kiváló költséghatékonyságukkal az extrudált folyadékhűtő lemezek pótolhatatlan szerepet játszanak a nagy teljesítménysűrűségű hideglemezes hűtési alkalmazásokban. Ahogy az olyan iparágak, mint az elektromos járművek, az adatközpontok, az 5G kommunikáció és a megújuló energia, folyamatosan növekednek, az egyedi hideglemezek és az egyedi folyékony hűtőlemezes megoldások a nagyobb teljesítmény, a könnyebb súly és az intelligensebb hőkezelés felé fejlődnek, robusztus és skálázható megoldásokat kínálva a következő generációs folyadékhűtő rendszerekhez.