أكبر محركين للتكلفة في تصنيع ألواح التبريد السائل هما متطلبات التوصيل الحراري والطلب السنوي، والتي عادة ما تكون قليلة أو معدومة من قبل المهندسين الحراريين ومهندسي التصنيع. ومع ذلك، يمكنك تقليل التكاليف من خلال فهم كيفية تأثير الخشونة والتسطيح والصلابة وتشكل السطح وخصائص التثبيت ومواصفات توصيل السائل على تكلفة الألواح الباردة السائلة.
معظم ألواح تبريد الماء مصنوعة من الألومنيوم، لكن بعض التقنيات الجديدة تستخدم النحاس. على الرغم من أن النحاس يتمتع بموصلية حرارية أفضل، إلا أن الألومنيوم يستخدم بشكل متكرر لأنه عادة ما يكون أرخص وأخف وزنًا وأسهل في الاستخدام.معالجة النحاس صعبة للغاية ومكلفة.
إن أكثر تقنيات الألواح الباردة المصنوعة من الألومنيوم شيوعًا حاليًا هي الأنابيب المضمنة والنحاس الفراغي.
عادةً ما تكون اللوحة الباردة للأنبوب المضمن عبارة عن أنبوب من النحاس أو الفولاذ المقاوم للصدأ يتم ضغطه في أخدود من الألومنيوم. تتمتع بمزايا تكلفة ممتازة وتوفر حلول تبريد ممتازة للأجهزة ذات كثافة الطاقة المتوسطة والمنخفضة.
تشير لوحة التبريد بالنحاس الفراغي إلى لوحة معدنية مصنوعة عن طريق معالجة قطعتين بقنوات داخلية وهياكل زعانف، ومن ثم إغلاقها بعناية في غرفة مفرغة للتسخين. يتم صهر معدن الحشو ذو نقطة الانصهار المنخفضة في مفصل اللوحة الباردة من خلال العمل الشعري في ظل ظروف العملية المقابلة، ويتم توصيل اللوحتين مع القنوات الداخلية وهياكل الزعانف لتشكيل قناة تدفق داخلية.
بعد العوامل المذكورة أعلاه، فإن أكبر العوامل الدافعة للتكلفة لألواح الألمنيوم الباردة هي وقت المعالجة وخطوات المعالجة الإضافية. عادةً ما يتحمل مصنعو الألواح الباردة تكاليف تتعلق بوقت المعالجة، بما في ذلك تكاليف استهلاك الآلات وإمدادات الطاقة والمواد الاستهلاكية والصيانة. لذلك، كلما تم وضع اللوحة الباردة في معدات التصنيع لفترة أطول، كلما ارتفعت التكلفة. ستستمر كل خطوة معالجة إضافية في رفع التكاليف.
(1) الأجزاء المبثوقة والمسبوكات
من أجل تقليل وقت المعالجة وخفض التكاليف، فمن الأفضل استخدام البثق والصب قدر الإمكان. يتم إنشاء البثق عن طريق دفع المعدن من خلال قالب لإنشاء جسم بمقطع عرضي ثابت. القالب المستخدم للبثق الجديد غير مكلف نسبيًا، ويقتصر حجم البثق على حوالي 9 بوصات (22.86 سم) عرضًا. يجب أن يكون سمك جدار البثق ثابتًا نسبيًا، ويجب أن تكون أي قناة أو ميزة مستقيمة. يمكن للمصنعين أيضًا الجمع بين البثق والتصنيع لتقليل التكاليف.
يمكن قذف ميزات معينة، ومن ثم يمكن معالجة ميزات أكثر تعقيدًا. سيساعد هذا في تقليل تكاليف البثق، بشرط أن تأخذ في الاعتبار خصائص البثق عند تصميم الورقة.
خيار آخر هو الجمع بين الصب والتصنيع الآلي لتصنيع الألواح الباردة. على سبيل المثال، إذا لم تكن عملية الصب سلسة بدرجة كافية، فستكون هناك حاجة إلى عملية ثانية لتحقيق مواصفات التسطيح المطلوبة للوحة الباردة.
عادةً ما يكون الحد الأدنى لكمية الشراء للبثق أو الصب مرتفعًا جدًا، لذلك تحتاج إلى تطبيقها بشكل صحيح لتبرير استخدام هذه العمليات. يمكن لكل من البثق والصب توفير قدر كبير من التكلفة.
(2) خشونة السطح
قد تؤدي خشونة السطح (النعومة) إلى زيادة التكاليف بشكل كبير، ولكن لها تأثير ضئيل على الأداء. وخلافًا لآراء البعض، فإن الخشونة لها تأثير بسيط نسبيًا على الأداء الحراري لألواح التبريد.
في معظم التطبيقات، يكون الاتصال السطحي بين لوحة تبريد السائل والمكون أقل من 10% أو تتجاوز فجوة الهواء 90%. لن يؤدي السطح الأكثر سلاسة إلا إلى تقليل النسبة المئوية لفجوة الهواء بشكل طفيف. تبلغ النهاية السطحية للوحة الباردة النموذجية المشكَّلة آليًا 32-64 μ بوصة (81-163 μ cm)، وهو ما يكفي لمعظم التطبيقات. يمكن أن يؤدي استخدام مركز تصنيع قياسي إلى تقليل الخشونة إلى 16 μ بوصة (41 μ سم)، ولكن هذا يتطلب تركيبًا أكثر قوة لتقليل أي ثرثرة محتملة وبطء سرعة رأس المعالجة ومعدل التغذية. إن تقليل السرعة ومعدل التغذية يعني أن المعالجة الآلية مركز الوقت أطول، وبالتالي زيادة التكاليف.
تستخدم معظم التطبيقات مواد الواجهة الحرارية (TIM) بين المكونات أو لوحات الدوائر ولوحة التبريد السائلة للمساعدة في تقليل الفجوات. يجب أن يكون TIM نحيفًا قدر الإمكان، حيث أن مقاومته الحرارية العالية نسبيًا تحجب بشكل كبير أي تحسن في التوصيلية مع سطح أكثر سلاسة. يمكن أن تساعد زيادة قوة التثبيت للمكونات أو الألواح الموجودة على الألواح الباردة أيضًا في تعويض الخشونة العالية، ولكنها قد تزيد الضغط على الألواح أو المكونات. عندما يتم تسخين اللوحة الباردة والمكونات أو لوحة الدائرة الكهربائية، يمكن أن يؤدي ضغط التثبيت أيضًا إلى زيادة تأثير عدم تطابق معامل التمدد الحراري.
(3) نعومة السطح
بالمقارنة مع خشونة السطح، فإن نعومة السطح لها تأثير أكبر على الأداء الحراري للألواح الباردة، كما لو أن اللوحة الباردة ليست ناعمة، سيتم تقليل منطقة التلامس بشكل كبير. مواصفات التسطيح القياسية هي {{0}}.001 بوصة في البوصة (0.003 سنتيمترًا في السنتيمتر). لذلك، ضمن نطاق بوصة واحدة من نقطة القياس، لن تكون أدنى نقطة في اللوحة الباردة أقل بمقدار 0.001 بوصة (0.003 سم) من أعلى نقطة. إذا كان المطلوب أن يكون التسطيح أفضل من 0.001 بوصة لكل بوصة (0.003 سم لكل سنتيمتر)، فإن إحدى الطرق الفعالة من حيث التكلفة هي تحديد التسطيح المحلي بدلاً من التسطيح الضيق للوحة بأكملها.
(4) صلابة
تكون الألواح الباردة المصبوبة أو المبثوقة أو النحاسية المفرغة ناعمة جدًا بعد المعالجة، وعادة ما تكون بصلابة T{{0}} فقط. يجب تقوية الألواح الباردة لأن الألمنيوم الناعم يصعب معالجته والتعامل معه. لزيادة الصلابة من T0 إلى T4، من الضروري إجراء المعالجة الحرارية على اللوحة الباردة. تتضمن عملية المعالجة الحرارية تسخين اللوحة الباردة إلى 1000 درجة فهرنهايت (538 درجة مئوية)، مما يسمح لها بالبقاء عند درجة الحرارة هذه لمدة ساعة تقريبًا لكل بوصة من سمك اللوحة الباردة، ثم تعريضها لصدمة حرارية عن طريق تبريدها بسرعة. إحدى طرق تبريد اللوحة الباردة هي إسقاطها مباشرة من الفرن ووضعها في حمام مائي. لجلب الصفيحة الباردة من T4 إلى T6، يجب إجراء التعتيق الاصطناعي على الصفيحة الباردة. يتم تحقيق ذلك عن طريق وضع اللوحة الباردة عند 300 درجة فهرنهايت-400 درجة فهرنهايت (149 درجة مئوية-204 درجة مئوية) لمدة 8-16 ساعة. يوفر T6 صفائح باردة شديدة الصلابة ذات قوة شد عالية، وهو مطلب نموذجي للتطبيقات العسكرية والفضائية. ومع ذلك، بالنسبة لمعظم التطبيقات، يكون T4 صعبًا بالفعل بما فيه الكفاية، كما أن تحديد T6 لن يؤدي إلا إلى زيادة التكاليف غير الضرورية.
(5) ميزات التثبيت/الثقوب
هناك عامل آخر يزيد من تكلفة تصنيع الألواح الباردة وهو زيادة الثقوب. قد يؤدي الثقب إلى زيادة تكلفة اللوحة الباردة بما يصل إلى 3 دولارات. أحد الأسباب الرئيسية لزيادة تكلفة الحفر هو عدم القدرة على حفر ثقوب في مسار السوائل. لذلك، بالنسبة للألواح الباردة الأنبوبية، من الضروري ثني الأنابيب لاستيعاب الثقوب، وكل ثني سيزيد من التكلفة. بالنسبة للألواح الباردة الملحومة بالفراغ، يجب إنشاء جزيرة في مسار السائل، وهو ما يعني أيضًا إجراء عملية التفريغ الكهربائي (EDM) على الزعانف الداخلية. سيؤدي هذا إلى زيادة وقت المعالجة بشكل كبير، وبالتالي زيادة التكاليف.
كما أن التفاوتات الصارمة في موضع الثقوب وتباعدها يمكن أن تؤدي أيضًا إلى ارتفاع التكاليف. مواصفات التسامح المعقولة هي ± {{0}}.005 بوصة (± 0.013 سنتيمتر). كما هو الحال مع التسطيح، فإن تحديد التفاوتات المحلية قدر الإمكان سيؤدي إلى تقليل التكاليف. بالنسبة للصفائح الباردة الكبيرة ذات الثقوب المتباعدة نسبيًا عن بعضها البعض، يصبح الحفاظ على التفاوتات أكثر صعوبة. أحد الأسباب هو أن تسامح أداة الآلة يزداد مع امتداد مسافة حركة الرأس. سبب آخر هو أنه قد يكون هناك تدرج حراري يصل إلى 18 درجة فهرنهايت (10 درجة مئوية) في ورشة التصنيع، مما قد يتسبب في تمدد اللوحة الباردة أو انكماشها حتى 0.005 بوصة (± 0.013 سم). من خلال الثقوب هي الأسهل لتحديد التفاوتات الأكثر صرامة لأن إنشائها يتم من خلال عملية أداة واحدة، بينما من غير المرجح أن تحتوي الثقوب الملولبة على تفاوتات لأن صنعها يتطلب أداتين. يعتبر الزيت الحلزوني هو الأكثر صعوبة في التحمل لأن العملية تتطلب ثقبًا، كما أن الزيت الحلزوني نفسه له تفاوتات. تضاف جميع التفاوتات لتجعل التصنيع أكثر صعوبة وتكلفة. يمكن أن يساعد تجنب ثقوب التنصت الصغيرة أيضًا في تقليل التكاليف. يصبح من الصعب النقر بأحجام الثقوب التي تبلغ 4-40 أو أصغر حيث قد ينكسر الصنبور أثناء الحفر. لتقليل هذه المشكلة قدر الإمكان، يجب أن تكون سرعة تشغيل الجهاز أبطأ بكثير. تتمثل إحدى طرق معالجة متطلبات التسامح الصارمة للوحات التبريد في زيادة حجم فتحات التثبيت على المكونات أو لوحات الدوائر.
(6) اتصال السائل
بالنسبة للتوصيلات السائلة، عادةً ما يكون للمنافذ الأنثوية ذات الحلقة الدائرية الملولبة المستقيمة أفضل تأثير. بالإضافة إلى نظام اللحام، فهو يوفر أيضًا أفضل ختم بأقل تكلفة. لا يمكن أن توفر وصلات خطوط الأنابيب (مثل وصلات NPT) الدقة المطلوبة لمكونات مثل الألواح الباردة. في الألواح الباردة الملحومة بالفراغ، يجب تجنب استخدام التركيبات الملولبة الخارجية، مثل الأشواك أو التركيبات الخرزية، لأنها تتطلب عمليات أخرى (مثل اللحام) لتوصيل التركيبات. بالإضافة إلى ذلك، الملحقات الموجودة خارج اللوحة الباردة تحتاج إلى الحماية أثناء النقل، مما قد يزيد من تكاليف التعبئة والتغليف. يجب عدم استخدام قطع الاتصال السريع إلا عند الضرورة، حيث يمكن أن تصل تكلفتها لكل زوج إلى 75 دولارًا أمريكيًا0. يجب فصل لوحات التبريد أو الأجهزة الإلكترونية التي تتطلب استبدالًا متكررًا بسرعة. بالنسبة للألواح الباردة المملوءة بالفعل بسائل التبريد، فهي ضرورية أيضًا. بالنسبة للاتصالات السائلة، هناك عامل آخر يجب مراعاته وهو تحمل المنفذ. عادةً ما يتمتع خط الأنابيب الوارد بدرجة معينة من المرونة. يتراوح التسامح المعقول بين ± 0.030 بوصة (0.076 سم) و± 0.060 بوصة (0.152 سم).
الوسم : العوامل المؤثرة على تكلفة اللوحة الباردة السائلة، الصين، الموردين، الشركات المصنعة، المصنع، تخصيص، عينة مجانية، صنع في الصين, صفيحة باردة سائلة, لوحات تبريد سائل مكنسة فراغ, تفريغ التبريد السائل
