فرآیند تولید صفحات سرد مایع اکسترود شده

صفحات سرد مایع اکسترود شده، اجزای مدیریت حرارتی یکپارچه‌ای هستند که از طریق فرآیندهای اکستروژن آلیاژ آلومینیوم تولید می‌شوند. این صفحات سرد مایع از واسطه‌های خنک‌کننده مایع - مانند آب، مخلوط آب-گلیکول یا مایعات فلوئوردار - برای دستیابی به تبادل حرارت کارآمد استفاده می‌کنند.

ویژگی اصلی این فناوری خنک‌کننده مایع صفحه سرد، تشکیل کانال‌های جریان داخلی محصور یا چند حفره‌ای در یک پروفیل آلومینیومی اکسترود شده است. این ساختار مقاومت جریان کم، تحمل فشار بالا، طراحی جمع و جور و هزینه کنترل شده را فراهم می‌کند و آن را به طور گسترده در الکترونیک با چگالی توان بالا، بسته‌های باتری، خنک‌کننده مایع سرور و الکترونیک قدرت مورد استفاده قرار می‌دهد.

درک نحوه عملکرد صفحات سرد مایع بسیار مهم است: گرما از منبع گرما به بدنه صفحه سرد هدایت می‌شود، به کانال‌های جریان مایع داخلی منتقل می‌شود و سپس توسط همرفت اجباری از آن خارج می‌شود. در مقایسه با صفحات سرد لوله‌ای یا صفحات سرد مایع لحیم‌کاری شده، طرح‌های اکسترود شده یکپارچگی ساختاری بالاتری دارند و خطر نشتی کمتری دارند.

مشخصات فنی اصلی

• one-piece extruded flow channels
  seamless internal channels formed during اکستروژن 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 طراحی کانال جریانs
  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
  فشار انفجار: ≥ 3.0 mpa

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

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

سناریوهای کاربردی معمول

• سیستم‌های صفحه خنک‌کننده آبی باتری خودروهای برقی

• صفحات سرد پردازنده/پردازنده گرافیکی سرور برای قطعات الکترونیکی

• سیستم‌های خنک‌کننده لیزر پرقدرت

• خنک کننده صفحه سرد ماژول igbt و پاور

• مدیریت حرارتی سیستم ذخیره انرژی

فرآیند تولید صفحات سرد مایع اکسترود شده

۱. مرحله آماده‌سازی مواد اولیه

انتخاب شمش آلومینیوم → آنالیز ترکیب شیمیایی (طیف‌سنج) → آزمایش خواص مکانیکی (سختی، استحکام کششی) → پیش‌پردازش (برش، ماشینکاری سطح انتهایی) → انبارداری مواد

• گریدهای آلیاژی: 6061-t5 / t6، 6063-t5

• قطر شمش: φ100–φ300 میلی‌متر

• دقت پیش پردازش:

• تحمل طول: ±1 میلی‌متر

• عمود بودن سطح انتهایی: ≤ 0.1 میلی‌متر

۲. مرحله طراحی و ساخت قالب

طراحی کانال جریان (بهینه‌سازی شبیه‌سازی حرارتی cfd) → طراحی قالب اکستروژن (سوراخ‌های دریچه، محفظه جوشکاری، محل قرارگیری یاتاقان) → انتخاب فولاد قالب (فولاد ابزار گرم‌کار h13) → ماشینکاری خشن cnc → عملیات حرارتی (کوینچ + تمپر سه‌گانه) → ماشینکاری دقیق (edm، برش سیمی) → پرداخت (فاصله محل قرارگیری یاتاقان ≤ 0.4 میکرومتر) → اعتبارسنجی اکستروژن آزمایشی

این مرحله مستقیماً هندسه داخلی و عملکرد صفحات سرد مذاب اکسترود شده را تعیین می‌کند و آنها را از ساختارهای صفحات سرد مذاب لحیم‌کاری شده که به اتصال پس از مونتاژ متکی هستند، متمایز می‌کند.

۳. مرحله شکل‌دهی اکستروژن

پیش گرمایش بیلت آلومینیوم (۴۸۰-۵۲۰ درجه سانتیگراد) → پیش گرمایش قالب (۴۵۰-۴۸۰ درجه سانتیگراد) → تنظیم پارامترهای اکستروژن → اکستروژن پروفیل (سرعت ۱-۵ متر بر دقیقه) → کوئنچ آنلاین (خنک کننده در هوا یا مه) → کشش و صاف کردن → برش با طول ثابت → عملیات پیرسازی (شرایط t5 / t6)

فرآیند اکستروژن، کانال‌های جریان داخلی ثابتی را فراهم می‌کند که از عملکرد پایدار خنک‌سازی مایع صفحه پشتیبانی می‌کنند.

4. مرحله ماشینکاری دقیق cnc

ماشینکاری سطح مبنا (ایجاد سیستم مختصات) → ماشینکاری سطح انتهایی (باز کردن کانال جریان) → ماشینکاری سطح مشترک (پورت‌های ورودی/خروجی، سوراخ‌های نصب) → ماشینکاری سطح آب‌بندی (صاف بودن ≤ 0.05 میلی‌متر) → پلیسه‌گیری → بازرسی تمیزی

الزامات ماشینکاری

• شیارهای آب‌بندی سطح انتهایی:

• تلرانس عرض ±0.02 میلی‌متر

• تلرانس عمق ±0.01 میلی‌متر

• سوراخ‌های رزوه‌دار:

• دقت ۷ ساعت

• عمود بودن ≤ 0.05 میلی‌متر

• صافی سطح نصب: ≤ 0.1 میلی‌متر / 100 میلی‌متر

• پاکیزگی:

• ذرات ≤ ۱۰۰ عدد در متر مربع

• باقیمانده روغن ≤ 10 میلی‌گرم بر متر مربع

۵. ماشینکاری و آماده سازی جوشکاری درپوش انتهایی

انتخاب جنس درپوش انتهایی (آلیاژ مشابه یا سازگار) → پرداخت CNC → پرداخت سطح آب‌بندی (ra ≤ 1.6 μm) → ماشینکاری شیار جوشکاری → تمیزکاری (تمیزکاری اولتراسونیک) → موقعیت‌یابی مونتاژ (فیکسچرهای اختصاصی)

پارامترهای طراحی درپوش انتهایی

• ضخامت: ۳ تا ۱۰ میلی‌متر (بر اساس فشار مورد نیاز)

• روش‌های آب‌بندی:

• آب‌بندی شیار اورینگی

• آب بندی مسطح

• آب بندی کامل جوشکاری

• گزینه‌های جوشکاری:

• جوشکاری اصطکاکی اغتشاشی (fsw)

• جوشکاری لیزری

• جوشکاری تیگ

۶. مرحله جوشکاری و آب‌بندی

انتخاب فرآیند جوشکاری → مونتاژ فیکسچر → تنظیم پارامترهای جوشکاری → اجرای خودکار جوشکاری → عملیات حرارتی پس از جوشکاری (تنش زدایی) → بازرسی ظاهری جوش

مقایسه فرآیند جوشکاری

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

• جوشکاری لیزری:
  small heat-affected zone, high precision, suitable for complex seams

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

۷. آزمایش‌های فشار و آب‌بندی

• آزمایش نشتی هلیوم

• آزمایش فشار هیدرواستاتیک (۱.۵ برابر فشار کاری)

• آزمایش فشار ترکیدگی (فشار کاری ≥ ۳ برابر)

• آزمایش چرخه فشار (۱۰۰۰۰۰ چرخه)

استانداردهای آزمون

• نرخ نشت: ≤ 1×10⁻⁷ میلی بار بر لیتر بر ثانیه (هلیوم)

• نگهداری فشار: ۱.۵ مگاپاسکال × ۵ دقیقه، افت فشار ≤ ۰.۰۱ مگاپاسکال

• فشار انفجار: ≥ 3.0 mpa

• چرخه فشار: 0.2-1.0 مگاپاسکال، 100000 چرخه بدون نشتی

۸. مرحله عملیات سطحی (اختیاری)

پیش تصفیه (چربی زدایی، اسیدشویی) → آنودایزینگ (طبیعی / سیاه) → آب بندی → پوشش های کاربردی → پخت و پخت

گزینه‌های تصفیه سطحی

• آنودایزینگ:

• ضخامت ۱۰ تا ۱۵ میکرومتر

• قدرت دی الکتریک ≥ ۵۰۰ ولت

• آبکاری نیکل بدون برق:

• ضخامت ۱۰ تا ۲۰ میکرومتر

• مقاومت در برابر خوردگی افزایش یافته

• ptfe coating:
  improved chemical resistance

• insulating coatings:
  for electrical isolation requirements

۹. فرآیند تمیز کردن و خشک کردن

شستشوی آب دی‌اکسید با فشار بالا → تمیز کردن اولتراسونیک (مواد شوینده خنثی) → شستشوی جریان مخالف سه مرحله‌ای → خشک کردن با هوای گرم (80-100 درجه سانتیگراد) → خشک کردن با خلاء (کاربردهای با قابلیت اطمینان بالا) → پر کردن با نیتروژن برای جلوگیری از اکسیداسیون

استانداردهای پاکیزگی

• اندازه ذرات: ≤ ۵۰ میکرومتر

• باقیمانده غیر فرار: ≤ 10 میلی‌گرم بر متر مربع

• محتوای یون کلرید: ≤ 1 ppm

• رسانایی: ≤ ۵ میکروزیمنس بر سانتی‌متر

۱۰. مجموعه لوازم جانبی

نصب آب‌بندی (سیلیکون / fkm / EPDM) → مونتاژ اتصالات اتصال سریع → نصب سنسور دما (اختیاری) → نصب سنسور فشار (اختیاری) → برچسب‌گذاری (اطلاعات محصول و جهت جریان)

الزامات لوازم جانبی

• مواد آب‌بندی: EPDM، FKM، سیلیکون (40- تا 150 درجه سانتیگراد)

• استانداردهای کانکتور: din، sae، jis، bspp

• دقت حسگر:

• دما ±0.5 درجه سانتیگراد

• فشار ±1% فمتوثانیه

۱۱. تست عملکرد محصول نهایی

آزمایش مقاومت حرارتی (روش منبع حرارتی استاندارد) → آزمایش مقاومت جریان (منحنی افت جریان در مقابل فشار) → آزمایش یکنواختی جریان (طرح‌های چند کاناله) → آزمایش دوام (چرخه حرارتی و فشار) → بررسی مجدد نشتی نهایی هلیوم (بازرسی ۱۰۰٪)

شاخص‌های عملکرد

• مقاومت حرارتی: 0.01–0.05 °c/w (وابسته به طراحی و جریان)

• مقاومت جریان: ≤ 50 kpa @ 10 l/min (معمولی)

• انحراف یکنواختی جریان: ≤ 10%

• محدوده دمای عملیاتی: -40 درجه سانتیگراد تا 120 درجه سانتیگراد

۱۲. بازرسی نهایی و بسته‌بندی

بازرسی چشمی → نمونه‌برداری ابعادی (cmm) → تهیه مستندات → بسته‌بندی ضد خوردگی (vci) → بسته‌بندی ضد ضربه → برچسب‌گذاری بیرونی کارتن

مشخصات بسته بندی

• حفاظت تک واحدی: کیسه پلی اتیلن + کاغذ VCI

• جهت بسته‌بندی: قرارگیری عمودی

• محتوای برچسب: شناسه محصول، تاریخ تولید، جهت جریان، علامت گذاری شکننده

• شرایط نگهداری: 10- تا 40 درجه سانتیگراد، رطوبت نسبی ≤ 70%

۱۳. مستندسازی و قابلیت ردیابی

گواهی انطباق → گواهی‌های مواد → گزارش‌های تست عملکرد → سوابق فرآیند → برچسب‌های ردیابی (کد QR / بارکد) → دفترچه راهنمای نصب و بهره‌برداری

نقاط کنترل بحرانی برای کیفیت (ctq)

قابلیت فرآیند و ظرفیت تولید

• عرض اکستروژن: 30-300 میلی‌متر

• ارتفاع: ۱۰–۱۰۰ میلی‌متر

• طول: ۵۰۰–۶۰۰۰ میلی‌متر

• حداقل ضخامت دیواره:

• دیواره کانال: ۱.۰ میلی‌متر

• دیواره بیرونی: ۱.۵ میلی‌متر

• زبری سطح:

• سطح اکسترود شده: ra ≤ 3.2 میکرومتر

• سطح ماشینکاری شده: ra ≤ 1.6 میکرومتر

دستورالعمل‌های طراحی و بهترین شیوه‌ها

طراحی کانال جریان

• قطر هیدرولیکی: ۴–۸ میلی‌متر

• نسبت ابعاد: ≤ 10:1

• شعاع خمش: ≥ ۱.۵× عرض کانال

• طراحی ورودی/خروجی دهانه زنگوله‌ای

• باله‌های داخلی اختیاری برای انتقال حرارت بهتر

طراحی سازه

• ضخامت دیواره یکنواخت

• تقویت دنده‌ها در مکان‌های بحرانی

• طرح نصب بدون استرس

• حداکثر انبساط حرارتی

استراتژی انتخاب مواد

• کاربردهای عمومی: 6063-t5

• کاربردهای با کارایی بالا: 6061-t6

• محیط‌های خشن: پوشش‌های اضافی

بهینه‌سازی هزینه

• مقاطع استاندارد شده

• بهبود استفاده از مواد

• کاهش ماشینکاری ثانویه

• صرفه‌جویی به مقیاس در تولید انبوه

صفحات سرد مایع اکسترود شده با ساختار اکسترود شده یک تکه، خطر نشتی کم، قابلیت اطمینان بالا و راندمان هزینه عالی، نقشی غیرقابل جایگزین در کاربردهای خنک‌سازی صفحه سرد با چگالی توان بالا ایفا می‌کنند. با رشد صنایعی مانند وسایل نقلیه الکتریکی، مراکز داده، ارتباطات 5G و انرژی‌های تجدیدپذیر، صفحات سرد سفارشی و راه‌حل‌های صفحه سرد مایع سفارشی به سمت عملکرد بالاتر، وزن سبک‌تر و مدیریت حرارتی هوشمندتر تکامل خواهند یافت - که راه‌حل‌های قوی و مقیاس‌پذیر را برای سیستم‌های خنک‌کننده مایع نسل بعدی ارائه می‌دهند.