CNC-gefreesd productieproces van koelplaten

Een koelblok is een component voor thermisch beheer dat is ontworpen om warmte van elektronische apparaten af te voeren naar de omgeving. Bij koelblokken voor elektronica wordt warmte overgedragen door geleiding van de warmtebron (zoals een CPU of voedingsmodule) naar de basis van het koelblok, waarna de warmte via de koelribben wordt afgevoerd door convectie en straling.

Inzicht in wat een koelplaat is, hoe koelplaten werken en hoe koelplaten worden gemaakt, is essentieel bij het kiezen van oplossingen zoals aluminium koelplaten, koperen koelplaten, vloeistofgekoelde koelplaten of op maat gemaakte koelplaten voor industriële en elektronische toepassingen.

Van alle productiemethodeen bieden CNC-gefreesde koelplaten de grootste ontwerpvrijheid en precisie, waardoor ze ideaal zijn voor complexe, hoogwaardige toepassingen met een lage productievolume, waar geëxtrudeerde koelplaten of extrusie van koelplaten niet aan de ontwerpvereisten voldoen.

1. Fase van grondstoffenbeheer

1.1 Voorbereiding van de metalen staaf

material selection
high thermische geleidbaarheid metals and composites are selected according to thermische and mechanical requirements:

• aluminiumlegeringen: aa6061-t6 / aa6063-t5 / t651

• koperlegeringen: c1100 / c1020

• composietmaterialen: alsic, cuw

Deze materialen worden veelvuldig gebruikt in aluminium koelplaten, koperen koelplaten en hoogwaardige industriële koeloplossingen.

materiaalcertificering en -verificatie

• verificatie van materiaalcertificaten

• spectrale samenstellingsanalyse

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

testen van fysieke eigenschappen

• thermische geleidbaarheid:

• aluminium ≥ 180 w/m·k

• koper ≥ 380 w/m·k

• hardheid:

• 6061-t6: hb 95–100

• 6063-t5: hb 75–85

• treksterkte:

• 6061-t6 ≥ 290 mpa

• 6063-t5 ≥ 175 MPa

voorbehandeling van de knuppel

• Spanningsontlasting (indien nodig): 300 °C × 2 uur, afkoeling in de oven

• Oppervlaktevlakheidscontrole: ≤ 0,1 mm / 100 mm

• Maattolerantie: ±0,5 mm (l × b × h)

1.2 Voorbereiding van hulpstoffen

• snijgereedschap:

• hardmetalen gereedschap (K-kwaliteit)

• PCD diamantgereedschap

• gecoat gereedschap (tin / tialn)

• koelsystemen:

• wateroplosbare koelvloeistof (5–8%)

• Koelvloeistof op oliebasis voor uiterst nauwkeurige CNC-bewerking van koelplaten

• bevestigingsmaterialen:

• aluminium armaturen

• hydraulische expansiearmaturen

• vacuümklemsystemen

2. Procesontwerp en CAM-programmering

2.1 Ontwikkeling van een bewerkingsstrategie

procesrouteplanning

• Voorbewerking: frezen op hoge snelheid (80-90% materiaalafvoer)

• semi-afwerking: contourfrezen met een tolerantie van 0,1–0,2 mm.

• Afwerking: precisiebewerking tot de uiteindelijke afmetingen.

optimalisatie van gereedschapspaden

• Contourbewerking: stapgrootte 0,5–2,0 mm

• parallelle gereedschapspaden: 30–70% gereedschapsdiameter

• spiraalvormige gereedschapspaden: verminderde impact van het gereedschap bij het inbrengen.

strategieën voor het beheersen van vervorming

• symmetrische bewerking

• gelaagd snijden (≤ 0,5 mm per laag tijdens de afwerking)

• Intermitterende bewerking om warmteophoping te minimaliseren

2.2 nokkenasprogrammering

3D-modelverwerking

• reparatie en vereenvoudiging van het model

• Instelling van de bewerkingsmarge:

• Voorbewerken: 0,3–0,5 mm

• afwerking: 0–0,05 mm

• segmentatie van bewerkingsgebieden op basis van kenmerken

gereedschapspadgeneratie

• ruw werk:

• Snijdiepte: 2–5 mm

• Voedingssnelheid: 800–1500 mm/min

• afwerking:

• Snijdiepte: 0,1–0,3 mm

• Voedingssnelheid: 2000–4000 mm/min

• hoekreiniging met gereedschap met een kleine diameter

nabewerking en simulatie

• NC-codegeneratie voor specifieke CNC-systemen

• botsings- en reisverificatie

• Schatting van de bewerkingstijd (±10%)

3. Voorbereidingsfase voor de bewerking

3.1 Instellen van de CNC-machine

machine selectie

• 3-assige verticale bewerkingscentra: standaard CNC-gefreesde koelplaten

• 4-assige / 5-assige CNC: complexe gebogen oppervlakken

• hogesnelheidsbewerkingscentra: spindel ≥ 12.000 tpm voor dunne vinnen

verificatie van de nauwkeurigheid van de machine

• Positioneringsnauwkeurigheid: ±0,003 mm

• Herhaalbaarheid: ±0,001 mm

• Radiale slingering van de spindel: ≤ 0,003 mm

3.2 Ontwerp van het armatuursysteem

• meerpunts positioneringsarmaturen (6-punts principe)

• flexibele bevestigingssystemen

• vacuümhouders voor dunwandige koelribben

klemkrachtregeling

• Hydraulische klemming: 0,5–1,0 MPa

• pneumatische klemming: 0,4–0,6 MPa

• Mechanische klemming: koppel geregeld tot ±0,1 nm.

4. CNC-bewerkingsfase

4.1 Ruwe bewerking

• Werkstukuitlijning met behulp van kantzoekers (±0,01 mm)

• coördinatensystemen: g54–g59

• Primaire referentievlakbewerking (vlakheid ≤ 0,02 mm)

parameters voor ruw snijden

• Spindelsnelheid: 8000–12.000 tpm

• Voedingssnelheid: 1500–3000 mm/min

• Snijdiepte: 2–5 mm

• staphoogte: 60–70% gereedschapsdiameter

procesbewaking

• monitoring van de snijkracht

• Het bijhouden van gereedschapslijtage

• snijtemperatuur ≤ 80°C

4.2 semi-afwerking

• Gelijkmatige materiaaltoeslag: 0,1–0,2 mm

• Voorbewerking van gaten en sleuven

procescontrole

• on-machine probing

• gereedschapsoffsetcompensatie

• voorlopige inspectie van de oppervlakteruwheid

4.3 Afwerking (kritisch proces)

bewerking van koelribben

• Bewerking van dunne vinnen met behulp van freesjes met een diameter van 1–3 mm.

• Spindelsnelheid: 18.000–24.000 tpm

• Voedingssnelheid: 300–800 mm/min

• hogedruk interne koelvloeistof (≥70 bar)

anti-vibratiemaatregelen

• Controle van gereedschapsoverhang (l/d ≤ 4)

• variabele voerstrategie

• spiraalvormige interpolatie

montageoppervlakbewerking

• vlakfrezen (frezen met een diameter van 40–80 mm)

• oppervlakteruwheid: ra ≤ 0,8 μm

• vlakheid: ≤ 0,03 mm / 100 mm

gatenbewerking

• boren met hardmetalen boren

• ruimen tot h7 tolerantie

• draadvorming voor zeer sterke draden

speciale structuren

• T-sleuven en geprofileerde groeven

• 5-assige bewerking van gebogen oppervlakken

• microstructuurbewerking (gereedschappen van φ0,1–φ0,5 mm)

4.4 geavanceerde bewerkingstechnologieën

• hogesnelheidsbewerking:

• Spindelsnelheid: 20.000–40.000 tpm

• Voedingssnelheid: 5000–15.000 mm/min

• microfrezen:

• Nauwkeurigheid: ±0,002 mm

• oppervlakteruwheid: ra ≤ 0,1 μm

• ultrasoon-ondersteunde bewerking:

• frequentie: 20–40 kHz

• amplitude: 5–20 μm

5. Kwaliteitscontrole tijdens het proces

5.1 online inspectie

• tastsondes voor uitlijning en dimensionaale inspectie

• automatische gereedschapscompensatie

• laserscanning voor oppervlakteprofielen

• Vision-systemen voor defectdetectie

5.2 Procesparameterbewaking

• snijkrachtsensoren

• trillingsfrequentieanalyse

• Temperatuurbewaking van gereedschap en werkstuk

6. kritische kwaliteitscontrolepunten (ctq-controlepunten)

7. procescapaciteit en doorlooptijd

total lead time: 18–31 working days
capacity:

• 3-assige CNC-machine: 10-30 stuks per dag

• 5-assige CNC-machine: 5-20 stuks per dag

• Microbewerking: 1-5 stuks per dag

8. Proceskenmerken en voordelen

technische voordelen

• extreem hoge ontwerpvrijheid

• precisie op micronniveau

• geschikt voor op maat gemaakte koeloplossingen

• Ideaal voor CPU-koelers, CPU-koelerventilatoren, koelerventilatoren, koelers met ventilator en vloeistofgekoelde koelers.

procesbeperkingen

• lage materiaalbenutting (30–60%)

• hoge bewerkingskosten

• niet geschikt voor massaproductie

aanbevolen toepassingen

• prototypes en validatie

• kleine series hoogwaardige producten

• warmteafvoeren met complexe geometrie

• hoogwaardige industriële koelplaten

Niet aanbevolen voor:

• gestandaardiseerde producten met een hoog volume

• kostengevoelige toepassingen

• eenvoudige geëxtrudeerde koelprofielontwerpen

Dit CNC-bewerkingsproces voor de productie van koelplaten is geoptimaliseerd voor de productie van zeer nauwkeurige, complexe koelplaten in kleine volumes. Door geoptimaliseerde bewerkingsstrategieën, strikte procescontrole en geavanceerde inspectiemethodeen te combineren, kunnen fabrikanten van koelplaten superieure thermische prestaties, dimensionaale nauwkeurigheid en betrouwbaarheid op lange termijn bereiken. Het proces kan flexibel worden aangepast om prestaties en kosten in balans te brengen, afhankelijk van de specifieke toepassingsvereisten.