一, Физическото предизвикателство на охлаждането на ултра{0}}тънки компоненти
Ултра{0}}тънката структура води до много къс път на топлопроводимост и стопилката може да бъде напълнена за 0,02 секунди, но преносът на топлина е изправен пред двойна дилема:
Ефект на термичния граничен слой: Термичният граничен слой от 0,01-0,03 mm, образуван между стопилката и повърхността на кухината на формата, представлява повече от 60% от общия пренос на топлина и традиционните методи за охлаждане са трудни за пробиване.
Характеристики на ненютоновата течност: При високи скорости на срязване вискозитетът на стопилката рязко намалява, което води до разлика в скоростта на потока до 300% в тънко-стенната област, което изостря риска от локално прегряване.
Топлинна инерция на материала на матрицата: Коефициентът на термична дифузия на традиционната стомана P20 е само 23 mm²/s, което е трудно да отговори на изискванията за бързо охлаждане на ултра-тънки части от 0,5-1 s.
Казус от матрица за рамка на мобилен телефон показва, че при използване на конвенционален дизайн на охлаждане температурната разлика на матрицата между тънкостенната област (0,3 mm) и дебелата стена (1,2 mm) достига 18 градуса, което води до деформация на продукта над 200%. Това потвърждава, че ултра{6}}тънкото охлаждане трябва да преодолее традиционните парадигми на дизайна.
2, Основни принципи на дизайна
1. Пробив в принципа на еквидистантното охлаждане
Традиционният еквидистантен дизайн (разстояние на водния канал 15-20 mm от кухината) се проваля в ултратънки части и изисква динамичен контрол на изотермата:
Картографиране на топлинния поток: Получете разпределението на топлинния поток в предната част на втвърдяването на стопилката чрез симулация на Moldflow и намалете разстоянието на водния канал до 8-12 мм в зоната с интензивен топлинен поток (като близо до портата).
Дизайн на градиентно охлаждане: Определена 5G филтърна форма използва три-етапно градиентно охлаждане: първият етап на водния канал (Φ 8 mm) е на 8 mm от кухината на матрицата, вторият етап на водния канал (Φ 6 mm) е на 12 mm, а третият етап на водния канал (Φ 4 mm) е на 16 mm, постигайки колебание на температурата на формата по-малко или равно на 1,5 градуса.
2. Турбулентно подобрен топлообмен
Коефициентът на топлопреминаване при ламинарен поток (Re<2300) is only 500-1000W/(m ² · K), while in turbulent flow (Re>4000) може да се увеличи до 3000-5000 W/(m² · K):
Оптимизиране на диаметъра на канала: Използване на канал с малък диаметър 6-8 mm, комбиниран със скорост на потока от 1,5 m/s (число на Рейнолдс ≈ 12000), за постигане на силна турбуленция.
Спирална подсилваща структура: Обработване на 10 mm спирален жлеб със стъпка от 5 mm вътре в сърцевината за генериране на поле на въртящ се поток в охлаждащата вода, увеличавайки ефективността на топлопреноса с 40%.
3. Иновации в технологията за конформно охлаждане
Технологията за 3D печат прави конформните охлаждащи канали реалност:
Дизайн за оптимизиране на топологията: Определена форма на AR леща приема алгоритъм за генеративен дизайн, за да генерира биомиметични водни канали като дърво, което подобрява ефективността на охлаждане с 65% в сравнение с традиционния дизайн.
Микроканално охлаждане: Интегриране на Φ 0,8 mm микроканал вътре в сърцевина с дебелина 0,5 mm, съчетано с помпа с високо-налягане (0,8MPa) за постигане на принудителна конвекция в микромащаб, с равномерност на температурата на формата от ± 0,8 градуса.
3, План за внедряване на ключова структура
1. Система за охлаждане на кухината на матрицата
Комбиниран блоков дизайн: Разделете кухината на множество блокове с дебелина 0,5 mm, всеки независимо конфигуриран с охлаждаща верига. След приемането на това решение времето за охлаждане на калъпа на корпуса на смарт часовник беше намалено от 12 секунди на 7 секунди.
Воден канал за вакуумно запояване: Обработка на Φ 4 mm глух отвор на гърба на кухината на формата, свързване на водопроводни тръби от неръждаема стомана чрез технология за вакуумно запояване, за да се образува плътна охлаждаща мрежа, подходяща за ултра-тънки части под 0,3 mm.
2. Пробив в охлаждането на сърцевината
Охлаждане с фонтан: Поставете Φ 2 mm отвор за пръскане на вода в центъра на сърцевината и охлаждащата вода въздейства върху повърхността на сърцевината със скорост от 15 m/s, образувайки воден филм с дебелина 0,1 mm с коефициент на топлопреминаване 8000 W/(m² · K).
Технология за вграждане на топлинни тръби: Медните водни топлинни тръби са вградени вътре в сърцевината, за да се постигне бързо изравняване на температурата чрез пренос на топлина с фазова промяна. След прилагането на конекторна форма за медицински катетър, температурните колебания на сърцевината намаляха от ± 8 градуса до ± 1,5 градуса.
3. Специална структурна обработка
Иновация за охлаждане на плъзгащ се блок: използването на въртяща се връзка за свързване на водния канал на плъзгащия се блок, комбинирано с 3D отпечатване на конформен воден канал, решава проблема с охлаждането на 0,2 mm структура за теглене на странично ядро.
Подсилване на тънка стена: Микроканал Φ 3 mm е поставен под армировката с дебелина 0,15 mm, за да се предотврати деформация на позицията на армировката чрез импулсно охлаждане с високо-налягане (0,5 s цикъл на-изключване).
4, Ключови точки на управление на процеса
1. Управление на охлаждащата среда
Приложение на нанофлуид: Добавянето на 2% обемна фракция от наночастици Al ₂ O ∝ към вода може да увеличи коефициента на топлопреминаване с 25%, подходящо за ултра-тънки части с размер 0,1 mm.
Контрол на температурния градиент: Приемане на постепенно охлаждаща стратегия: използване на вода с ниска{1}}температура 15 градуса през първите 30% от времето за охлаждане и преминаване към вода с нормална температура 25 градуса през последните 70%, за да се намали остатъчното напрежение.
2. Интелигентна система за наблюдение
Отчитане на влакнеста браг решетка: Инсталирайте температурни сензори на влакнеста браг решетка на повърхността на кухината на формата, за да наблюдавате температурните промени в реално-време на ниво от 0,1 градуса и да осигурите контрол с обратна връзка за потока на охлаждащата вода.
Оптимизация на дигитален близнак: Създайте дигитален близнак на продукт за матрица, предскажете оптималната комбинация от параметри на охлаждане чрез алгоритми за машинно обучение и подобрете степента на добив на матрица за съединител с 18% след прилагане.
5, Анализ на типичен случай
Дизайн на панта за мобилен телефон със сгъваем екран:
Предизвикателство: Части от неръждаема стомана с дебелина 0,2 mm трябва да бъдат охладени в рамките на 0,8 s, като същевременно се поддържа плоскост от По-малко или равно на 3 μm.
Решение:
Кухината на матрицата приема 3D отпечатан конформен воден път, с разстояние на водния път от 0,8 mm от кухината на матрицата
Сърцевината е вградена в масив от 4 mm топлинни тръби, с разстояние от 3 mm между топлинните тръби
Охлаждащата вода приема 10 градусов нанофлуид със скорост на потока 2m/s
Ефект: Времето за охлаждане е намалено до 0,7 s, плоскостта е контролирана при 2,1 μm, производствената ефективност е увеличена с 40%
