توجد المشتتات الحرارية في العديد من الأماكن، مثل جهاز الكمبيوتر الخاص بك، وتحت أنواع مختلفة من المصابيح الكهربائية، وفي بيئات الإلكترونيات في سيارتك. غرضها الوحيد هو سحب الحرارة بعيدًا عن المكونات الحساسة، مما يسمح بتشغيل كل الأشياء بكفاءة. ومع ذلك، فإن تصميم مشتت حراري عالي الجودة ليس بالمهمة السهلة؛ فتصنيع زعانف تبريد عميقة، والحفاظ على بنية جدران رقيقة دون المساس بسلامة الأداة، والحفاظ على سطح مستوٍ لضمان توصيل حراري عالٍ، كلها تتطلب تخطيطًا كبيرًا.
في هذا الدليل، سنناقش ما ينجح (وما لا ينجح) عند تصنيع المشتتات الحرارية المصنوعة من الألومنيوم والنحاس. سنلقي نظرة على أشياء مثل خيارات الأدوات وسرعات الدوران في الدقيقة (RPM)، والتغذية لكل دورة، والفرق بين الألومنيوم والنحاس كمواد، وأيضًا اعتبارات التصميم التي تضمن منظورًا جيدًا للمهندس، ولكن مع القليل من المواد الحشوية.
المشتتات الحرارية المُصنعة باستخدام الحاسب الآلي مصنوعة من المادة المفضلة وهي الألومنيوم. الألومنيوم سهل التشغيل، ويوفر خصائص تصنيع ممتازة، وله أداء حراري رائع بتكلفة اقتصادية. هناك سبائكان شائعتان تستخدمان في صناعة المشتتات الحرارية، هما 6061 و6063، وكلاهما يوفر تشطيبات تصنيع جيدة، ولكن 6061 ستنتج قطعة نهائية أقوى قليلاً.
استخدم قواطع نهاية من الكربيد مع 2 أو 3 أخاديد.
لإخلاء الرقائق من جيوب الزعانف العميقة، استخدم أداة ذات أخدودين.
لتجنب التصاق الألومنيوم بحافة القطع لأداتك، يمكنك تطبيق إما تشطيب مصقول أو طلاء ZrN (نتريد الزركونيوم) على أدوات القطع الخاصة بك.
يسمح التصنيع باستخدام الحاسب الآلي الحديث للألومنيوم بالتعامل مع سرعات مغزل عالية جدًا - تتجاوز عادةً 10000 دورة في الدقيقة - مع الاستمرار في إنتاج تشطيبات ممتازة. للطحن عالي السرعة، ستؤدي سرعات القطع الأسرع عادةً إلى معدلات إزالة مواد أفضل بحيث تستخدم وقتك بكفاءة أكبر.
سرعة المغزل: ابدأ من 10000 إلى 14000 دورة في الدقيقة. للأدوات ذات القطر الصغير (3 مم أو أقل)، ابدأ بأكثر من 20000 دورة في الدقيقة.
معدل التغذية: 0.05 مم - 0.15 مم لكل سن، حسب قطر الأداة المستخدمة.
عمق القطع: يجب أن يكون العمق المحوري 0.5-1.0 أضعاف قطر الأداة لتقليل الانحراف المفرط لأداة القطع بسبب طول الأداة الطويل جدًا بالنسبة لارتفاع الزعنفة.
التجاوز (العمق الشعاعي): 0.5 مم - 1.5 مم لتمريرات التشطيب.
في إحدى الحالات مؤخرًا، قامت ورشة بتصنيع مشتت حراري من Al6061 بزعانف رفيعة جدًا بسرعة مغزل تبلغ 14000 دورة في الدقيقة، مما أسفر عن خشونة سطح Ra مقدارها 0.7 ميكرومتر ولم يتشوه الجزء على الإطلاق بعد التصنيع. هذا هو تشطيب السطح المطلوب لتركيب المشتتات الحرارية المستخدمة في وحدات المعالجة المركزية أو وحدات معالجة الرسومات.
حيث تفشل الزعانف في التصميم هو عندما يتم جعلها رفيعة جدًا. غالبًا ما يقوم المهندسون بتجميع الزعانف بشكل متقارب أو تصميمها طويلة جدًا. إذا كانت أداة القطع يجب أن تصل بعمق إلى أسفل قناة الزعنفة، فإن أداة طويلة ورفيعة سوف تنحرف وتهتز بشكل مفرط.
اتبع هذه الحدود المحافظة لتصنيع موثوق لمشتت حراري من الألومنيوم:
| المعامل | الحد الأدنى الموصى به |
| سمك الزعنفة | ≥ 0.8 مم |
| تباعد الزعانف | ≥ 1.5 مم |
| نسبة العرض إلى الارتفاع للزعنفة (الارتفاع ÷ التباعد) | ≤ 6:1 |
إذا تجاوز تصميمك نسبة عرض إلى ارتفاع تبلغ 6:1 في الألومنيوم، فإنك تخاطر باهتزاز كبير وسوء تشطيب السطح.
النحاس فريد من نوعه عندما يتعلق الأمر بالتصنيع. لديه موصلية حرارية عالية جدًا تبلغ حوالي 400 واط / متر كلفن، وهي تقريبًا ضعف موصلية الألومنيوم التي تبلغ حوالي 205 واط / متر كلفن، ومع ذلك، فهو أيضًا أثقل بكثير وأكثر تكلفة. له خصائص لزجة وكاشطة جدًا مما يجعله يلتصق بأدوات القطع مما يفسد في النهاية تشطيب السطح ويبلي الأداة بسرعة.
السرعة ومعدلات التغذية (نطاقات بداية مقترحة محافظة):
سرعة المغزل: سيؤدي تقليل سرعة القطع بنسبة 10-20٪ من خط الأساس إلى تقليل تآكل الأداة بشكل كبير ومنع الفشل المبكر للأداة.
سرعة المغزل: قلل سرعة المغزل إلى حوالي 80-90٪ مما تستخدمه للألومنيوم. للأدوات الصغيرة، تعتبر 8000-12000 دورة في الدقيقة آمنة ومعقولة.
معدل التغذية: أحمال رقاقة معتدلة (انظر توصيات الشركة المصنعة للأداة).
عمق القطع: ستوفر التمريرات الضحلة أمانًا إضافيًا في تصنيع الأدوات الأصغر.
سائل التبريد: استخدم سائل تبريد غزير لمنع لحام الرقائق بالأداة.
الأدوات المطلوبة لتصنيع النحاس:
استخدم قواطع نهاية حادة من الكربيد – الأدوات غير الحادة ستلطخ النحاس بدلاً من قطعه بشكل نظيف.
عادةً ما يُفضل قاطع ذو أخدودين لأنه يخلص الرقائق بشكل أكثر فعالية.
لا تستخدم قواطع عالية التغذية ذات حواف مصقولة لأن النحاس سيلتصق بها بسرعة كبيرة.
إرشادات التصميم من أجل التصنيع لزعانف النحاس:
تصنيع النحاس أصعب من تصنيع الألومنيوم، لذلك يجب زيادة الحد الأدنى لسمك الزعنفة والتباعد بين الزعانف والحفاظ على نسبة عرض إلى ارتفاع أقل.
| المعامل | الحد الأدنى الموصى به |
| سمك الزعنفة | ≥ 1.0 مم |
| تباعد الزعانف | ≥ 1.8 مم |
| نسبة العرض إلى الارتفاع للزعنفة (الارتفاع ÷ التباعد) | ≤ 4:1 |
إذا تجاوزت متطلباتك الحرارية مساحة السطح التي يمكن أن يوفرها التصنيع باستخدام الحاسب الآلي ضمن هذه الحدود، ففكر في تصميم هجين - قاعدة من الألومنيوم مع إدخال نحاسي - بدلاً من تصنيع كتلة صلبة من النحاس.
يمكن صنع أشكال المشتتات الحرارية البسيطة والخطية عن طريق بثق المعادن بكميات كبيرة، لكن البثق غير قادر على إنشاء أشكال هندسية معقدة أو مقاطع عرضية غير موحدة أو زعانف متعددة الاتجاهات. يمكن إجراء التصميمات المخصصة أو دفعات التصنيع الصغيرة إلى المتوسطة بشكل أكثر كفاءة باستخدام التصنيع باستخدام الحاسب الآلي.
هناك نهج آخر يتمثل في استخدام شكل مقذوف قريب من الشكل النهائي وتصنيع أي ميزات حرجة مثل فتحات التثبيت أو الأسطح الدقيقة أو التعديلات الموضعية للزعانف. يسمح مزيج هاتين الطريقتين بتحقيق توازن جيد بين التكلفة والأداء.
| الطريقة | الأفضل لـ | الإيجابيات | السلبيات |
| تصنيع كامل باستخدام الحاسب الآلي | النماذج الأولية، الكميات المنخفضة إلى المتوسطة، الأشكال الهندسية المعقدة | لا توجد تكلفة أدوات، دقة عالية، مرونة في التصميم | تكلفة أعلى لكل وحدة بكميات كبيرة جدًا |
| البثق | الكميات الكبيرة، المقاطع البسيطة | تكلفة منخفضة لكل وحدة، أوقات دورة سريعة | تكلفة أولية عالية للقالب، هندسة محدودة |
| هجين (بثق + تصنيع باستخدام الحاسب الآلي) | الكميات المتوسطة إلى الكبيرة مع بعض التعقيد | توازن بين التكلفة والدقة، جيد لميزات التثبيت المخصصة | مهلة زمنية أطول من البثق النقي |
بالنسبة لمعظم مشاريع المشتتات الحرارية المخصصة، فإن البدء بالتصنيع باستخدام الحاسب الآلي هو المسار الأكثر أمانًا - فهو يسمح بتكرار التصميم دون استثمار مقدم كبير.
غالبًا ما تكون التكلفة هي العامل الحاسم بين هذه الأساليب. يوضح الجدول أدناه التكاليف النسبية النموذجية لكل نهج. تفترض أرق
الإنجليزية 
日本語 
한국어 
français 
Deutsch 
Español 
русский 
العربية 
