Tillverkningsprocess för extruderade flytande kalla plattor

Extruderade kylplattor för flytande värme är integrerade komponenter för värmehantering som tillverkas genom extruderingsprocesser av aluminiumlegering. Dessa kylplattor för flytande värme använder flytande kylmedier – såsom vatten, vatten-glykolblandningar eller fluorerade vätskor – för att uppnå effektivt värmeväxling.

Kärnfunktionen hos denna kylplatta för vätskekylning är bildandet av slutna eller flerkavitetsbaserade interna flödeskanaler i en enda extruderad aluminiumprofil. Denna struktur ger lågt flödesmotstånd, hög trycktolerans, kompakt design och kontrollerad kostnad, vilket gör den till en allmänt använd produkt inom elektronik med hög effektdensitet, batteripaket, vätskekylning för servers och kraftelektronik.

Att förstå hur kylplattor för flytande värme fungerar är avgörande: värme leds från värmekällan in i kylplattans kropp, överförs till de interna vätskeflödeskanalerna och förs sedan bort genom forcerad konvektion. Jämfört med rörformade kylplattor eller lödda kylplattor för flytande värme erbjuder extruderade konstruktioner högre strukturell integritet och minskad läckagerisk.

centrala tekniska egenskaper

• one-piece extruded flow channels
  seamless internal channels formed during extrudering 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 flödeskanaldesigns
  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
  sprängtryck: ≥ 3,0 mpa

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

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

typiska applikationsscenarier

• vattenkylplattsystem för batteripaket för elbilar

• Server CPU/GPU kylplattor för elektronik

• högpresterande laserkylsystem

• igbt- och kraftmodulkylning med kall platta

• termisk hantering av energilagringssystem

tillverkningsprocess för extruderade flytande kalla plattor

1. råmaterialberedning

Val av aluminiumbill → analys av kemisk sammansättning (spektrometer) → testning av mekaniska egenskaper (hårdhet, draghållfasthet) → förbehandling (skärning, bearbetning av ändar) → materiallagring

• legeringskvaliteter: 6061-t5 / t6, 6063-t5

• billetdiameter: φ100–φ300 mm

• förbehandlingsnoggrannhet:

• längdtolerans: ±1 mm

• ändytans vinkelräthet: ≤ 0,1 mm

2. formdesign och tillverkningsfas

Flödeskanaldesign (optimering av termisk CFD-simulering) → Design av extruderingsform (porthål, svetskammare, lageryta) → Val av formstål (varmarbetsstål H13) → CNC-grovbearbetning → Värmebehandling (härdning + trippelanlöpning) → Precisionsbearbetning (gnistning, trådskärning) → Polering (lageryta RA ≤ 0,4 μm) → Validering av provextrudering

Detta steg bestämmer direkt den interna geometrin och prestandan hos extruderade flytande kalla plattor, vilket skiljer dem från lödda flytande kalla plattstrukturer som förlitar sig på bindning efter montering.

3. extruderingsformningssteg

Förvärmning av aluminiumämnen (480–520 °C) → förvärmning av form (450–480 °C) → inställning av extruderingsparametrar → profilextrudering (hastighet 1–5 m/min) → online-härdning (luft- eller dimkylning) → dragning och riktning → skärning med fast längd → åldringsbehandling (t5/t6-villkor)

Extruderingsprocessen möjliggör konsekventa interna flödeskanaler som stöder stabil plattans vätskekylningsprestanda.

4. CNC-precisionsbearbetningssteg

Bearbetning av referensyta (upprättande av koordinatsystem) → Ändytebearbetning (flödeskanalöppning) → Gränsytebearbetning (inlopps-/utloppsportar, monteringshål) → Bearbetning av tätningsytor (planhet ≤ 0,05 mm) → Gradning → Renhetskontroll

bearbetningskrav

• tätningsspår i ändytan:

• breddtolerans ±0,02 mm

• djuptolerans ±0,01 mm

• gängade hål:

• noggrannhet 7 timmar

• vinkelräthet ≤ 0,05 mm

• monteringsytans planhet: ≤ 0,1 mm / 100 mm

• renlighet:

• partiklar ≤ 100 st/m²

• oljerester ≤ 10 mg/m²

5. Bearbetning av ändkapslar och förberedelse av svetsning

Materialval för ändkåpor (samma eller kompatibel legering) → CNC-behandling → Ytbehandling av tätningsytor (ra ≤ 1,6 μm) → Bearbetning av svetsspår → Rengöring (ultraljudsrengöring) → Monteringspositionering (specialiserade fixturer)

parametrar för ändkåpornas design

• tjocklek: 3–10 mm (beroende på tryckkrav)

• tätningsmetoder:

• O-ringsspårtätning

• plan tätning

• fullständig svetsförsegling

• svetsalternativ:

• friktionssvetsning (fsw)

• lasersvetsning

• TIG-svetsning

6. svetsnings- och förseglingsfas

Val av svetsprocess → montering av fixtur → inställning av svetsparametrar → automatiserad svetsning → värmebehandling efter svetsning (spänningsavlastning) → kontroll av svetsutseende

jämförelse av svetsprocess

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

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

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

7. tryck- och tätningstester

• heliumläckagetestning

• hydrostatisk tryckprovning (1,5× arbetstryck)

• sprängtryckstestning (≥ 3× arbetstryck)

• tryckcykeltestning (100 000 cykler)

teststandarder

• läckagehastighet: ≤ 1×10⁻⁷ mbar·l/s (helium)

• tryckhållning: 1,5 mpa × 5 min, tryckfall ≤ 0,01 mpa

• sprängtryck: ≥ 3,0 mpa

• tryckcykling: 0,2–1,0 mpa, 100 000 cykler utan läckage

8. ytbehandlingssteg (valfritt)

förbehandling (avfettning, betning) → anodisering (naturlig/svart) → tätning → funktionella beläggningar → härdning

alternativ för ytbehandling

• anodisering:

• tjocklek 10–15 μm

• dielektrisk styrka ≥ 500 V

• elektrolös nickelplätering:

• tjocklek 10–20 μm

• förbättrad korrosionsbeständighet

• ptfe coating:
  improved chemical resistance

• insulating coatings:
  for electrical isolation requirements

9. rengörings- och torkningsprocess

Högtrycksspolning med divatten → ultraljudsrengöring (neutralt rengöringsmedel) → trestegs motströmsspolning → varmluftstorkning (80–100 °C) → vakuumtorkning (högtillförlitliga tillämpningar) → kvävgasfyllning för att förhindra oxidation

renlighetsstandarder

• partikelstorlek: ≤ 50 μm

• icke-flyktiga rester: ≤ 10 mg/m²

• kloridjonhalt: ≤ 1 ppm

• konduktivitet: ≤ 5 μs/cm

10. tillbehörsmontering

Montering av tätning (silikon / fkm / epdm) → montering av snabbkopplingar → montering av temperatursensor (valfritt) → montering av trycksensor (valfritt) → märkning (produktinformation och flödesriktning)

tillbehörskrav

• tätningsmaterial: epdm, fkm, silikon (−40°c till 150°c)

• kontaktstandarder: din, sae, jis, bspp

• sensornoggrannhet:

• temperatur ±0,5°C

• tryck ±1% fs

11. prestandatestning av färdig produkt

Termisk resistansprovning (standard värmekälla) → flödesresistansprovning (flöde vs. tryckfallskurva) → flödesuniformitetsprövning (flerkanaliga konstruktioner) → hållbarhetsprovning (termisk och tryckcykling) → slutlig återinspektion av heliumläckage (100 % inspektion)

prestationsindikatorer

• värmebeständighet: 0,01–0,05 °c/w (beroende på design och flöde)

• flödesmotstånd: ≤ 50 kpa @ 10 l/min (typiskt)

• avvikelse i flödesjämnhet: ≤ 10 %

• driftstemperaturområde: −40°C till 120°C

12. slutkontroll och förpackning

visuell inspektion → dimensionell provtagning (CMM) → dokumentationsförberedelse → korrosionsskyddande förpackning (VCI) → stötsäker förpackning → märkning av ytterkartong

förpackningsspecifikationer

• Skydd för en enhet: PE-påse + VCI-papper

• packningsorientering: vertikal placering

• etikettinnehåll: produkt-ID, produktionsdatum, flödesriktning, ömtålig märkning

• lagringsförhållanden: −10°C till 40°C, ≤ 70% RF

13. dokumentation och spårbarhet

överensstämmelseintyg → materialcertifikat → prestandatestrapporter → processregister → spårbarhetsetiketter (qr-kod/streckkod) → installations- och bruksanvisning

kritiska kontrollpunkter för kvalitet (ctq)

processkapacitet och produktionskapacitet

• extruderingsbredd: 30–300 mm

• höjd: 10–100 mm

• längd: 500–6000 mm

• minsta väggtjocklek:

• kanalvägg: 1,0 mm

• yttervägg: 1,5 mm

• ytjämnhet:

• extruderad yta: ra ≤ 3,2 μm

• bearbetad yta: ra ≤ 1,6 μm

designriktlinjer och bästa praxis

flödeskanaldesign

• hydraulisk diameter: 4–8 mm

• bildförhållande: ≤ 10:1

• böjningsradie: ≥ 1,5× kanalbredd

• klockformad inlopps-/utloppsdesign

• valfria interna fenor för förbättrad värmeöverföring

strukturell design

• jämn väggtjocklek

• förstärkningsribbor på kritiska ställen

• stressfri monteringslayout

• termisk expansionstillägg

materialvalsstrategi

• allmänna tillämpningar: 6063-t5

• högpresterande applikationer: 6061-t6

• tuffa miljöer: ytterligare beläggningar

kostnadsoptimering

• standardiserade tvärsnitt

• förbättrad materialutnyttjande

• minskad sekundär bearbetning

• skalfördelar i massproduktion

Med sin extruderade struktur i ett stycke, låga läckagerisk, höga tillförlitlighet och utmärkta kostnadseffektivitet spelar extruderade kylplattor för vätskor en oersättlig roll i kylapplikationer för kylplattor med hög effekttäthet. I takt med att industrier som elfordon, datacenter, 5G-kommunikation och förnybar energi fortsätter att växa, kommer anpassade kylplattor och lösningar för vätskor att utvecklas mot högre prestanda, lägre vikt och smartare värmehantering – vilket ger robusta och skalbara lösningar för nästa generations vätskekylsystem.