ما الذي تفعله صفيحة التبريد الحراري ولا تستطيعه زعانف التبريد؟

لم يبقَ في تغليفك مكان للزعانف، ومع ذلك يجب أن تخرج الحرارة من منطقة الشريحة وتعبر القاعدة إلى سطح أصغر مما ترغب.

المشتت الحراري صفيحة مسطحة من رقائق الألمنيوم تنقل الحرارة جانبيًا داخل مستواها، فتتحول بصمة صغيرة وساخنة إلى مساحة يستطيع التجميع كله أن يستخدمها.

تبدو هذه نقطة تفصيلية حتى يعتمد عليها تصميم كامل. تتناول الأقسام التالية القرار بالترتيب الذي يصادفه مهندس الحرارة: الوظيفة، ثم السماكة، ثم الاستواء، ثم السبيكة، ثم التثبيت، وأخيرًا الاستفسار.

ما الذي تفعله صفيحة التبريد الحراري ولا تستطيعه زعانف التبريد؟

مجموعة الزعانف لا تعمل إلا حيث يستطيع الهواء أو المبرد أن يمر عبرها. وحيث لا توجد هذه المساحة، لا تجد الحرارة طريقًا مفيدًا تخرج منه.

تنقل الصفيحة الحرارة داخل مستواها، فتحول مصدرًا صغيرًا ومكثفًا إلى مصدر عريض ولطيف. فتجد الزعانف أمامها مساحة أكبر من تلك التي يقدمها الجهاز نفسه.

Dive deeper

مجموعة الزعانف مضاعِف للمساحة عند سطحها فقط. تأخذ المساحة التي تقدمها قاعدتها وتضيف إليها، فيلتقط المائع الحرارة من سطح مبلل أوسع. لكنها تتوقف عن العمل حين تكون القاعدة صغيرة وحقل الزعانف فوقها عريضًا، لأن الزعانف القريبة من الحافة الخارجية تتغذى بمعدن عليه أن يحمل الحرارة مسافة جانبية طويلة قبل أن تفعل به تلك الزعانف شيئًا. والصفيحة الواقعة تحت الزعانف هي التي تنفذ هذا الحمل، وكثيرًا ما يُنظر إليها كتفصيل سلبي مع أنها في الحقيقة تحدد سقف أداء التجميع كله.

المشتت الحراري يعكس الحركة: فبدلًا من إضافة سطح في أعلى المجموعة، يضيف مساحة في أسفلها، داخل مستوى الصفيحة. تدخل الحرارة عبر بصمة بحجم الجهاز وتخرج عبر وجه الصفيحة كاملًا، فتجد مجموعة الزعانف أو جدار الهيكل أو الصفيحة الباردة مساحة يمكنها العمل معها. وفي الممارسة كثيرًا ما تتقاسم الوظيفتان قطعة معدن واحدة: صفيحة سميكة بما يكفي لحمل الحرارة جانبيًا، مع معدن رقائق الألمنيوم الذي يعمل تحت الزعانف. والتمييز مهم لأن المهمتين تُحددان على حدة، وتفشلان لأسباب مختلفة. ومن المفيد أن نتذكر أن الصفيحة قد تكون قطعة مستقلة تُربط تحت الجهاز، أو قد تكون أرضية الهيكل نفسها. وفي الحالتين لا يهم شكل الصفيحة بقدر ما يهم المسار الذي تسلكه الحرارة داخلها، وأي جزء من محيطها يجد سطحًا آخر يستقبلها. ولهذا يبدأ رسم المشتت غالبًا من حدود التجميع لا من حدود الجهاز.

لماذا يختلف نقل الحرارة جانبيًا عن إخراجها اختلافًا جوهريًا؟

إخراج الحرارة مسألة سطحية: يحتاج إلى مساحة ملامسة لمائع. أما نقلها جانبيًا فمسألة توصيل داخل المعدن، ويخضع لقواعد أخرى.

السؤال الأول: كم مساحة تلامس المائع؟ والسؤال الثاني: ما مدى سهولة عبور الحرارة للصفيحة حتى تصل إلى تلك المساحة؟ وقد يكون التصميم سخيًا في أحدهما وفقيرًا في الآخر.

Dive deeper

إخراج الحرارة مسألة سطحية، تقول: أعطِ المائع مساحة مبللة كافية، وحافظ على حركته، وستخرج الحرارة. ونقلها جانبيًا مسألة توصيل داخل المعدن، تقول: حرّك الحرارة جانبيًا عبر مقطع رقيق بالمقارنة مع المسافة التي يجب أن تقطعها، واقبل أن الصفيحة تحمل أقل منها كلما زادت تلك المسافة. المزيد من الزعانف يعالج الأولى ولا يفعل شيئًا للثانية. والصفيحة الأسمك تعالج الثانية، وإن أُفرط فيها أضافت كتلة وصعوبة في التشكيل دون أن تضيف سطحًا مبللًا.

يلتقي المسألتان عند وجه القاعدة. فما تسلّمه الصفيحة إلى ذلك الوجه هو ما تستطيع الزعانف إخراجه، وبالتالي يحدد الأضعف منهما النتيجة. ومن الأخطاء الشائعة حقل زعانف سخي يجلس على قاعدة أرق من المسافة التي يجب أن تعبرها الحرارة، فتصبح الزعانف الخارجية زينة: موجودة في الرسم وخاملة في الخدمة. والخطأ المعاكس واقع أيضًا: صفيحة سميكة ومنتشرة جيدًا تسلّم حرارتها إلى حقل زعانف أصغر من أن يستقبلها أو أسوأ تهوية. ولا يمكن الحكم على أي منهما بالنظر إلى القطعة، ولهذا فإن الفرق بين الرقائق والصفيحة المعدنية أقل أهمية هنا من طريقة نمذجة المسارين. ومن هنا تنشأ الحاجة إلى قراءة النتيجتين معًا قبل تعديل أي منهما. والنتيجة أن تحسين أحد الجانبين قد يسيء إلى الآخر إذا لم يُقرأ الاثنان معًا: قاعدة أرق تسمح بزعانف أطول، لكنها تحمل حرارة أقل إلى تلك الزعانف. ولهذا تُقرأ السماكة في الرسم كحل وسط بين المهمتين، لا كرقم يُختار مرة واحدة ويُنسى.

لماذا تُشترى الصفيحة كمخزون رقائق لا كقطعة نهائية؟

الصفيحة النهائية تصل بأبعاد شخص آخر وثقوبه وتشطيبه. أما اللفة فتصل بأبعادك أنت، وتبقى خطوة التشكيل تحت سيطرتك.

لأن الصفيحة تُقطع وتُخرم وتُشكّل داخل المشروع نفسه الذي يعرّف الهيكل. وشراء المخزون يُبقي الهندسة وحالة الاستواء وسجل المراجعات مع الفريق الذي يملك التجميع.

Dive deeper

الصفيحة النهائية قرار شخص آخر تجمّد في المعدن. تصل بسماكة اختارها أحدهم، وثقوب في مواضع حددها أحدهم، وحالة حافة، وسطح قد يناسب واجهة التلامس التي تخطط لها أو لا يناسبها. وإذا تغيّر الهيكل تغيّرت الصفيحة، والتبديل ينتظر. أما اللفة فتصل بلا شيء من ذلك. السبيكة والتصليد والسماكة والعرض والقلب أمور تعلنها أنت، والقطع والخرم والتشكيل والتشطيب تبقى داخل المشروع الذي يملك التجميع.

وهناك حجة اقتصادية أيضًا. الصفيحة عادة قطعة مقصوصة تُرتَّب داخل شريط، والترتيب يحدد كم من اللفة يصبح قطعة وكم يصبح خردة. فإذا اشتريت الصفيحة نهائية فقد اتُّخذ ذلك القرار في مكان آخر، وغالبًا لقطعة أخرى. وإذا اشتريت اللفة بقي ترتيب القطع وعرض التقطيع الطولي واتجاه الدرفلة مفتوحة، وهو المنطق نفسه وراء مجموعة ألواح الحرارة من رقائق الألمنيوم التي تُورَّد على شكل لفات. والمخزون يخدم عائلة منتجات كاملة: عرض واحد يغطي عدة مقاسات، بينما القطع النهائية تضاعف عدد البنود. ويتبع الطلب الشكل المعتاد، بحد أدنى 3 MT لكل مقاس، وقلوب 76 أو 152 mm، وشحن من Qingdao أو Tianjin أو Shanghai، كما تذكر منشورات جمعية الألمنيوم عن توريد المنتجات المدرفلة. والمخزون يسهّل أيضًا المناولة والتخزين: اللفة تُشحن على طبلية وتُخزَّن واقفة، بينما القطع النهائية تحتاج رفوفًا ومساحة وحماية من الخدش. ويُضاف إلى ذلك أن تعديل السماكة أو العرض في مرحلة اللفة أرخص من إعادة تصنيع قطعة نهائية بأبعاد جديدة.

أي سماكة تناسب المشتت، وماذا يشتريه السمك الإضافي فعلًا؟

الصفيحة الأسمك تنشر الحرارة أفضل وتزن أكثر، وتقع العقوبة على الجانب الذي كنت تحاول مساعدته. والسماكة حل وسط لا حد أقصى.

معظم المشتتات تقع في الطرف السميك من مخزون الرقائق، بين نحو 0.10 mm و0.20 mm، وكثيرًا ما تكون 0.15 mm نقطة بداية. والسمك الإضافي يشتري الحمل الجانبي والصلابة، ثم يشتري الوزن بعد حد معين.

Dive deeper

يتحسن الانتشار مع السماكة لأن الصفيحة الأسمك تقدم مقطعًا أكبر للحرارة المسافرة جانبيًا، ولأنها تقاوم التقوّس الذي يبعد الصفيحة عن جارتها. والصلابة تنمو أسرع من السماكة، ولهذا فإن زيادة صغيرة في السماكة قد تغيّر سلوك الصفيحة على خط التجميع كما تغيّره في المحاكاة. لكن السماكة لا تصنع تلامسًا. فصفيحة ثقيلة تلامس جارتها في ثلاث نقاط مرتفعة أسوأ من صفيحة أخف تستقر جيدًا، وعند هذه النقطة تبدأ رقائق الألمنيوم للمشتتات الحرارية تُحدَّد بحسب التجميع لا بحسب الكتالوج.

النطاق العملي يمتد من نحو 0.10 mm إلى 0.20 mm، وكثيرًا ما تكون 0.15 mm نقطة بداية للصفائح التي يجب أيضًا مناولتها وتثبيتها. وتحت ذلك يتبع المعدن السطح الذي يوضع عليه بدل أن يجسر إليه. وفوق ذلك تشتري صلابة وكتلة، وتدفع ثمنهما في قوة التشكيل والوزن. والتصليد جزء من الحوار نفسه: فدرجات O تُشكَّل بسهولة وتستقر جيدًا، بينما H14 وH16 وH18 وH22 وH24 تحفظ الشكل وتقاوم ضرر المناولة. ومقدار ما تحتاجه من كل ذلك سؤال للمحاكاة الحرارية وللأدوات، لا لورقة بيانات. وفي التطبيقات التي تُثنى فيها الحافة، تساعد سماكة أكبر قليلًا على الحفاظ على شكل الثنية بعد التشكيل، وقد تُقلل الحاجة إلى تقويم لاحق. وكلما زادت السماكة تغيّر التعامل معها في المناولة والتثبيت: صفيحة أثقل تحتاج نمط تثبيت أقوى، وقد تحتاج حافة أنظف حتى لا تُحدث نقطة مرتفعة عند الشد. وهذه التفاصيل لا تظهر في جدول السماكات، لكنها تظهر في التجميع.

لماذا يهم استواء سطح التلامس أكثر من اختيار السبيكة؟

الصفيحة التي تلامس جارتها في نقاط مرتفعة قليلة قد ألقت معظم المساحة التي دفعت ثمنها. فالتلامس هو المكان الذي تعبر منه الحرارة فعلًا.

الاستواء يحدد كم من الوجه في تلامس حقيقي. واختيار السبيكة يغيّر سلوك المعدن، لكن الصفيحة المتقوّسة تهدر مساحة لا تستعيدها أي سبيكة.

Dive deeper

تعبر الحرارة الواجهة عبر التلامس الفعلي. والصفيحة المتقوّسة أو الملتوية أو ذات نقطة مرتفعة تلامس جارتها عبر جزء من الوجه الاسمي، ويبقى بقية المساحة مفصولًا بفراغ يملؤه الهواء المحيط. وتبقى الصفيحة بالمقاس الصحيح في الرسم، لكنها ببساطة ليست بالشكل الصحيح في التجميع، ولا يعيد أي تغيير في السبيكة المساحة غير الملامسة. ولذلك قد تتصرف صفيحتان من السبيكة نفسها تصرفًا مختلفًا تمامًا في التجميع نفسه، ولهذا تعامل جمعية منتجي الرقائق الاستواء كخاصية تُشترى لا كعملية تشطيب.

الاستواء يحدده كيفية درفلة الشريط، وكيفية تقطيعه طوليًا، وكيفية تسويته، وكيفية قطع القطع، وكيفية رصّها وتعبئتها. فاللفة التي كانت مستوية عند اللف قد تصل بتموّج حافة ترثه القطعة الصغيرة. ولهذا كان الأفضل في الاستفسار وصف الحالة التي يجب أن تحققها الصفيحة في التجميع، مثل الاستقرار على وجه دون تأرجح قبل شد المثبتات، بدل تسمية سبيكة والأمل. وسطح التلامس نفسه له حالته، والصفيحة المحددة بعناية مقابل وجه مقعّر ستخيّب الظن أيضًا. ولهذا يُفضَّل أن تُوصف الحالة بجملة واحدة واضحة في الرسم، مثل استقرار الوجه على سطح مرجعي دون تأرجح، لأن هذه الجملة تُترجم إلى إجراء فحص مفهوم لدى المورّد والمُجمِّع معًا. ومن العملي فحص الصفيحة على طاولة قياس مستوية قبل التجميع، لأن الصفيحة التي تبدو مستوية على طبلية خشبية قد تُظهر انحرافًا بمجرد وضعها على وجه صلب. والأسوأ أن تُقاس وهي مشدودة، فتظهر مستوية بينما هي في الحقيقة مقوّسة بين نقطتي تثبيت.

لماذا تظهر سبيكة بسيطة وسبيكة مخلوطة في هذا التطبيق نفسه؟

مشتريان يطلبان القطعة نفسها ويسمّيان سبيكتين مختلفتين، وكلاهما على حق عادة. الفرق فيما يجب أن تتحمله الصفيحة بعد القطع.

السبائك البسيطة مثل 1050 و1100 تُشكَّل بسهولة وتستقر جيدًا. والسبائك المخلوطة مثل 3003 و3004 تضيف مقاومة وتحفظ الشكل عند الثني، وتظهر 8011 حيث يُراد ملمس سطح أدق.

Dive deeper

السبائك البسيطة هي الخيار الافتراضي للتوصيل. فالسبائك 1050 و1060 و1100 قريبة من الألمنيوم النقي تجاريًا، وتُشكَّل بسهولة، وتستقر على الوجه، وتُقطع بلا تعقيد. وحين لا يكون على الصفيحة إلا حمل الحرارة مسافة قصيرة والبقاء مستوية بفضل مثبتاتها، فإن واحدة من هذه تؤدي المهمة بأقل جدل. وهي أطرى، فتتأثر بالعلامات وتنثني بسهولة أكبر في المناولة.

أما السبائك المخلوطة فتستحق مكانها حين تكون الصفيحة إنشائية أيضًا. فـ 3003 و3004 تحملان مقاومة أكبر، وتحفظان الثنية، وتقاومان التشوه الموضعي الذي تفرضه قاعدة لولبية أو مشبك، ولهذا يمكن أن تجتمع رقائق مشتتة حرارية من 1050 وصفيحة من 3003 في عائلة منتجات واحدة. وتظهر 8011 و8021 و8079 حيث يُراد تصليد معين أو ملمس سطح أدق أو سماكة أقل بالمقاومة نفسها. والتصليد يسير مع السبيكة: O لقابلية التشكيل، وH14 وH16 وH18 وH22 وH24 لدرجات متفاوتة من التصليد بالتشكيل وحفظ الشكل. وتوجد العائلتان في المصنع نفسه لأن إحداهما تضم صفائح موصِّلة فقط والأخرى تضم صفائح تعمل أيضًا كمسارات حمل. وتحديد السبيكة الأقوى في كل موضع عادة مكلفة. ومن ناحية الشراء، فإن حصر السبائك في واحدة أو اثنتين يبسّط المخزون ويقلل تبديل اللفات على الخط، لكنه قد يفرض تنازلًا في التشكيل أو في مقاومة المناولة. والاختيار الجيد يبدأ من سؤال واحد: هل الصفيحة تحمل حرارة فقط، أم تحمل حرارة وحملًا ميكانيكيًا في الوقت نفسه؟

كيف تُثبَّت الصفيحة، ولماذا يغيّر التثبيت التصميم؟

البراغي والمشابك واللاصق والضغط المرن تسحب الصفيحة بطرق مختلفة، وكل واحد منها ينقل ميزانية المادة إلى مكان آخر.

المثبتات تحدد أين تُمسك الصفيحة مستوية وأين تكون حرة في التقوّس. فالقواعد اللولبية تحتاج سماكة موضعية وخلوصًا، واللاصق يحتاج وجهًا نظيفًا مستويًا، والمشابك تحتاج صلابة في الحافة.

Dive deeper

المثبت يفعل أمرين معًا: يشد الصفيحة إلى جارتها، ويخبر الصفيحة أين يُسمح لها بالحركة. والبراغي تسحب موضعيًا، فتحتاج الصفيحة سماكة كافية عند القاعدة لتوزيع حمل الشد وخلوصًا يمنع التشقق، ونمط البراغي هو الذي يحدد أي جزء من الوجه ممسوك فعلًا. والمشابك تقبض على حافة، أي أن الحافة تحتاج صلابة وشكلًا يستطيع المشبك الإمساك به. واللاصق يريد وجهًا نظيفًا مستويًا وخط لصق يبقى في مكانه أثناء التصلب. والضغط المرن يوزع الحمل لكنه يعتمد على قدرة الصفيحة على الانثناء دون أن تأخذ تشوهًا دائمًا.

كل خيار من هذه ينقل التصميم. فنمط براغي قريب من المركز يمسك الوسط ويترك الزوايا ترتفع، وبراغي في الزوايا تفعل العكس. والتقييد الزائد لصفيحة تتمدد بشكل مختلف عن جارتها يحمّل المثبتات بدل الواجهة، وهي نقطة تتناولها إرشادات قطاعية منشورة عن الألمنيوم. والقاعدة المفيدة أن تحدد مبكرًا المساحة التي يجب أن تبقى في تلامس ثم تختار مثبتًا يمسك تلك المساحة، بدل إضافة مثبتات حتى تكف القطعة عن الاهتزاز. والنمط تعليمات تجميع أيضًا، ومكانه على الرسم مع الصفيحة. والوتر النهائي للصفيحة يعتمد على توزيع هذه النقاط لا على عددها وحده، فالتوزيع المتوازن يحمل الوجه كاملًا. ويُستحسن أن يُذكر في الرسم ترتيب شد البراغي، لأن الشد المتدرج من المركز إلى المحيط يقلل الانحناء الموضعي. كما أن القواعد اللولبية الملحومة أو المطروقة تختلف عن البراغي الذاتية اللولبة في مقدار السماكة المطلوبة وفي خطر التشقق.

ماذا يجب أن يذكر الاستفسار عن رقائق المشتتات؟

طلب من سطر واحد عن رقائق الألمنيوم يحصل على رد من سطر واحد. والتحديد هو ما يحول عرض السعر إلى شيء يستطيع المصمم إقراره.

اذكر السبيكة والتصليد، والسماكة والتفاوت، والعرض، وقطر القلب، والكمية لكل مقاس، وحالة الاستواء عند سطح التلامس، وكيف تُقطع القطعة، وإلامَ تُثبَّت.

Dive deeper

الاستفسار القابل للتنفيذ يسمّي السبيكة والتصليد، والسماكة مع التفاوت المهم، والعرض، وقطر القلب، والكمية لكل مقاس، حتى يمكن مقارنة عرض السعر بندًا ببند. ويوضح هل المادة مطلوبة لفة أم قطعًا مقصوصة، وكيف ستُقطع القطعة، وأي وجه هو وجه التلامس. ويصف حالة الاستواء كما يجب أن تحققها الصفيحة في التجميع. وبدون هذه السطور يخمّن المورّد، والمواصفة المخمّنة هي التي يُعاد التفاوض عليها بعد التجميع الأول عادة.

أما التفاصيل التي تحدد المردود وقابلية التكرار فهي: ملمس السطح المطلوب عند وجه التلامس، وحالة الحافة، واتجاه الدرفلة إذا كانت القطعة تُثنى، وكيف ستُناول اللفات عند الاستلام، وهل يجب أن يكون التعبئة عين إلى السماء أم عين إلى الجدار على طبلية خشبية. وعبارة مثل أنحف ما يمكن ليست مواصفة، بل تنقل القرار إلى المصنع وتضمن نقاشًا لاحقًا. أعلن نطاق السماكة الذي يمكنك قبوله ودع المحاكاة الحرارية تدافع عنه. وتتبع الكميات الحد الأدنى المعتاد 3 MT لكل مقاس، ويُنظَّم الشحن من Qingdao أو Tianjin أو Shanghai، وهو المسار نفسه الموصوف في الرقائق المستخدمة ضد مجال كهربائي ساكن بالسماكات الرقيقة. ومن المفيد أيضًا أن يذكر الاستفسار ما إذا كانت هناك طبقة طلاء أو معالجة سطح لاحقة، لأن ذلك قد يغيّر ملمس السطح المطلوب عند الاستلام. وأخيرًا، فإن حالة الاستواء واتجاه الدرفلة يستحقان أن يُكتبا على الرسم نفسه لا في مراسلة منفصلة.

المشتت قطعة توصيل أولًا وقطعة سطح ثانيًا. أحسِن الصفيحة واستواءها ومثبتاتها، وسيجد حقل الزعانف ما يعمل به.