ماذا يفعلون؟

الحواف والفقاعات عبارة عن أقسام من خطوط التبريد التي تحول تدفق سائل التبريد إلى مناطق تفتقر عادةً إلى التبريد. عادةً ما يتم حفر قنوات التبريد من خلال تجويف القالب واللب. ومع ذلك، قد يتكون القالب من مناطق بعيدة جدًا لاستيعاب قنوات التبريد العادية. تتضمن الطرق البديلة لتبريد هذه المناطق بشكل موحد مع بقية الجزء استخدام حواجز أو فقاعات أو دبابيس حرارية، كما هو موضح أدناه.

الشكل 1. الحاجز والفقاعات والمسمار الحراري

الحواف

والحاجز هو في الواقع قناة تبريد محفورة بشكل عمودي على خط التبريد الرئيسي، مع شفرة تفصل ممر تبريد واحد إلى قناتين شبه دائريتين. يتدفق سائل التبريد في جانب واحد من الشفرة من خط التبريد الرئيسي، ويدور حول الطرف إلى الجانب الآخر من الحاجز، ثم يتدفق مرة أخرى إلى خط التبريد الرئيسي.

وتوفر هذه الطريقة أقصى قدر من المقاطع العرضية لسائل التبريد، ولكن من الصعب تركيب المقسم في المركز بالضبط. قد يختلف تأثير التبريد ومعه توزيع درجة الحرارة على جانب واحد من القلب عن ذلك الموجود على الجانب الآخر. يمكن التخلص من هذا العيب في حل اقتصادي، فيما يتعلق بالتصنيع، إذا كانت الصفيحة المعدنية التي تشكل الحاجز ملتوية. على سبيل المثال، يقوم الحاجز الحلزوني، كما هو موضح في الشكل 2 أدناه، بنقل سائل التبريد إلى الطرف والعودة على شكل حلزون. وهو مفيد للأقطار من 12 إلى 50 مم، ويجعل توزيع درجة الحرارة متجانسًا للغاية. وثمة تطور منطقي آخر للحواجز وهو النوى الحلزونية أحادية أو مزدوجة الطلقة كما هو موضح في الشكل 2 أدناه.

الشكل 2. (يسار) الحاجز الحلزوني. (يمين) الحاجز الحلزوني.

الفقاعات

تشبه الفقاعة الفقاقيع الحاجز إلا أنه يتم استبدال الشفرة بأنبوب صغير. يتدفق سائل التبريد إلى قاع الأنبوب و"يخرج "فقاعات" من الأعلى، كما تفعل النافورة. ثم يتدفق سائل التبريد لأسفل حول الجزء الخارجي من الأنبوب لمواصلة تدفقه عبر قنوات التبريد.

يتم تحقيق التبريد الأكثر فعالية للقلوب النحيلة باستخدام الفقاعات. يجب ضبط قطر كل منهما بطريقة تجعل مقاومة التدفق في كلا المقطعين العرضيين متساوية. وشرط ذلك هو:

القطر الداخلي/القطر الخارجي = 0.707

تتوفر أنابيب الفقاعات تجارياً وعادةً ما يتم تثبيتها في القلب، كما هو موضح في الشكل 3 أدناه. حتى قطر 4 مم، يجب أن تكون الأنابيب مشطوفة في النهاية لتوسيع المقطع العرضي للمخرج؛ وهذه التقنية موضحة في الشكل 3. يمكن استخدام الفقاقيع ليس فقط لتبريد اللب، ولكن أيضًا لتبريد أقسام القالب المسطحة، والتي لا يمكن تجهيزها بقنوات محفورة أو مطحونة.

الشكل 3. (يسار) فقاعات مثبتة في القلب. (على اليمين) فقاعات مشطوفة لتوسيع المخرج

ملاحظة: نظرًا لأن كل من الحواجز والفقاعات لها مناطق تدفق ضيقة، تزداد مقاومة التدفق. لذلك، يجب توخي الحذر في تصميم حجم هذه الأجهزة. يمكن بسهولة نمذجة سلوك التدفق ونقل الحرارة لكل من الحواجز والفقاعات وتحليلها بواسطة تحليل التبريد C-MOLD.

المسامير الحرارية

الدبوس الحراري هو بديل للحواجز والفقاعات. وهو عبارة عن أسطوانة محكمة الغلق مملوءة بسائل. يتبخر السائل عندما يسحب الحرارة من فولاذ الأداة ويتكثف عندما يطلق الحرارة إلى سائل التبريد، كما هو موضح في الشكل 4. تبلغ كفاءة نقل الحرارة للمسمار الحراري عشرة أضعاف الأنبوب النحاسي تقريبًا. للحصول على توصيل حراري جيد، تجنب وجود فجوة هوائية بين المسمار الحراري والقالب، أو املأها بمادة مانعة للتسرب عالية التوصيل.

الشكل 4. كفاءة نقل الحرارة بالدبوس الحراري

تبريد النوى النحيلة

إذا كان القطر أو العرض صغيرًا جدًا (أقل من 3 مم)، فإن التبريد بالهواء فقط هو المجدي. يتم نفخ الهواء في القوالب من الخارج أثناء فتح القالب أو يتدفق من خلال فتحة مركزية من الداخل، كما هو موضح في الشكل 5. هذا الإجراء، بطبيعة الحال، لا يسمح بالحفاظ على درجة حرارة القالب بدقة.

الشكل 5. تبريد الهواء لقلب نحيل

يتم تحقيق تبريد أفضل للقلوب النحيلة (تلك التي يقل قياسها عن 5 مم) باستخدام إدخالات مصنوعة من مواد ذات توصيل حراري عالٍ، مثل النحاس أو مواد البريليوم والنحاس. هذه التقنية موضحة في الشكل 6 أدناه. يتم تركيب هذه الإدخالات بالضغط في القلب وتمتد مع قاعدتها، التي لها مقطع عرضي كبير قدر الإمكان، إلى قناة تبريد.

الشكل 6 - استخدام مادة عالية التوصيل الحراري لتبريد قلب نحيل

تبريد النوى الكبيرة

بالنسبة لأقطار القلب الكبيرة (40 مم وأكبر)، يجب ضمان النقل الإيجابي لسائل التبريد. يمكن القيام بذلك باستخدام إدخالات يصل فيها سائل التبريد إلى طرف اللب من خلال تجويف مركزي ويتم توجيهه من خلال لولب إلى محيطه، وبين اللب والإدخال بشكل حلزوني إلى المخرج، كما هو موضح في الشكل 7. يضعف هذا التصميم القلب بشكل كبير.

الشكل 7. استخدام الحاجز الحلزوني لتبريد القلب الكبير

نوى أسطوانة التبريد

يجب أن يتم تبريد قلب الأسطوانة والأجزاء الدائرية الأخرى بلولب مزدوج، كما هو موضح أدناه. يتدفق سائل التبريد إلى طرف القلب في لولب واحد ويعود في لولب آخر. ولأسباب تصميمية، يجب أن يكون سمك جدار القلب 3 مم على الأقل في هذه الحالة.

الشكل 8. حلزون مزدوج مع فقاقيع مركزية