Inglés 
日本語 
한국어 
français 
Deutsch 
Español 
русский 
العربية 
Dec
Más información
31
¿Qué estás buscando?
Los disipadores de calor se encuentran en muchos lugares, como en su computadora, debajo de varios tipos de bombillas y en entornos electrónicos automotrices. Su único propósito es alejar el calor de los componentes sensibles, permitiendo que todo funcione de manera eficiente. Sin embargo, diseñar un disipador de calor de calidad no es una tarea fácil; mecanizar aletas de enfriamiento profundas, mantener una arquitectura de paredes delgadas sin comprometer la integridad de la herramienta, y mantener una superficie plana para garantizar una alta conductividad térmica requieren una planificación significativa.
En esta guía, discutiremos lo que funciona (y lo que no funciona) al mecanizar disipadores de calor de aluminio y cobre. Analizaremos aspectos como las opciones de herramientas y las RPM, los avances por revolución, la diferencia entre el aluminio y el cobre como materiales, y también consideraciones de diseño que aseguran una buena perspectiva de ingeniería, pero con poco material de relleno.
Los disipadores de calor mecanizados por CNC están hechos del material popular por excelencia: el aluminio. El aluminio es tolerante, proporciona excelentes características de mecanizado y tiene un gran rendimiento térmico a un costo económico. Hay dos aleaciones comunes utilizadas en la fabricación de disipadores de calor, 6061 y 6063, ambas proporcionan buenos acabados mecanizados, pero la 6061 producirá una pieza final ligeramente más resistente.
Utilice fresas de carburo con 2 o 3 filos.
Para evacuar virutas de cavidades profundas de aletas, use una herramienta de 2 filos.
Para evitar que el aluminio se adhiera al filo de corte de su herramienta, puede aplicar un acabado pulido o un recubrimiento de ZrN (Nitruro de Circonio) a sus herramientas de corte.
El mecanizado CNC moderno permitirá que el aluminio maneje velocidades de husillo muy altas, típicamente superiores a 10,000 RPM, y aún así producirá acabados excelentes. Para el fresado de alta velocidad, las velocidades de corte más rápidas generalmente producen mejores tasas de eliminación de material, de modo que utilice su tiempo de manera más eficiente.
Velocidad del husillo: Comience a 10,000–14,000 RPM. Para herramientas de diámetro pequeño (3 mm o menos), comience por encima de 20,000 RPM.
Avance: 0.05 mm–0.15 mm por diente, dependiendo del diámetro de la herramienta utilizada.
Profundidad de corte: La profundidad axial debe ser de 0.5–1.0 veces el diámetro de la herramienta para minimizar la desviación excesiva de la herramienta de corte debido a una longitud de herramienta excesivamente larga en relación con la altura de la aleta.
Paso lateral (profundidad radial): 0.5 mm–1.5 mm para pasadas de acabado.
En un caso reciente, un taller mecanizó un disipador de calor de Al6061 con aletas muy delgadas a una velocidad de husillo de 14,000 RPM que produjo una Ra de 0.7 µm y la pieza no se deformó en absoluto después del mecanizado. Este es el acabado superficial deseado para el montaje de disipadores de calor utilizados en CPU o GPU.
Donde las aletas fallan en el diseño es cuando se hacen demasiado delgadas. Los ingenieros a menudo empaquetan las aletas muy juntas o las diseñan demasiado altas. Si la herramienta de corte debe llegar profundamente hasta el fondo del canal de la aleta, una herramienta larga y delgada se desviará y vibrará excesivamente.
Siga estos límites conservadores para un mecanizado confiable de disipadores de calor de aluminio:
| Parámetro | Mínimo recomendado |
| Grosor de la aleta | ≥ 0.8 mm |
| Espaciado entre aletas | ≥ 1.5 mm |
| Relación de aspecto de la aleta (altura ÷ espaciado) | ≤ 6:1 |
Si su diseño excede una relación de aspecto de 6:1 en aluminio, corre el riesgo de sufrir vibraciones significativas y un mal acabado superficial.
El cobre es único cuando se trata de mecanizado. Tiene una conductividad térmica muy alta de aproximadamente 400 W/mK, que es aproximadamente el doble que la del aluminio, alrededor de 205 W/mK; sin embargo, también es considerablemente más pesado y más caro. Tiene características muy gomosas y abrasivas que hacen que se adhiera a las herramientas de corte, arruinando finalmente el acabado superficial y desgastando rápidamente la herramienta.
Velocidad y avances (rangos de inicio sugeridos conservadores):
Velocidad del husillo: Disminuir la velocidad de corte entre un 10 y un 20% con respecto a la línea base reducirá sustancialmente el desgaste de la herramienta y evitará una falla prematura de la misma.
Velocidad del husillo: reduzca la velocidad del husillo a aproximadamente el 80-90% de lo que usaría para el aluminio. Para herramientas más pequeñas, 8000-12000 RPM se considera seguro y razonable.
Avance: Cargas de viruta moderadas (consulte las recomendaciones del fabricante de la herramienta).
Profundidad de corte: Las pasadas poco profundas proporcionarán seguridad adicional al mecanizar herramientas más pequeñas.
Refrigerante: Use refrigerante por inundación para evitar que las virutas se suelden a la herramienta.
Herramientas necesarias para mecanizar cobre:
Utilice fresas de carburo afiladas: las herramientas romas mancharán el cobre en lugar de cortarlo limpiamente.
Generalmente se preferirá una fresa de 2 filos, ya que eliminan las virutas de manera más efectiva.
No utilice fresas de alto avance con bordes pulidos, ya que el cobre las obstruirá muy rápidamente.
Pautas de Diseño para Fabricabilidad para aletas de cobre:
Mecanizar cobre es más difícil que mecanizar aluminio, por lo tanto, se deben aumentar el grosor mínimo de la aleta y el espaciado entre aletas, y mantener una relación de aspecto más baja.
| Parámetro | Mínimo recomendado |
| Grosor de la aleta | ≥ 1.0 mm |
| Espaciado entre aletas | ≥ 1.8 mm |
| Relación de aspecto de la aleta (altura ÷ espaciado) | ≤ 4:1 |
Si sus requisitos térmicos exceden el área de superficie que el CNC puede proporcionar dentro de estos límites, considere un diseño híbrido: una base de aluminio con un inserto de cobre, en lugar de mecanizar un bloque sólido de cobre.
Las formas de disipadores de calor simples y lineales se pueden fabricar mediante extrusión de metal en grandes volúmenes, pero la extrusión no puede crear geometrías complejas, secciones transversales no uniformes o aletas multidireccionales. Los diseños personalizados o las series de producción pequeñas y medianas se pueden realizar de manera más eficiente mediante el mecanizado CNC.
Otro enfoque es utilizar una forma casi neta extruida y mecanizar las características críticas, como orificios de montaje, superficies de precisión o ajustes localizados de aletas. La combinación de estos dos métodos permite un buen equilibrio entre costo y rendimiento.
| Método | Mejor para | Ventajas | Desventajas |
| CNC completo | Prototipos, volúmenes bajos a medios, geometrías complejas | Sin costo de utillaje, alta precisión, flexibilidad de diseño | Mayor costo por unidad en volúmenes muy altos |
| Extrusión | Alto volumen, perfiles simples | Bajo costo por unidad, tiempos de ciclo rápidos | Alto costo inicial de la matriz, geometría limitada |
| Híbrido (Extrusión + CNC) | Volúmenes medios a altos con cierta complejidad | Equilibrio entre costo y precisión, bueno para características de montaje personalizadas | Plazo de entrega más largo que la extrusión pura |
Para la mayoría de los proyectos de disipadores de calor personalizados, comenzar con el mecanizado CNC es el camino más seguro: permite iteraciones de diseño sin una gran inversión inicial.
El costo es a menudo el factor decisivo entre estos métodos. La siguiente tabla muestra los costos relativos típicos para cada enfoque. Los números de Extrusión + acabado CNC asumen un perfil extruido más operaciones CNC secundarias para características de precisión como orificios de montaje y superficies planas.
| Nivel de volumen | Costo relativo estimado (por unidad) | Método |
| 1–10 unidades | Alto | CNC completo |
| 10–250 unidades | Medio-Alto → Medio | CNC completo |
| 250–2,000 unidades | Medio → Medio-Bajo | CNC completo o híbrido |
| 2,000+ unidades | Bajo (después de la amortización de la matriz) | Extrusión o híbrido |
El mecanizado CNC es a menudo más rentable que el uso de utillajes o matrices para series de producción pequeñas y prototipos, esto se debe a que no hay cargos por herramientas o matrices, y se pueden lograr resultados confiables sin incurrir en costos significativos de ingeniería no recurrentes.
La extrusión es más económica que el
