Vodní chlazení - detailní konstrukce bloků | Kapitola 2

Ještě než se začneme zabývat jednotlivými konstrukcemi bloků, bylo by vhodné trochu se seznámit s technologickými metodami, jenž se používaly a používají při výrobě bloků.

Bylo by možné zde prakticky opsat celou učebnici strojírenství, ale zkusíme to probrat stručně, abychom vás zbytečně nenudili.

1)

 

Vrtání

Je nejstarší technologií obrábění a používala se při výrobě prvních bloků pro vodníky.

Tato metoda slouží pro výrobu děr. Vrták upnutý do vřetena rotuje (hlavní řezný pohyb) a vykonává posuv ve směru své osy. Někdy se k vyvození hlavního řezného pohybu používá rotace obrobku (například při soustružení). Nejpoužívanějším vrtákem je vrták šroubový. Vrtačky dělíme dle konstrukce na stolní, sloupové, stojanové, atd.

2)

 

Soustružení

Jde asi o nejpoužívanější technologii obrábění (divili by jste se co umí dnešní chytrý soustruh vyrobit) a patří k nejstarším výrobním metodám. Používalo se již před více než 3000 roky. Soustružení je určeno k obrábění válcových ploch vnějších i vnitřních (válec, kužel,…). Při soustružení obráběná část rotuje (hlavní řezný pohyb) a nástrojem vykonáváme pohyb ve směru podélném, příčném či obecném vůči ose otáčení obrobku. Pro soustružení se používají různé druhy soustružnických nožů.

Kromě soustružení můžeme na soustruzích též vrtat, vyhrubovat, zahlubovat, vystružovat díry a v některých případech i frézovat či vykonávat další práce.

3)

 

Frézování

Je určeno především pro opracování rovinných a tvarových ploch. Při obrábění rotuje fréza (hlavní řezný pohyb) a obrobek se posouvá vůči nástroji. Podle způsobu záběru frézy se rozlišuje frézování (válcové) obvodem a frézování čelní. Při konstrukcích dnešních bloků nejpoužívanější způsob obrábění. Tady si i trochu projdeme nástroje, které používáme nejvíce.

a) Fréza válcová – Tuto frézu používáme na rovné plochy, jakou je například styčná plocha bloku (chladiče) s procesorem.  Stopy po její činnosti jsou rovnoběžné.

b) Čelní válcová – Těmito frézami můžeme prakticky vytvořit celý blok. Můžeme s nimi vytvářet všechny ty hady, čtverečky, maltézské kříže a další tvary. Její stopou po obrábění jsou kruhy. Používá se i na styčnou plochu ale kvalita povrchu není taková jako od válcové frézy.

c) Kotoučová fréza – Donedávna se nepoužívala, ale s nástupem nových designu se dostává ke slovu čím dál častěji. S její pomocí můžeme dělat drážky široké jen několik desetin milimetru.

4)

 

Pájení

Jedná se o spojování kovových (i nekovových) součástí za pomocí roztavené pájky (jejíž tavná teplota je nižší než tavná teplota spojovaných materiálů, v našem případě většinou cín). Využití je dnes prakticky nulové, ale takto vznikali opravdu první bloky pro vodní chlazení PC.

Ještě malá odbočka k řízení obráběcích strojů. Samozřejmě že nejlepší je, pokud je stroj řízen počítačem (nejvyšší přesnost), ale i na obyčejném ručně řízeném stroji dokáže zkušený obráběč vytvořit hotové zázraky. Nehledě na to, že k CNC se často nedostaneme a málokdo si umí naprogramovat a odsimulovat obráběcí proces. Takže pro většinu z nás vyjde obráběcí proces velmi draho.

Ale než se pustíme do výroby, chtělo by to nakreslit návrh, podle kterého budeme vybraný kus materiálu formovat.

V počátcích vodníkáření ještě nebylo potřeba dělat nějakou dokumentaci, jelikož se jen lehce poupravil původní vzduchový chladič a ani na „hada“ nebylo potřeba něco kreslit. Jenže vývoj jde kupředu a bloky začínali mít propracovanější konstrukce.

Papír a tužka

Na počátku byla myšlenka. A tu je potřeba rychle zaznamenat. I dnes v době počítačů je kolikrát nejlepší hodit nápad na papír. Každý z nás si ve škole o výuce něco potají kreslil. Tak proč nevyužít čas efektivněji a vymyslet lepší blok na vodní chlazení. Někteří namítnou, že lepší je dávat při výuce pozor a nečmárat si zbytečnosti ale vzpomeňte na svá školní léta. Navíc pro obory zaměřené na strojírenství to je více než vhodný koníček.

2D programy

V programech jako je například Smart sketch či Autocad dostává blok přesnější tvar. Tady si už můžeme hrát s jednotlivými rozměry konstrukčních prvků a krok za krokem optimalizovat k dokonalosti. Ale stejně nám brání v pořádném rozletu. Prostor je prostor.

3D programy

Tady se už pomalu dostáváme do profi kategorie. Pro Engeneer, Solid Works, Invertor či Catia jsou velmi vyspělé systémy. Díky prostorovému modelování si můžeme blok opravdu detailně prohlédnout ještě předtím, než se pustíme do obrábění.  Díky tomu můžeme odstranit i chybky které bychom při 2D mohli přehlédnout. Díky rozsáhlým databázím na internetu je možno vyzkoušet i to jak sedí na hardware a podle toho poupravit konstrukci. Jelikož SW, který jsem zmínil, se používá v konstrukční praxi pro nejrůznější aplikace, můžeme provést i nejrůznější analýzy. Pro nás je nejzajímavější šíření tepla, simulace obrábění a průtoku. V praxi nakonec dojde jen na to obrábění. Nevyrobitelný návrh bloku je na… nic. Simulace průtoku je sice taky skvělá věc, ale tyto simulace jsou ještě nedokonalé (ale stále se zlepšují), velmi náročné na výpočet, drahé a bohužel je málokde používají. A tepelnou je nejlepší kombinovat s průtokem. Můžeme si ale nasimulovat přestup tepla z jádra CPU do výstupků bloku. Opět náročné výpočty a mělo by se počítat s každým typem CPU.

CNC programování

Blok jsme navrhli, odsimulovali obrábění a nyní je čas převést myšlenku v realitu. Některé systémy umí ze simulace vygenerovat kód pro CNC stroj. Vzhledem k tomu, že naše experimentální bloky vytváříme na zařízení a vybavení školy (které často nebývá nejmodernější), programování se s největší pravděpodobností nevyhneme. Pokud se jedná o složitou konstrukci, tak se máte na co těšit. Ve finále máte jak program pro CNC, tak i velmi pěknou závěrečnou práci.

Takže to co na začátku vypadá jako pouhá ztráta času, může být velká motivace pro získávání dalších znalostí z oboru strojírenství a fyzikálních jevů. A v případě studia na strojírenských oborech můžete za pomoci učitelů pracovat na něčem, co vás baví.

A teď se podíváme na některé starší konstrukce a na věci na které by, jsme při návrhu neměli zapomenout. Jen solidní základ vám umožní navrhnou blok výkonnější než některá komerční řešení.