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液冷歧管芯体成型可行性

一根带三个封闭支管凸台的薄壁不锈钢歧管芯体概念图

机架分水歧管中的封闭截面和分支特征能否采用管材内高压成形,要结合实际管材、分支间距、端部轴向进给、材料补入和模具空间判断。开孔和接头安装按总成要求确定,流量、压降、冷却液相容性及耐久等性能则需在相应的总成或系统层级验证。

摘要

先在图纸上分清中空芯体、完成开孔和接口加工后的芯体、歧管总成以及液冷系统。内高压成形评审只覆盖选定的芯体特征,不能用芯体成形结果代替总成或系统结论。

封闭截面过渡、局部胀大和分支凸台能否成形,要结合实际管材、壁厚、焊缝、分支高度与间距、轴向补料路径、管端密封、反向支撑冲头和模具空间判断。简单 T 形、X 形试样只能提供有条件的参考。

开孔、连接和清洗属于后续工序;泄漏、产品压力、流量、压降、耐久和系统验证是否实施、在哪一阶段实施,由项目规范、交付范围和验收要求确定。

本页目录

图纸对应的交付范围

内高压成形评审只针对图纸中选定的芯体特征,例如封闭截面过渡、局部胀大或分支凸台。图纸评审时,应先界定本次交付对象,再判断哪些特征属于芯体成形,不能把完整歧管或液冷系统一并计入成形范围。

  1. 中空芯体:承担主流道功能的封闭管件,可能带有截面过渡、偏置或尚未开孔的分支凸台。
  2. 后加工芯体:完成开孔、翻孔、机加工、去毛刺或规定表面处理后的芯体,但不一定已经安装全部接头和密封件。
  3. 歧管总成:芯体与接头、快接、阀、传感器、支架、密封及其他连接件完成装配后的部件。
  4. 液冷系统:歧管总成接入 CDU、冷板、机架管路、控制和现场冷却回路后的系统。

若交付物只是中空芯体,评审重点是这些封闭特征的成形可行性。若交付物还包括后加工或总成,则要另行写明每个接口的制造方法以及相应检验。泄漏、产品压力、流量、压降、耐久和系统验证是否属于供方范围,均应按照项目规范、交付范围和验收要求确定。

OCP 文件分别说明机架歧管、冷却回路和接口的功能与检验要求,并没有把管材内高压成形规定为芯体的默认制造路线。因此,图纸、报价范围和验收文件应使用一致的部件名称,避免把芯体试样的结果扩大为歧管总成或液冷系统的结果。

接口与制造工序的对应关系

分支凸台、出口孔和成品接头不是同一道工序。分支凸台由封闭管壁胀出;出口孔通过切割、冲孔或机加工去除材料;翻孔会再次改变孔边形状;焊接、钎焊、螺纹或压配则形成总成接口。交付图纸应标明每个接口采用哪一种方法。

接口与制造工序的对应关系
图纸特征拟采用的工序工艺确定前要核对的内容后续工作
封闭截面过渡或偏置预成形、胀形和最终整形截面变化、圆角、初始壁厚、折叠风险、轴向补料路径及最终整形所需的模具空间按图纸要求检查尺寸、壁厚、表面和安装基准
封闭分支凸台内压胀形,必要时配合轴向进给和反向支撑冲头实际管材、分支高度与间距、壁厚分布、补料距离、管端密封以及冲头和模具拼块空间再决定开孔、接口加工和接头安装方式
局部浅胀大或容积增大区局部胀形和最终整形管壁面积增量、材料能否补入、局部减薄、排液条件和模具空间按功能要求检查最小壁厚、内部容积和清洁情况
重复出口孔胀形后切割、冲孔、机加工或翻孔孔位、孔边公差、相邻孔之间的剩余连接宽度、加工可达性;采用热切割时另查热影响去毛刺、异物控制、清洗以及规定的孔边和连接区检验
螺纹口、快接、阀、排气口、排液口或传感器座成形后加装或连接新增零件、连接方式、局部芯体几何、载荷和维护空间按照项目规范、交付范围和验收要求安排密封与泄漏检验
双流道或内部分隔结构先选择可形成所需流道的坯料方案或其他制造路线常规单腔管坯不能直接胀出内部隔板;需明确流道隔离、内部连接和检验可达性按总成设计处理流道隔离、连接、清洗和后续检验

若设计允许用后加工孔替代成形分支,压力循环中就不必把该处管壁胀成凸台;工艺评审则应增加孔边质量、剩余连接宽度、碎屑控制和清洗要求。只有采用激光等热切割方法时,才需要另外评估热影响。

用于密封或压配接口的局部过渡,应先确认加工过程能够稳定达到所需公差和表面要求,且结果可以测量,再确定芯体几何与成形工艺。外形相近的接口,因承载路径、连接方式和检验方法不同,不能共用一条笼统的验收要求。

重复分支的补料与工装条件

重复分支会增加局部胀形量,各分支还依赖同一管段的材料补入。某一分支获得的材料增多,可能会减少相邻分支可用的补料量;管坯较长、弯曲或较早贴模时,端部轴向进给也未必能把材料送到远端位置。因此要把实际牌号和材料状态、制管及焊缝状态、壁厚、分支高度与间距、管端至分支区的补料路径放在一起核对。

工装空间也会限制分支位置。管端要留出密封和轴向进给空间,分支区可能需要反向支撑冲头,模具拼块还要能够开合和退出。最终整形所需的模具空间若被相邻接口占用,即使名义胀大量不大,也可能需要调整零件布局或制造路线。

公开综述分别讨论了闭合截面变化、分支、预成形、轴向进给、壁厚分布和二次工序(Bell 等,2020)。另一项研究在直铜管、规定的试样几何、成形内压和端部冲头轴向进给条件下制作了简单 T 形、X 形分支,并把分支高度和壁厚实测结果与有限元计算对照(Ray 和 Mac Donald,2005)。

这些结果说明简单分支可以通过试验和仿真研究,不代表密集多出口机架歧管已经具备量产工艺。具体芯体是否需要仿真或试模,应根据实际材料、几何、加载曲线、工装方案和验证计划确定;进入样件验证后,再核对分支高度、壁厚、尺寸和表面。

内高压成形与其他制造路线的比较

机架歧管可以采用机加工块体、焊接或钎焊集管、挤压件、铸件、管件组合、聚合物分配单元等不同结构。OCP 产品目录中也有聚合物机架歧管实例,说明聚合物歧管也是可选结构之一,但不能据此判断哪种路线更优。

内高压成形与其他制造路线的比较
比较项需要结合图纸确认的问题
芯体结构是单流道、双流道还是带内部隔板;常规单腔管坯能否形成所需内部结构,还是需要其他坯料方案
接口与接头哪些接口可由芯体几何预留,哪些仍需开孔、翻孔、连接或安装独立零件
材料与批量实际管材或坯料是否有稳定来源,路线是否适合目标数量和变更频率
检验与维护内部是否可清洗、可检查,连接件能否更换,出现不合格时如何返修或处置

减少接头可以是设计目标,却不是采用内高压成形后的必然结果。来料管可能本身带有纵向焊缝,芯体成形后也可能继续连接端口、支架或接头。路线比较应以实际零件、接口、验收和维护要求为准,不能只比较外观是否一体。

芯体、后加工、总成与系统的分阶段检验

检验要对应样件所处的工序。各项检验是否实施、在哪个阶段实施以及采用什么条件,均须按照项目规范、交付范围和验收要求确定,并非所有机架歧管项目采用相同流程。

芯体、后加工、总成与系统的分阶段检验
样件阶段可安排的检查或试验这一步能说明什么
胀形和最终整形后的芯体尺寸、壁厚、表面、封闭凸台及可测量性只能说明芯体成形结果,不能代表后加接口或歧管总成
完成开孔、翻孔或连接加工后的芯体孔边、毛刺、连接区、异物和清洁情况;根据交付范围确定是否安排泄漏或产品压力试验试验配置、介质、压力、时间、温度、仪器和判定标准按项目文件执行
歧管总成若上述项目文件要求,则安排泄漏、产品压力、流量、压降或耐久试验结果只适用于规定的总成配置、冷却液、温度、流量和压力工况
接入 CDU、冷板和机架管路后的液冷系统若上述项目文件要求,则安排控制、运行工况和系统验证系统结果不能由单件芯体或歧管总成试验推定

成形循环中的内压是制造参数。循环中出现破裂或明显掉压,只能暴露部分缺陷,不能替代上述项目文件定义的泄漏、产品压力、爆破、疲劳、耐久或系统验证。开孔、连接、热处理、表面处理和最终装配都可能改变零件完整性,后续形成的接口和连接部位仍需在相应交付阶段检查。

芯体外观平滑,不能说明各出口流量相同或压降符合要求。流量还受主流道截面、供回液布置、出口间距、支路与接头阻力、冷却液和运行工况影响。OCP 冷却回路要求列出了流量分配和压降等设计要求,并未说明采用某种芯体成形方式即可达到这些指标。若项目规范和交付范围要求确认这些指标,可用流动分析辅助开发,但应按验收要求在规定工况下测量实际歧管总成。

材料能否成形,也不能说明它与冷却液相容。OCP 的 Open Rack V3 Blind Mate Manifold Specification针对其规定对象列出了接液材料、表面、密封、流体相容性、腐蚀和使用条件;这不等于所有不锈钢都适用。定版图纸仍要写明牌号、制管与焊缝状态、表面和后处理、连接材料、弹性体、冷却液化学性质及可能的电偶组合。

清洁要求应覆盖成形介质、润滑剂、切割颗粒、毛刺和连接残留。是否需要清洗、酸洗、钝化或其他处理,以及采用何种方法和验收值,应按照项目规范、交付范围和验收要求确定;OCP 文件不能替代具体制造工艺的确认。

图纸评审所需资料

图纸评审使用的几何、材料、接口和验收资料应来自同一个受控版本。资料不全时,可以先列出需要补充的项目,但不能用通用限值代替项目规定值。

  • 芯体三维模型、剖面图、图纸版本以及所有内部隔板;
  • 来料管或坯料规范,包括实际牌号、交货状态、实测尺寸、壁厚公差、制管方式、焊缝和表面;
  • 每一处截面过渡、偏置、局部胀大、分支凸台、切孔、翻孔、接头、支架和连接接口的位置与制造方法;
  • 端口数量、间距、方向、基准以及每个端口连接的零件;
  • 分别定义胀形芯体、后加工芯体和歧管总成的交付内容;
  • 冷却液、温度和压力工况、流量范围、压降及流量分配目标;
  • 按照项目规范、交付范围和验收要求确定的尺寸、最小壁厚、清洁、腐蚀、泄漏、产品压力、耐久和系统验证项目;
  • 各阶段的责任归属、样件计划、试验程序和判定标准;
  • 样件验证范围,以及后续量产所需的来料和工艺控制。

这些资料用来确认评审对象是一个局部特征、一件完整中空芯体,还是包括接口加工与装配的歧管总成。责任划分清楚后,再决定是否进入成形仿真、接口样件或试模。概念外形本身不能说明量产是否可行。

提交芯体或部件图纸、实际管材规范、接口位置和制造方法、计划交付阶段及验收要求,可通过水艺源官网申请数据中心液冷管路和歧管芯体图纸评审。评审先判断选定芯体特征是否需要进行仿真或试模,不据此确认完整液冷系统设计或量产条件。

常见问题

机架分水歧管通常都用内高压成形吗?
现有公开资料没有把内高压成形规定为机架分水歧管的默认或标准路线。可针对选定芯体特征评估内高压成形方案,是否采用仍要结合实际材料、几何、接口、批量和验收要求判断。
管材内高压成形能做 T 形分支吗?
公开试验和仿真研究已经制作出简单 T 形、X 形分支试件,但结果受试样材料、壁厚、几何、成形内压、轴向进给和工装条件限制。密集多出口芯体仍需根据实际分支间距、补料路径、密封、模具空间和验证计划,确定是否开展仿真或试模。
内高压成形能一次做出所有出口吗?
不能这样假定。内压胀形处理的是封闭管壁,不能直接得到成品开口。出口可能还要经过切割、冲孔、翻孔、机加工、连接或接头安装,再按图纸要求检验和清洁。
内高压成形能保证各出口流量一致吗?
芯体成形方式本身不能保证各出口流量一致。流量还受主流道截面、供回液布置、出口间距、接头阻力、冷却液和运行工况影响。若项目规范、交付范围和验收要求包含流量一致性验证,可用流动分析辅助开发,并应在规定工况下测量实际歧管总成。
内高压成形时的压力,能不能算产品压力试验?
不能。成形压力是制造参数,不是按产品使用条件定义的试验。若项目规范要求进行产品压力试验,应按交付范围和验收要求另行规定交付配置、介质、压力、保压时间、温度、仪器、程序和判定标准。
不锈钢芯体天然就适合液冷系统吗?
不能只凭“不锈钢”这个名称判断。还要核对具体牌号、制管与焊缝状态、表面和后处理、连接材料、密封件、冷却液化学性质、温度、腐蚀条件与清洁工艺。系统验证是否实施及其范围,也应由项目规范、交付范围和验收要求确定。

参考文献

  1. Open Compute Project. Rack Manifold Requirements and Qualification Guideline.
  2. Open Compute Project. Cold Plate Cooling Loop Requirements, Revision 2.
  3. Open Compute Project. Open Rack V3 Blind Mate Manifold Specification.
  4. Open Compute Project. Liquid Cooling Integration and Logistics White Paper.
  5. Ray, P., and Mac Donald, B. J. “Experimental study and finite element analysis of simple X- and T-branch tube hydroforming processes.” International Journal of Mechanical Sciences 47(10), 1498–1518 (2005).
  6. Open Compute Project. “Georg Fischer LiquidCore In-rack Manifold.”
  7. Bell, C., Corney, J., Zuelli, N., and Savings, D. “A state of the art review of hydroforming technology.” International Journal of Material Forming 13, 789–828 (2020).