Kako dizajnirati ekstruzijsku matricu za radijator suncokreta za aluminijski profil?

1. Analiza strukturnih karakteristika aluminijskih profila

Slika 1 prikazuje presjek tipičnog aluminijskog profila radijatora suncokreta. Površina presjeka profila je 7773,5 mm², s ukupno 40 zubaca za odvođenje topline. Maksimalna veličina otvora za vješanje formiranog između zubaca je 4,46 mm. Nakon izračuna, omjer pera između zubaca je 15,7. Istovremeno, u središtu profila nalazi se velika čvrsta površina, površine 3846,5 mm².

Sudeći prema karakteristikama oblika profila, prostor između zuba može se smatrati polu-šupljim profilima, a profil radijatora sastoji se od više polu-šupljih profila. Stoga je pri projektiranju strukture kalupa ključno razmotriti kako osigurati čvrstoću kalupa. Iako je za polu-šuplje profile industrija razvila niz zrelih struktura kalupa, kao što su „pokriveni kalup za razdvajanje“, „rezani kalup za razdvajanje“, „kalup za razdvajanje visećeg mosta“ itd. Međutim, ove strukture nisu primjenjive na proizvode sastavljene od više polu-šupljih profila. Tradicionalni dizajn uzima u obzir samo materijale, ali kod ekstruzijskog prešanja najveći utjecaj na čvrstoću ima sila ekstruzije tijekom procesa ekstruzije, a proces oblikovanja metala glavni je faktor koji generira silu ekstruzije.

Zbog velike središnje čvrste površine profila solarnog radijatora, vrlo je lako uzrokovati da ukupna brzina protoka u ovom području bude prebrza tijekom procesa ekstruzije, a dodatno vlačno naprezanje će se generirati na glavi međuzubne ovjesne cijevi, što će rezultirati lomom međuzubne ovjesne cijevi. Stoga bismo se pri projektiranju strukture kalupa trebali usredotočiti na podešavanje brzine protoka metala i brzine protoka kako bismo postigli cilj smanjenja tlaka ekstruzije i poboljšanja stanja naprezanja ovjesne cijevi između zuba, kako bi se poboljšala čvrstoća kalupa.

2. Odabir strukture kalupa i kapaciteta ekstruzijske preše

2.1 Oblik strukture kalupa

Za profil radijatora suncokreta prikazan na slici 1, iako nema šuplji dio, mora usvojiti strukturu podijeljenog kalupa kao što je prikazano na slici 2. Za razliku od tradicionalne strukture kalupa s pomičnim spojem, komora metalne lemilice smještena je u gornjem kalupu, a u donjem kalupu koristi se umetnuta struktura. Svrha je smanjenje troškova kalupa i skraćivanje ciklusa proizvodnje kalupa. I gornji i donji setovi kalupa su univerzalni i mogu se ponovno koristiti. Što je još važnije, blokovi rupa za kalup mogu se obrađivati ​​neovisno, što može bolje osigurati točnost radne trake za rupe za kalup. Unutarnja rupa donjeg kalupa dizajnirana je kao stepenica. Gornji dio i blok rupe za kalup usvajaju zazor, a vrijednost zazora s obje strane je 0,06~0,1 m; donji dio usvaja interferencijski spoj, a veličina interferencije s obje strane je 0,02~0,04 m, što pomaže u osiguravanju koaksijalnosti i olakšava montažu, čineći umetak kompaktnijim, a istovremeno može izbjeći deformaciju kalupa uzrokovanu termičkim interferencijskim spojem ugradnje.

2.2 Odabir kapaciteta ekstrudera

Odabir kapaciteta ekstrudera, s jedne strane, služi za određivanje odgovarajućeg unutarnjeg promjera cijevi za ekstruziju i maksimalnog specifičnog tlaka ekstrudera na dijelu cijevi za ekstruziju kako bi se zadovoljio tlak tijekom oblikovanja metala. S druge strane, služi za određivanje odgovarajućeg omjera ekstruzije i odabir odgovarajućih specifikacija veličine kalupa na temelju troškova. Za aluminijski profil radijatora suncokreta, omjer ekstruzije ne smije biti prevelik. Glavni razlog je taj što je sila ekstruzije proporcionalna omjeru ekstruzije. Što je veći omjer ekstruzije, to je veća sila ekstruzije. To je izuzetno štetno za kalup aluminijskog profila radijatora suncokreta.

Iskustvo pokazuje da je omjer ekstruzije aluminijskih profila za radijatore suncokreta manji od 25. Za profil prikazan na slici 1 odabran je ekstruder od 20,0 MN s unutarnjim promjerom cijevi za ekstruziju od 208 mm. Nakon izračuna, maksimalni specifični tlak ekstrudera iznosi 589 MPa, što je prikladnija vrijednost. Ako je specifični tlak previsok, tlak na kalup bit će velik, što je štetno za vijek trajanja kalupa; ako je specifični tlak prenizak, ne može zadovoljiti zahtjeve ekstruzijskog oblikovanja. Iskustvo pokazuje da specifični tlak u rasponu od 550~750 MPa može bolje zadovoljiti različite procesne zahtjeve. Nakon izračuna, koeficijent ekstruzije iznosi 4,37. Specifikacija veličine kalupa odabrana je kao 350 mmx200 mm (vanjski promjer x stupnjevi).

3. Određivanje strukturnih parametara kalupa

3.1 Konstrukcijski parametri gornjeg kalupa

(1) Broj i raspored preusmjernih rupa. Za kalup za profil radijatora suncokreta, što je veći broj preusmjernih rupa, to bolje. Za profile sličnih kružnih oblika općenito se odabiru 3 do 4 tradicionalne preusmjerne rupe. Rezultat je da je širina preusmjeravajućeg mosta veća. Općenito, kada je veća od 20 mm, broj zavara je manji. Međutim, pri odabiru radnog pojasa rupe matrice, radni pojas rupe matrice na dnu preusmjeravajućeg mosta mora biti kraći. Pod uvjetom da ne postoji precizna metoda izračuna za odabir radnog pojasa, to će prirodno uzrokovati da rupa matrice ispod mosta i drugi dijelovi ne postignu potpuno istu brzinu protoka tijekom ekstruzije zbog razlike u radnom pojasu. Ova razlika u brzini protoka stvorit će dodatno vlačno naprezanje na konzoli i uzrokovati otklon zuba za odvođenje topline. Stoga je za ekstruzijski kalup radijatora suncokreta s gustim brojem zuba vrlo važno osigurati da je brzina protoka svakog zuba konzistentna. Kako se broj rupa za spajanje povećava, tako će se i broj mostova za spajanje sukladno tome povećavati, a brzina protoka i raspodjela protoka metala postat će ravnomjerniji. To je zato što se s povećanjem broja mostova za spajanje širina mostova za spajanje može smanjiti sukladno tome.

Praktični podaci pokazuju da je broj rupa za odvod općenito 6 ili 8, ili čak i više. Naravno, za neke velike profile odvođenja topline suncokreta, gornji kalup također može rasporediti rupe za odvod prema principu širine mosta za odvod ≤ 14 mm. Razlika je u tome što se mora dodati prednja razdjelna ploča za predraspodjelu i podešavanje protoka metala. Broj i raspored rupa za preusmjeravanje u prednjoj ploči za preusmjeravanje mogu se izvesti na tradicionalan način.

Osim toga, prilikom raspoređivanja rupa za skretnice, treba uzeti u obzir korištenje gornjeg kalupa za odgovarajuću zaštitu glave konzole zuba za odvođenje topline kako bi se spriječilo da metal izravno udari u glavu konzolne cijevi i time poboljša stanje naprezanja konzolne cijevi. Blokirani dio glave konzole između zuba može biti 1/5~1/4 duljine konzolne cijevi. Raspored rupa za skretnice prikazan je na slici 3.

(2) Odnos površine otvora za preusmjeravanje. Budući da je debljina stijenke korijena vrućeg zuba mala, a visina daleko od središta, a fizičko područje se jako razlikuje od središta, to je najteži dio za oblikovanje metala. Stoga je ključna točka u dizajnu kalupa za profil radijatora suncokreta što sporije usporiti protok središnjeg punog dijela kako bi se osiguralo da metal prvo ispuni korijen zuba. Kako bi se postigao takav učinak, s jedne strane, to je odabir radnog remena, a što je još važnije, određivanje površine otvora za preusmjeravanje, uglavnom površine središnjeg dijela koji odgovara otvoru za preusmjeravanje. Ispitivanja i empirijske vrijednosti pokazuju da se najbolji učinak postiže kada površina središnjeg otvora za preusmjeravanje S1 i površina vanjskog pojedinačnog otvora za preusmjeravanje S2 zadovoljavaju sljedeći odnos: S1 = (0,52 ~0,72) S2

Osim toga, efektivni kanal protoka metala središnjeg otvora razdjelnika trebao bi biti 20~25 mm duži od efektivnog kanala protoka metala vanjskog otvora razdjelnika. Ova duljina također uzima u obzir marginu i mogućnost popravka kalupa.

(3) Dubina komore za zavarivanje. Ekstruzijski kalup za profil radijatora Sunflower razlikuje se od tradicionalnog kalupa za usmjeravanje. Cijela komora za zavarivanje mora biti smještena u gornjem kalupu. To je kako bi se osigurala točnost obrade bloka rupa donjeg kalupa, posebno točnost radne trake. U usporedbi s tradicionalnim kalupom za usmjeravanje, dubina komore za zavarivanje kalupa za profil radijatora Sunflower treba se povećati. Što je veći kapacitet ekstruzijskog stroja, to je veće povećanje dubine komore za zavarivanje, koja iznosi 15~25 mm. Na primjer, ako se koristi ekstruzijski stroj od 20 MN, dubina komore za zavarivanje tradicionalnog kalupa za usmjeravanje je 20~22 mm, dok bi dubina komore za zavarivanje usmjeravajućeg kalupa profila radijatora Sunflower trebala biti 35~40 mm. Prednost ovoga je što je metal potpuno zavaren i naprezanje na ovješenoj cijevi je znatno smanjeno. Struktura gornje komore za zavarivanje kalupa prikazana je na slici 4.

3.2 Dizajn umetka za rupu matrice

Dizajn bloka rupe za matricu uglavnom uključuje veličinu rupe za matricu, radni remen, vanjski promjer i debljinu bloka zrcala itd.

(1) Određivanje veličine otvora matrice. Veličina otvora matrice može se odrediti na tradicionalan način, uglavnom uzimajući u obzir skaliranje termičke obrade legure.

(2) Odabir radne trake. Princip odabira radne trake je prvo osigurati da je dovod metala na dnu korijena zuba dovoljan, tako da je protok na dnu korijena zuba brži nego na ostalim dijelovima. Stoga bi radna traka na dnu korijena zuba trebala biti najkraća, s vrijednošću od 0,3~0,6 mm, a radna traka na susjednim dijelovima treba se povećati za 0,3 mm. Princip je povećati za 0,4~0,5 svakih 10~15 mm prema središtu; drugo, radna traka na najvećem čvrstom dijelu središta ne smije prelaziti 7 mm. U suprotnom, ako je razlika u duljini radne trake prevelika, doći će do velikih pogrešaka u obradi bakrenih elektroda i EDM obradi radne trake. Ova pogreška može lako uzrokovati lom zuba tijekom procesa ekstruzije. Radna traka prikazana je na slici 5.

 

(3) Vanjski promjer i debljina umetka. Kod tradicionalnih kalupa za spajanje, debljina umetka otvora matrice jednaka je debljini donjeg kalupa. Međutim, kod kalupa za radijator suncokreta, ako je efektivna debljina otvora matrice prevelika, profil će se lako sudariti s kalupom tijekom ekstruzije i pražnjenja, što će rezultirati neravnim zubima, ogrebotinama ili čak zaglavljivanjem zuba. To će uzrokovati lom zuba.

Osim toga, ako je debljina rupe matrice prevelika, s jedne strane, vrijeme obrade je dugo tijekom EDM procesa, a s druge strane, lako je uzrokovati odstupanje električne korozije, a također je lako uzrokovati odstupanje zuba tijekom ekstruzije. Naravno, ako je debljina rupe matrice premala, čvrstoća zuba se ne može jamčiti. Stoga, uzimajući u obzir ova dva faktora, iskustvo pokazuje da je stupanj umetanja rupe matrice donjeg kalupa općenito 40 do 50; a vanjski promjer umetka rupe matrice trebao bi biti 25 do 30 mm od najvećeg ruba rupe matrice do vanjskog kruga umetka.

Za profil prikazan na slici 1, vanjski promjer i debljina bloka rupe matrice su 225 mm odnosno 50 mm. Umetak rupe matrice prikazan je na slici 6. D na slici je stvarna veličina, a nominalna veličina je 225 mm. Granično odstupanje njegovih vanjskih dimenzija usklađeno je prema unutarnjoj rupi donjeg kalupa kako bi se osiguralo da je jednostrani razmak unutar raspona od 0,01~0,02 mm. Blok rupe matrice prikazan je na slici 6. Nominalna veličina unutarnje rupe bloka rupe matrice postavljenog na donji kalup iznosi 225 mm. Na temelju stvarne izmjerene veličine, blok rupe matrice usklađen je prema principu od 0,01~0,02 mm po strani. Vanjski promjer bloka rupe matrice može se dobiti kao D, ali radi lakše ugradnje, vanjski promjer bloka zrcala rupe matrice može se odgovarajuće smanjiti unutar raspona od 0,1 m na kraju za dovod, kao što je prikazano na slici.

4. Ključne tehnologije proizvodnje kalupa

Obrada kalupa za profil radijatora Sunflower ne razlikuje se mnogo od obrade običnih aluminijskih profila. Očita razlika se uglavnom ogleda u električnoj obradi.

(1) Kod rezanja žicom, potrebno je spriječiti deformaciju bakrene elektrode. Budući da je bakrena elektroda koja se koristi za EDM teška, zubi su premali, sama elektroda je mekana, ima slabu krutost, a lokalna visoka temperatura koja nastaje rezanjem žicom uzrokuje da se elektroda lako deformira tijekom procesa rezanja žicom. Prilikom korištenja deformiranih bakrenih elektroda za obradu radnih traka i praznih noževa, doći će do iskrivljenih zuba, što može lako uzrokovati struganje kalupa tijekom obrade. Stoga je potrebno spriječiti deformaciju bakrenih elektroda tijekom procesa proizvodnje u stvarnom vremenu. Glavne preventivne mjere su: prije rezanja žicom, poravnajte bakreni blok s krevetom; koristite komparator za podešavanje vertikalnosti na početku; prilikom rezanja žicom, prvo počnite od dijela sa zubima, a na kraju izrežite dio s debelim zidom; S vremena na vrijeme koristite otpadnu srebrnu žicu za popunjavanje izrezanih dijelova; nakon što je žica izrađena, upotrijebite stroj za rezanje žicom za rezanje kratkog dijela od oko 4 mm duž duljine izrezane bakrene elektrode.

(2) Elektroerozivna obrada očito se razlikuje od običnih kalupa. EDM je vrlo važan u obradi kalupa za profile radijatora suncokreta. Čak i ako je dizajn savršen, mali nedostatak u EDM-u uzrokovat će da cijeli kalup bude uništen. Elektroerozivna obrada ne ovisi toliko o opremi kao rezanje žicom. Uvelike ovisi o operativnim vještinama i stručnosti operatera. Elektroerozivna obrada uglavnom posvećuje pozornost sljedećih pet točaka:

①Struja elektroerozivne obrade. Za početnu EDM obradu može se koristiti struja od 7~10 A kako bi se skratilo vrijeme obrade; struja od 5~7 A može se koristiti za završnu obradu. Svrha korištenja male struje je postizanje dobre površine;

② Osigurajte ravnost čeone površine kalupa i vertikalnost bakrene elektrode. Loša ravnost čeone površine kalupa ili nedovoljna vertikalnost bakrene elektrode otežava osiguravanje da je duljina radne trake nakon EDM obrade u skladu s projektiranom duljinom radne trake. Lako je da EDM proces ne uspije ili čak probije nazubljenu radnu traku. Stoga se prije obrade mora koristiti brusilica za izravnavanje oba kraja kalupa kako bi se zadovoljili zahtjevi točnosti, a mora se koristiti indikator za ispravljanje vertikalnosti bakrene elektrode;

③ Osigurajte da je razmak između praznih noževa ravnomjeran. Tijekom početne obrade provjerite je li prazni alat pomaknut svakih 0,2 mm svaka 3 do 4 mm obrade. Ako je pomak velik, bit će ga teško ispraviti naknadnim podešavanjem;

④Pravovremeno uklonite ostatke nastale tijekom EDM procesa. Korozija uzrokovana iskrom stvorit će veliku količinu ostataka, koji se moraju na vrijeme očistiti, inače će duljina radnog remena biti različita zbog različitih visina ostataka;

⑤Kalup se mora demagnetizirati prije EDM-a.

5. Usporedba rezultata ekstruzije

Profil prikazan na slici 1 testiran je korištenjem tradicionalnog razdvojenog kalupa i nove sheme dizajna predložene u ovom članku. Usporedba rezultata prikazana je u tablici 1.

Iz rezultata usporedbe može se vidjeti da struktura kalupa ima veliki utjecaj na vijek trajanja kalupa. Kalup dizajniran prema novoj shemi ima očite prednosti i uvelike poboljšava vijek trajanja kalupa.

6. Zaključak

Kalup za ekstruziju profila radijatora suncokreta je vrsta kalupa koji je vrlo teško dizajnirati i proizvesti, a njegov dizajn i proizvodnja su relativno složeni. Stoga, kako bi se osigurala stopa uspjeha ekstruzije i vijek trajanja kalupa, moraju se postići sljedeće točke:

(1) Strukturni oblik kalupa mora biti odabran razumno. Struktura kalupa mora pogodovati smanjenju sile ekstruzije kako bi se smanjilo naprezanje na konzoli kalupa koju tvore zubi za odvođenje topline, čime se poboljšava čvrstoća kalupa. Ključno je razumno odrediti broj i raspored šantnih rupa te površinu šantnih rupa i druge parametre: prvo, širina šantnog mosta formiranog između šantnih rupa ne smije prelaziti 16 mm; drugo, površina podijeljene rupe treba biti određena tako da omjer podjele dosegne što više od 30% omjera ekstruzije, a istovremeno osigura čvrstoću kalupa.

(2) Razumno odaberite radni remen i poduzmite razumne mjere tijekom električne obrade, uključujući tehnologiju obrade bakrenih elektroda i standardne električne parametre električne obrade. Prva ključna točka je da bakrena elektroda treba biti površinski obrušena prije rezanja žicom, a metoda umetanja treba se koristiti tijekom rezanja žicom kako bi se to osiguralo. Elektrode nisu labave ili deformirane.

(3) Tijekom procesa električne obrade, elektroda mora biti precizno poravnata kako bi se izbjeglo odstupanje zuba. Naravno, na temelju razumnog dizajna i proizvodnje, korištenje visokokvalitetnog čelika za vruću obradu i postupak vakuumske toplinske obrade s tri ili više stanja može maksimizirati potencijal kalupa i postići bolje rezultate. Od dizajna, proizvodnje do ekstrudirane proizvodnje, samo ako je svaka karika točna, možemo osigurati da je profil kalupa za radijator suncokreta ekstrudiran.