Kako dizajnirati ekstruzijsku matricu za radijator suncokreta za aluminijski profil?

1. Analiza strukturnih karakteristika aluminijskih profila

Slika 1 prikazuje poprečni presjek tipičnog aluminijumskog profila radijatora suncokreta. Površina poprečnog presjeka profila je 7773,5 mm², sa ukupno 40 zubaca za odvođenje toplote. Maksimalna veličina otvora za vješanje formiranog između zubaca je 4,46 mm. Nakon proračuna, odnos pera između zubaca je 15,7. Istovremeno, u sredini profila nalazi se velika čvrsta površina, površine 3846,5 mm².

Sudeći po karakteristikama oblika profila, prostor između zuba može se smatrati polu-šupljim profilima, a profil radijatora je sastavljen od više polu-šupljih profila. Stoga je prilikom dizajniranja 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 livenja, najveći utjecaj na čvrstoću ima sila ekstruzije tokom procesa ekstruzije, a proces oblikovanja metala je glavni faktor koji generira silu ekstruzije.

Zbog velike centralne pune površine profila solarnog radijatora, vrlo je lako uzrokovati da ukupna brzina protoka u ovom području bude prebrza tokom procesa ekstruzije, a dodatni zatezni napon će se generirati na glavi međuzubne cijevi za ovjes, što će rezultirati lomom međuzubne cijevi za ovjes. Stoga, prilikom dizajniranja strukture kalupa, trebali bismo se fokusirati na podešavanje brzine protoka metala i brzine protoka kako bismo postigli cilj smanjenja pritiska ekstruzije i poboljšanja stanja napona u cijevi za ovjes između zuba, kako bi se poboljšala čvrstoća kalupa.

2. Izbor strukture kalupa i kapaciteta ekstruzijske prese

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 sa spojnim dijelom, komora metalne lemilice smještena je u gornjem kalupu, a u donjem kalupu se koristi umetnuta struktura. Svrha je smanjenje troškova kalupa i skraćivanje ciklusa proizvodnje kalupa. I gornji i donji setovi kalupa su univerzalni i mogu se ponovo koristiti. Što je još važnije, blokovi rupa za kalup mogu se obrađivati ​​nezavisno, što može bolje osigurati tačnost radne trake za rupu za kalup. Unutrašnja rupa donjeg kalupa je dizajnirana kao stepenica. Gornji dio i blok rupe za kalup usvajaju zazor, a vrijednost zazora na obje strane je 0,06~0,1 m; donji dio usvaja interferencijski spoj, a veličina interferencije na obje strane je 0,02~0,04 m, što pomaže u osiguravanju koaksijalnosti i olakšava montažu, čineći uložak kompaktnijim, a istovremeno može izbjeći deformaciju kalupa uzrokovanu termičkim interferencijskim spojem prilikom instalacije.

2.2 Izbor kapaciteta ekstrudera

Izbor kapaciteta ekstrudera, s jedne strane, služi za određivanje odgovarajućeg unutrašnjeg prečnika ekstruzionog cilindra i maksimalnog specifičnog pritiska ekstrudera na dijelu ekstruzionog cilindra kako bi se zadovoljio pritisak tokom oblikovanja metala. S druge strane, služi za određivanje odgovarajućeg omjera ekstruzije i odabir odgovarajućih specifikacija veličine kalupa na osnovu 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. Ovo 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 proračuna, maksimalni specifični pritisak ekstrudera je 589 MPa, što je prikladnija vrijednost. Ako je specifični pritisak previsok, pritisak na kalup će biti velik, što je štetno za vijek trajanja kalupa; ako je specifični pritisak prenizak, ne može ispuniti zahtjeve ekstruzijskog oblikovanja. Iskustvo pokazuje da specifični pritisak u rasponu od 550~750 MPa može bolje zadovoljiti različite zahtjeve procesa. Nakon proračuna, koeficijent ekstruzije je 4,37. Specifikacija veličine kalupa odabrana je kao 350 mmx200 mm (vanjski promjer x stepeni).

3. Određivanje strukturnih parametara kalupa

3.1 Konstrukcijski parametri gornjeg kalupa

(1) Broj i raspored preusmjeravajućih otvora. Za kalup za profilni radijator suncokreta, što je veći broj preusmjeravajućih otvora, to bolje. Za profile sličnih kružnih oblika, obično se biraju 3 do 4 tradicionalna preusmjeravajuća otvora. Rezultat je da je širina preusmjeravajućeg mosta veća. Općenito, kada je veća od 20 mm, broj zavara je manji. Međutim, pri odabiru radnog pojasa otvora matrice, radni pojas otvora matrice na dnu preusmjeravajućeg mosta mora biti kraći. Pod uslovom da ne postoji precizna metoda proračuna za odabir radnog pojasa, to će prirodno uzrokovati da otvor matrice ispod mosta i drugi dijelovi ne postignu potpuno istu brzinu protoka tokom ekstruzije zbog razlike u radnom pojasu. Ova razlika u brzini protoka će proizvesti dodatno zatezno naprezanje na konzoli i uzrokovati otklon zuba za odvođenje toplote. Stoga je za ekstruzijski kalup za radijator suncokreta sa gustim brojem zuba vrlo važno osigurati da je brzina protoka svakog zuba konzistentna. Kako se broj rupa za spajanje povećava, tako će se shodno tome povećavati i broj mostova za spajanje, 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 shodno tome smanjiti.

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

Pored toga, prilikom raspoređivanja otvora za shunt, treba uzeti u obzir korištenje gornjeg kalupa za odgovarajuću zaštitu glave konzole zuba za odvođenje toplote kako bi se spriječilo da metal direktno udari u glavu konzolne cijevi i time poboljša stanje napona konzolne cijevi. Blokirani dio glave konzole između zuba može biti 1/5~1/4 dužine konzolne cijevi. Raspored otvora za shunt prikazan je na slici 3.

(2) Odnos površine otvora za preusmjeravanje. Budući da je debljina stijenke korijena vrućeg zuba mala, a visina daleko od centra, te se fizička površina vrlo razlikuje od centra, to je najteži dio za oblikovanje metala. Stoga je ključna tačka u dizajnu kalupa za profil radijatora suncokreta da se brzina protoka centralnog punog dijela učini što sporijom kako bi se osiguralo da metal prvo ispuni korijen zuba. Da bi se postigao takav efekat, s jedne strane, to je odabir radnog pojasa, a što je još važnije, određivanje površine otvora za preusmjeravanje, uglavnom površine centralnog dijela koji odgovara otvoru za preusmjeravanje. Testovi i empirijske vrijednosti pokazuju da se najbolji efekat postiže kada površina centralnog 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 centralnog otvora razdjelnika trebao bi biti 20~25 mm duži od efektivnog kanala protoka metala vanjskog otvora razdjelnika. Ova dužina 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 osigurava tačnost obrade bloka rupa donjeg kalupa, posebno tačnost radne trake. U poređenju sa tradicionalnim kalupom za usmjeravanje, dubina komore za zavarivanje kalupa za profil radijatora Sunflower treba da se poveća. Što je veći kapacitet ekstruzijske mašine, to je veće povećanje dubine komore za zavarivanje, koja iznosi 15~25 mm. Na primjer, ako se koristi ekstruzijska mašina od 20 MN, dubina komore za zavarivanje tradicionalnog kalupa za usmjeravanje je 20~22 mm, dok dubina komore za zavarivanje usmjeravajućeg kalupa profila radijatora Sunflower treba da bude 35~40 mm. Prednost ovoga je što je metal potpuno zavaren i napon na visećoj cijevi je znatno smanjen. Struktura komore za zavarivanje gornjeg 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 pojas, vanjski promjer i debljinu bloka ogledala itd.

(1) Određivanje veličine otvora matrice. Veličina otvora matrice može se odrediti na tradicionalan način, uglavnom uzimajući u obzir veličinu 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, radna traka na dnu korijena zuba treba 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 povećanje za 0,4~0,5 svakih 10~15 mm prema centru; drugo, radna traka na najvećem čvrstom dijelu centra ne smije prelaziti 7 mm. U suprotnom, ako je razlika u dužini radne trake prevelika, doći će do velikih grešaka u obradi bakrenih elektroda i EDM obradi radne trake. Ova greška može lako uzrokovati lom zuba tokom procesa ekstruzije. Radna traka je prikazana 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 lako udariti u kalup tokom ekstruzije i pražnjenja, što će rezultirati neravnim zubima, ogrebotinama ili čak zaglavljivanjem zuba. To će uzrokovati lom zuba.

Osim toga, ako je debljina otvora matrice prevelika, s jedne strane, vrijeme obrade je dugo tokom EDM procesa, a s druge strane, lako je uzrokovati odstupanje električne korozije, a također je lako uzrokovati odstupanje zuba tokom ekstruzije. Naravno, ako je debljina otvora matrice premala, čvrstoća zuba se ne može garantovati. Stoga, uzimajući u obzir ova dva faktora, iskustvo pokazuje da je stepen umetanja otvora matrice donjeg kalupa uglavnom 40 do 50; a vanjski promjer umetanja otvora matrice treba biti 25 do 30 mm od najveće ivice otvora matrice do vanjskog kruga umetka.

Za profil prikazan na Slici 1, vanjski promjer i debljina bloka rupe matrice su 225 mm i 50 mm respektivno. Uložak rupe matrice prikazan je na Slici 6. D na slici predstavlja stvarnu veličinu, a nominalna veličina je 225 mm. Granično odstupanje njegovih vanjskih dimenzija usklađeno je prema unutarnjem otvoru donjeg kalupa kako bi se osiguralo da je jednostrani zazor u rasponu od 0,01~0,02 mm. Blok rupe matrice prikazan je na Slici 6. Nominalna veličina unutarnjeg otvora bloka rupe matrice postavljenog na donji kalup je 225 mm. Na osnovu stvarno 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 ogledala rupe matrice može se odgovarajuće smanjiti u rasponu od 0,1 m na kraju za dovod, kao što je prikazano na slici.

4. Ključne tehnologije proizvodnje kalupa

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

(1) Kod rezanja žicom, potrebno je spriječiti deformaciju bakarne elektrode. Budući da je bakarna elektroda koja se koristi za EDM teška, zubi su premali, sama elektroda je mekana, ima slabu krutost, a lokalna visoka temperatura koju generira rezanje žicom uzrokuje da se elektroda lako deformira tokom procesa rezanja žicom. Prilikom korištenja deformiranih bakarnih elektroda za obradu radnih traka i praznih noževa, doći će do iskrivljenih zuba, što može lako uzrokovati oštećenje kalupa tokom obrade. Stoga je potrebno spriječiti deformaciju bakarnih elektroda tokom procesa proizvodnje u toku. Glavne preventivne mjere su: prije rezanja žicom, poravnajte bakarni blok s podlogom; 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 napravljena, koristite mašinu za rezanje žicom da odrežete kratki dio od oko 4 mm duž dužine izrezane bakarne elektrode.

(2) Elektroerozivna obrada se očigledno razlikuje od običnih kalupa. EDM je veoma važan u obradi kalupa za profile radijatora suncokreta. Čak i ako je dizajn savršen, mali nedostatak u EDM-u će uzrokovati da cijeli kalup bude uništen. Elektroerozivna obrada ne zavisi toliko od opreme kao rezanje žicom. Uveliko zavisi od operativnih vještina i stručnosti operatera. Elektroerozivna obrada uglavnom posvećuje pažnju sljedećih pet tačaka:

①Struja elektroerozivne obrade. Struja od 7~10 A može se koristiti za početnu EDM obradu radi skraćivanja vremena obrade; struja od 5~7 A može se koristiti za završnu obradu. Svrha korištenja male struje je dobijanje dobre površine;

② Osigurajte ravnost čeone površine kalupa i vertikalnost bakarne elektrode. Loša ravnost čeone površine kalupa ili nedovoljna vertikalnost bakarne elektrode otežava osiguravanje da dužina radne trake nakon EDM obrade bude u skladu s projektovanom dužinom radne trake. Lako je da EDM proces ne uspije ili čak probije nazubljenu radnu traku. Stoga, prije obrade, brusilica mora koristiti poravnavanje oba kraja kalupa kako bi se ispunili zahtjevi tačnosti, a indikator mora koristiti brojčanik za korekciju vertikalnosti bakarne elektrode;

③ Osigurajte da je razmak između praznih noževa jednak. Tokom početne obrade, provjerite da li je prazan alat pomaknut na svakih 0,2 mm na svaka 3 do 4 mm obrade. Ako je pomak velik, bit će ga teško ispraviti naknadnim podešavanjima;

④Blagovremeno uklonite ostatke nastale tokom EDM procesa. Korozija usljed varničnog pražnjenja će proizvesti veliku količinu ostataka, koji se moraju na vrijeme očistiti, u suprotnom će dužina radne trake biti različita zbog različitih visina ostataka;

⑤Kalup se mora demagnetizirati prije EDM-a.

5. Poređenje rezultata ekstruzije

Profil prikazan na Slici 1 testiran je korištenjem tradicionalnog razdvojenog kalupa i nove sheme dizajna predložene u ovom članku. Poređenje rezultata prikazano je u Tabeli 1.

Iz rezultata poređenja se može vidjeti da struktura kalupa ima veliki utjecaj na vijek trajanja kalupa. Kalup dizajniran korištenjem nove sheme ima očigledne prednosti i znatno 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 biti pogodna za smanjenje sile ekstruzije kako bi se smanjio napon na konzoli kalupa formiranoj zubima za odvođenje toplote, čime se poboljšava čvrstoća kalupa. Ključno je razumno odrediti broj i raspored šantnih otvora i površinu šantnih otvora i druge parametre: prvo, širina šantnog mosta formiranog između šantnih otvora ne smije prelaziti 16 mm; drugo, površina podijeljenog otvora treba biti određena tako da omjer podjele dostigne što više od 30% omjera ekstruzije, a istovremeno osigura čvrstoću kalupa.

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

(3) Tokom procesa električne obrade, elektroda mora biti precizno poravnata kako bi se izbjeglo odstupanje zuba. Naravno, na osnovu razumnog dizajna i proizvodnje, upotreba visokokvalitetnog čelika za kalupe za vruću obradu i proces vakuumske termičke obrade od tri ili više stanja mogu maksimizirati potencijal kalupa i postići bolje rezultate. Od dizajna, proizvodnje do ekstrudirane proizvodnje, samo ako je svaka karika precizna, možemo osigurati da je kalup za profil radijatora suncokreta ekstrudiran.