Kako oblikovati ekstruzijsko matrico za radiatorje sončnic za aluminijast profil?

1. Analiza strukturnih značilnosti aluminijastih profilov

Slika 1 prikazuje prečni prerez tipičnega aluminijastega profila za radiator sončničnega tipa. Površina prečnega prereza profila je 7773,5 mm², s skupno 40 zobmi za odvajanje toplote. Največja velikost odprtine za obešanje med zobmi je 4,46 mm. Po izračunu je razmerje peresa med zobmi 15,7. Hkrati je v središču profila velika trdna površina s površino 3846,5 mm².

Glede na oblikovne značilnosti profila lahko prostor med zobmi štejemo za polvotli profil, profil radiatorja pa je sestavljen iz več polvotlih profilov. Zato je pri načrtovanju strukture kalupa ključnega pomena upoštevati, kako zagotoviti trdnost kalupa. Čeprav je industrija za polvotle profile razvila različne zrele strukture kalupov, kot so "pokriti razdelilnik", "rezani razdelilnik", "razdelilnik visečega mostu" itd. Vendar te strukture niso uporabne za izdelke, sestavljene iz več polvotlih profilov. Tradicionalna zasnova upošteva le materiale, pri ekstruzijskem oblikovanju pa ima največji vpliv na trdnost ekstruzijska sila med postopkom ekstrudiranja, glavni dejavnik, ki ustvarja ekstruzijsko silo, pa je postopek oblikovanja kovine.

Zaradi velike osrednje trdne površine profila sončnega radiatorja je med ekstruzijo zelo enostavno povzročiti prehiter pretok na tem območju, kar povzroči dodatno natezno napetost na glavi medzobne viseče cevi, kar povzroči zlom medzobne viseče cevi. Zato se moramo pri načrtovanju strukture kalupa osredotočiti na prilagoditev pretoka kovine in pretoka, da dosežemo cilj zmanjšanja tlaka ekstrudiranja in izboljšanja napetostnega stanja viseče cevi med zobmi, s čimer se izboljša trdnost kalupa.

2. Izbira strukture kalupa in zmogljivosti ekstruzijske stiskalnice

2.1 Oblika strukture kalupa

Za profil sončničnega radiatorja, prikazan na sliki 1, čeprav nima votlega dela, mora imeti strukturo deljega kalupa, kot je prikazano na sliki 2. Za razliko od tradicionalne strukture shunt kalupa je kovinska spajkalna postaja nameščena v zgornjem kalupu, v spodnjem kalupu pa je uporabljena vstavna struktura. Namen je zmanjšati stroške kalupa in skrajšati cikel izdelave kalupa. Tako zgornji kot spodnji komplet kalupov sta univerzalna in ju je mogoče ponovno uporabiti. Še pomembneje je, da se bloki lukenj za kalupe lahko obdelujejo neodvisno, kar lahko bolje zagotovi natančnost delovnega traku lukenj za kalupe. Notranja luknja spodnjega kalupa je zasnovana kot stopnica. Zgornji del in blok luknje za kalup se prilegata z zračnostjo, vrednost reže na obeh straneh pa je 0,06~0,1 m; spodnji del se prilega z interferenco, količina interference na obeh straneh pa je 0,02~0,04 m, kar pomaga zagotoviti koaksialnost in olajša montažo, zaradi česar je vložek bolj kompakten, hkrati pa se lahko izognemo deformaciji kalupa zaradi termičnega prileganja pri namestitvi.

2.2 Izbira zmogljivosti ekstruderja

Izbira zmogljivosti ekstruderja je namenjena predvsem določitvi ustreznega notranjega premera ekstruzijske cevi in ​​največjega specifičnega tlaka ekstruderja na del ekstruzijske cevi, da se doseže tlak med oblikovanjem kovine. Po drugi strani pa je treba določiti ustrezno ekstruzijsko razmerje in izbrati ustrezne specifikacije velikosti kalupa glede na stroške. Pri aluminijastem profilu sončničnega radiatorja ekstruzijsko razmerje ne sme biti preveliko. Glavni razlog je, da je ekstruzijska sila sorazmerna z ekstruzijskim razmerjem. Večje kot je ekstruzijsko razmerje, večja je ekstruzijska sila. To je izjemno škodljivo za kalup aluminijastega profila sončničnega radiatorja.

Izkušnje kažejo, da je razmerje ekstruzije aluminijastih profilov za sončnične radiatorje manjše od 25. Za profil, prikazan na sliki 1, je bil izbran ekstruder z 20,0 MN in notranjim premerom ekstruzijske cevi 208 mm. Po izračunu je bil največji specifični tlak ekstruderja 589 MPa, kar je ustreznejša vrednost. Če je specifični tlak previsok, bo tlak na kalup velik, kar škoduje življenjski dobi kalupa; če je specifični tlak prenizek, ne more izpolniti zahtev ekstruzijskega oblikovanja. Izkušnje kažejo, da lahko specifični tlak v območju 550~750 MPa bolje izpolni različne procesne zahteve. Po izračunu je koeficient ekstruzije 4,37. Izbrana specifikacija velikosti kalupa je 350 mm x 200 mm (zunanji premer x stopinje).

3. Določanje strukturnih parametrov kalupa

3.1 Strukturni parametri zgornjega kalupa

(1) Število in razporeditev preusmerjevalnih lukenj. Pri premičnem kalupu za profil radiatorja sončnice velja, da večje število premičnih lukenj pomeni boljše. Za profile s podobnimi krožnimi oblikami se običajno izberejo 3 do 4 tradicionalne premične luknje. Posledica tega je, da je širina premične premostitve večja. Na splošno velja, da je pri širini večjo od 20 mm število zvarov manjše. Vendar pa mora biti pri izbiri delovnega pasu luknje matrice delovni pas luknje matrice na dnu premične premostitve krajši. Če ni natančne metode izračuna za izbiro delovnega pasu, bo to seveda povzročilo, da luknja matrice pod mostom in drugi deli med ekstrudiranjem ne bodo dosegli popolnoma enake hitrosti pretoka zaradi razlike v delovnem pasu. Ta razlika v hitrosti pretoka bo povzročila dodatno natezno obremenitev konzole in povzročila upogib zob za odvajanje toplote. Zato je pri ekstruzijskem kalupu za radiatorje sončnice z gostim številom zob zelo pomembno zagotoviti, da je hitrost pretoka vsakega zoba enakomerna. Z naraščanjem števila shuntnih odprtin se bo ustrezno povečalo tudi število shuntnih mostičkov, pretok in porazdelitev toka kovine pa bosta postala bolj enakomerna. To je zato, ker se lahko z naraščanjem števila shuntnih mostičkov ustrezno zmanjša njihova širina.

Praktični podatki kažejo, da je število premostitvenih lukenj običajno 6 ali 8 ali celo več. Seveda lahko pri nekaterih velikih profilih odvajanja toplote sončnic zgornji kalup razporedi premostitvene luknje tudi po načelu širine premostitvenega mostu ≤ 14 mm. Razlika je v tem, da je treba dodati sprednjo delilno ploščo za predhodno porazdelitev in nastavitev pretoka kovine. Število in razporeditev preusmeritvenih lukenj v sprednji preusmerjevalni plošči se lahko izvede na tradicionalen način.

Poleg tega je treba pri razporejanju premostitvenih odprtin upoštevati uporabo zgornjega kalupa za ustrezno zaščito glave konzole zoba za odvajanje toplote, da se prepreči neposreden udar kovine v glavo konzolne cevi in ​​s tem izboljša napetostno stanje konzolne cevi. Blokirani del konzolne glave med zobmi je lahko 1/5~1/4 dolžine konzolne cevi. Razporeditev premostitvenih odprtin je prikazana na sliki 3.

(2) Razmerje med površinami premostitvene odprtine. Ker je debelina stene korena vročega zoba majhna in višina daleč od središča, fizična površina pa se zelo razlikuje od središča, je to najtežje oblikovati kovino. Zato je ključna točka pri zasnovi kalupa za profil sončničnega radiatorja čim počasnejši pretok osrednjega trdnega dela, da se zagotovi, da kovina najprej napolni koren zoba. Da bi dosegli takšen učinek, je treba najprej izbrati delovni trak in, kar je še pomembneje, določiti površino premostitvene odprtine, predvsem površino osrednjega dela, ki ustreza premostitveni odprtini. Preskusi in empirične vrednosti kažejo, da je najboljši učinek dosežen, ko površina osrednje premostitvene odprtine S1 in površina zunanje enojne premostitvene odprtine S2 izpolnjujeta naslednje razmerje: S1 = (0,52 ~ 0,72) S2

Poleg tega mora biti efektivni kanal pretoka kovine osrednje razdelilne odprtine 20~25 mm daljši od efektivnega kanala pretoka kovine zunanje razdelilne odprtine. Ta dolžina upošteva tudi rob in možnost popravila kalupa.

(3) Globina varilne komore. Ekstruzijski kalup za profil radiatorja Sunflower se razlikuje od tradicionalnega shunt kalupa. Celotna varilna komora mora biti nameščena v zgornjem orodju. To zagotavlja natančnost obdelave lukenj spodnjega orodja, zlasti natančnost delovnega traku. V primerjavi s tradicionalnim shunt kalupom je treba povečati globino varilne komore shunt kalupa za profil radiatorja Sunflower. Večja kot je zmogljivost ekstruzijskega stroja, večje je povečanje globine varilne komore, ki znaša 15~25 mm. Na primer, če se uporablja ekstruzijski stroj z 20 MN, je globina varilne komore tradicionalnega shunt kalupa 20~22 mm, medtem ko mora biti globina varilne komore shunt kalupa profila radiatorja Sunflower 35~40 mm. Prednost tega je, da je kovina popolnoma varjena in se obremenitev viseče cevi močno zmanjša. Struktura varilne komore zgornjega kalupa je prikazana na sliki 4.

3.2 Zasnova vložka za luknjo matrice

Zasnova bloka zrcalne luknje vključuje predvsem velikost luknje, delovni pas, zunanji premer in debelino zrcalne plošče itd.

(1) Določanje velikosti luknje v kalupu. Velikost luknje v kalupu se lahko določi na tradicionalen način, predvsem z upoštevanjem obsega termične obdelave zlitine.

(2) Izbira delovnega traku. Načelo izbire delovnega traku je najprej zagotoviti, da je dovod vse kovine na dnu korenine zoba zadosten, tako da je pretok na dnu korenine zoba hitrejši kot na drugih delih. Zato mora biti delovni trak na dnu korenine zoba najkrajši, z vrednostjo 0,3~0,6 mm, delovni trak na sosednjih delih pa je treba povečati za 0,3 mm. Načelo je, da se dolžina traku poveča za 0,4~0,5 mm vsakih 10~15 mm proti sredini; drugič, delovni trak na največjem trdnem delu središča ne sme presegati 7 mm. V nasprotnem primeru, če je razlika v dolžini delovnega traku prevelika, bodo pri obdelavi bakrenih elektrod in EDM obdelavi delovnega traku nastale velike napake. Ta napaka lahko zlahka povzroči, da se zob med postopkom ekstrudiranja zlomi. Delovni trak je prikazan na sliki 5.

 

(3) Zunanji premer in debelina vložka. Pri tradicionalnih kalupih za premostitev je debelina vložka luknje v kalupu enaka debelini spodnjega kalupa. Če pa je pri kalupu za sončnični radiator efektivna debelina luknje v kalupu prevelika, bo profil med ekstrudiranjem in praznjenjem zlahka trčil v kalup, kar bo povzročilo neenakomerne zobe, praske ali celo zatikanje zob. To bo povzročilo zlom zob.

Poleg tega, če je debelina luknje v kalupu prevelika, se po eni strani čas obdelave med postopkom EDM podaljša, po drugi strani pa lahko pride do odstopanja zaradi električne korozije in odstopanja zob med ekstrudiranjem. Seveda, če je debelina luknje v kalupu premajhna, ni mogoče zagotoviti trdnosti zob. Zato izkušnje kažejo, da je ob upoštevanju teh dveh dejavnikov stopnja vstavka luknje v kalupu običajno od 40 do 50, zunanji premer vstavka luknje v kalupu pa mora biti od največjega roba luknje v kalupu do zunanjega kroga vstavka 25 do 30 mm.

Za profil, prikazan na sliki 1, sta zunanji premer in debelina bloka z luknjo za matrico 225 mm oziroma 50 mm. Vložek z luknjo za matrico je prikazan na sliki 6. D na sliki predstavlja dejansko velikost, nazivna velikost pa 225 mm. Mejno odstopanje zunanjih dimenzij se ujema z notranjo luknjo spodnjega kalupa, da se zagotovi, da je enostranska reža v območju 0,01~0,02 mm. Blok z luknjo za matrico je prikazan na sliki 6. Nazivna velikost notranje luknje bloka z luknjo za matrico, nameščenega na spodnjem kalupu, je 225 mm. Na podlagi dejansko izmerjene velikosti se blok z luknjo za matrico ujema po načelu 0,01~0,02 mm na stran. Zunanji premer bloka z luknjo za matrico je mogoče dobiti kot D, vendar se lahko zaradi lažje namestitve zunanji premer zrcalnega bloka z luknjo za matrico na dovodnem koncu ustrezno zmanjša v območju 0,1 m, kot je prikazano na sliki.

4. Ključne tehnologije izdelave kalupov

Obdelava kalupa za profil radiatorja Sunflower se ne razlikuje bistveno od obdelave običajnih aluminijastih profilnih kalupov. Očitna razlika se kaže predvsem v električni obdelavi.

(1) Pri rezanju žice je treba preprečiti deformacijo bakrene elektrode. Ker je bakrena elektroda, ki se uporablja za EDM, težka, so zobje premajhni, elektroda sama je mehka in ima slabo togost, lokalna visoka temperatura, ki nastane pri rezanju žice, pa povzroči, da se elektroda med postopkom rezanja žice zlahka deformira. Pri uporabi deformiranih bakrenih elektrod za obdelavo delovnih trakov in praznih nožev se zobje poševijo, kar lahko med obdelavo zlahka povzroči, da se kalup olupi. Zato je treba preprečiti deformacijo bakrenih elektrod med postopkom proizvodnje. Glavni preventivni ukrepi so: pred rezanjem žice bakreni blok poravnajte s posteljo; na začetku uporabite merilno uro za nastavitev navpičnosti; pri rezanju žice najprej začnite od zobatega dela in na koncu odrežite del z debelo steno; občasno uporabite odpadno srebrno žico za zapolnitev odrezanih delov; po izdelavi žice z žičnim strojem odrežite kratek odsek, dolg približno 4 mm, vzdolž dolžine odrezane bakrene elektrode.

(2) Elektroerozijska obdelava se očitno razlikuje od običajnih kalupov. EDM je zelo pomembna pri obdelavi kalupov za profile sončničnih radiatorjev. Tudi če je zasnova popolna, bo majhna napaka pri EDM povzročila, da se celoten kalup zavrže. Elektroerozijska obdelava ni tako odvisna od opreme kot žično rezanje. V veliki meri je odvisna od operativnih veščin in znanja upravljavca. Elektroerozijska obdelava je v glavnem osredotočena na naslednjih pet točk:

①Tok elektroerozije za obdelavo. Za začetno EDM obdelavo se lahko uporabi tok 7~10 A za skrajšanje časa obdelave; za končno obdelavo se lahko uporabi tok 5~7 ​​A. Namen uporabe majhnega toka je doseči dobro površino;

② Zagotovite ravnost čelne ploskve kalupa in navpičnost bakrene elektrode. Slaba ravnost čelne ploskve kalupa ali nezadostna navpičnost bakrene elektrode otežuje zagotavljanje skladnosti dolžine delovnega traku po obdelavi z erozijsko obdelavo z načrtovano dolžino delovnega traku. Postopek erozije lahko zlahka odpove ali celo predre zobati delovni trak. Zato je treba pred obdelavo uporabiti brusilnik za sploščenje obeh koncev kalupa, da se izpolnijo zahteve glede natančnosti, in uporabiti merilno uro za korekcijo navpičnosti bakrene elektrode;

③ Zagotovite, da je razmik med praznima nožema enakomeren. Med začetno obdelavo preverite, ali je prazno orodje premaknjeno za vsakih 0,2 mm na vsakih 3 do 4 mm obdelave. Če je odmik velik, ga bo težko popraviti z naknadnimi nastavitvami;

④Ostanke, ki nastanejo med postopkom erozije, pravočasno odstranite. Korozija zaradi iskrenja bo povzročila veliko količino ostankov, ki jih je treba pravočasno očistiti, sicer bo dolžina delovnega traku zaradi različnih višin ostankov različna;

⑤Pred EDM je treba kalup razmagnetizirati.

5. Primerjava rezultatov ekstrudiranja

Profil, prikazan na sliki 1, je bil preizkušen z uporabo tradicionalnega deljenega kalupa in nove sheme oblikovanja, predlagane v tem članku. Primerjava rezultatov je prikazana v tabeli 1.

Iz primerjalnih rezultatov je razvidno, da ima struktura kalupa velik vpliv na življenjsko dobo kalupa. Kalup, zasnovan po novi shemi, ima očitne prednosti in močno izboljša življenjsko dobo kalupa.

6. Zaključek

Ekstruzijski kalup za profil radiatorja sončnice je vrsta kalupa, ki ga je zelo težko načrtovati in izdelati, njegova zasnova in izdelava pa sta relativno zapleteni. Zato je treba za zagotovitev uspešnosti ekstrudiranja in življenjske dobe kalupa doseči naslednje točke:

(1) Oblika kalupa mora biti izbrana razumno. Struktura kalupa mora biti ugodna za zmanjšanje sile iztiskanja, da se zmanjša obremenitev konzole kalupa, ki jo tvorijo zobje za odvajanje toplote, s čimer se izboljša trdnost kalupa. Ključno je razumno določiti število in razporeditev premostitvenih odprtin ter njihovo površino in druge parametre: prvič, širina premostitvenega mostu med premostitvenimi odprtinami ne sme presegati 16 mm; drugič, površino razcepljene odprtine je treba določiti tako, da razmerje razcepitve doseže čim več kot 30 % razmerja iztiskanja, hkrati pa se zagotovi trdnost kalupa.

(2) Med električno obdelavo izberite delovni trak razumno in sprejmite razumne ukrepe, vključno s tehnologijo obdelave bakrenih elektrod in električnimi standardnimi parametri električne obdelave. Prva ključna točka je, da je treba bakreno elektrodo pred rezanjem žice površinsko zbrusiti, med rezanjem žice pa je treba uporabiti metodo vstavljanja, da se to zagotovi. Elektrode niso ohlapne ali deformirane.

(3) Med postopkom električne obdelave mora biti elektroda natančno poravnana, da se prepreči odstopanje zob. Seveda lahko na podlagi razumne zasnove in izdelave uporaba visokokakovostnega jekla za vroče obdelavo in postopek vakuumske toplotne obdelave s tremi ali več temperaturami maksimizira potencial kalupa in doseže boljše rezultate. Od zasnove, izdelave do ekstrudiranja lahko le, če je vsak člen natančen, zagotovimo, da je kalup za profil radiatorja sončnice ekstrudiran.