Ako navrhnúť extruznú matricu na slnečnicový radiátor pre hliníkový profil?

1. Analýza štrukturálnych charakteristík hliníkových profilov

Obrázok 1 znázorňuje prierez typického hliníkového profilu slnečnicového radiátora. Prierez profilu je 7773,5 mm² s celkovým počtom 40 zubov na odvod tepla. Maximálna veľkosť závesného otvoru vytvoreného medzi zubami je 4,46 mm. Po výpočte je pomer pera medzi zubami 15,7. Zároveň je v strede profilu veľká pevná plocha s plochou 3846,5 mm².

Súdiac podľa tvarových charakteristík profilu, priestor medzi zubami možno považovať za polodutý profil a profil radiátora sa skladá z viacerých polodutých profilov. Preto je pri navrhovaní štruktúry formy kľúčové zvážiť, ako zabezpečiť pevnosť formy. Hoci pre poloduté profily priemysel vyvinul rôzne zrelé štruktúry foriem, ako napríklad „krytá deliaca forma“, „rezaná deliaca forma“, „deliaca forma závesného mostíka“ atď. Tieto štruktúry však nie sú použiteľné pre výrobky zložené z viacerých polodutých profilov. Tradičný návrh zohľadňuje iba materiály, ale pri extrúznom lisovaní má najväčší vplyv na pevnosť extrúzna sila počas procesu extrúzie a proces tvárnenia kovu je hlavným faktorom generujúcim extrúznu silu.

Vzhľadom na veľkú centrálnu pevnú plochu profilu solárneho radiátora je veľmi ľahké spôsobiť, že celkový prietok v tejto oblasti bude počas procesu extrúzie príliš rýchly a na hlave medzizubovej závesnej trubice sa vygeneruje dodatočné ťahové napätie, čo vedie k zlomeniu medzizubovej závesnej trubice. Preto by sme sa pri návrhu konštrukcie formy mali zamerať na úpravu prietoku kovu a prietoku, aby sme dosiahli cieľ zníženia extrúzneho tlaku a zlepšenia napäťového stavu zavesenej trubice medzi zubami, aby sa zlepšila pevnosť formy.

2. Výber štruktúry formy a kapacity extrúzneho lisu

2.1 Forma štruktúry formy

Pre profil slnečnicového radiátora zobrazený na obrázku 1, hoci nemá dutú časť, musí byť použitá delená štruktúra formy, ako je znázornené na obrázku 2. Na rozdiel od tradičnej štruktúry bočnej formy je komora kovovej spájkovacej stanice umiestnená v hornej forme a v spodnej forme sa používa vložená štruktúra. Účelom je znížiť náklady na formu a skrátiť výrobný cyklus formy. Horná aj spodná súprava foriem sú univerzálne a možno ich opätovne použiť. A čo je dôležitejšie, bloky otvorov pre formu je možné spracovať nezávisle, čo môže lepšie zabezpečiť presnosť pracovného pásu otvoru pre formu. Vnútorný otvor spodnej formy je navrhnutý ako schodík. Horná časť a blok otvoru pre formu majú vôľové uloženie a hodnota medzery na oboch stranách je 0,06 ~ 0,1 m; spodná časť má presné uloženie a veľkosť presnosti na oboch stranách je 0,02 ~ 0,04 m, čo pomáha zabezpečiť súososť a uľahčuje montáž, čím sa vložka stáva kompaktnejšou a zároveň sa môže zabrániť deformácii formy spôsobenej presným uložením pri tepelnej inštalácii.

2.2 Výber kapacity extrudéra

Výber kapacity extrudéra slúži na jednej strane na určenie vhodného vnútorného priemeru extrudérového valca a maximálneho špecifického tlaku extrudéra na sekciu extrudérového valca, aby sa dosiahol tlak počas tvárnenia kovu. Na druhej strane slúži na určenie vhodného extrudovacieho pomeru a výber vhodných špecifikácií veľkosti formy na základe nákladov. Pre hliníkový profil slnečnicového radiátora nemôže byť extrudovací pomer príliš veľký. Hlavným dôvodom je, že extrudovaná sila je úmerná extrudovaciemu pomeru. Čím väčší je extrudovací pomer, tým väčšia je extrudovaná sila. To je mimoriadne škodlivé pre formu hliníkového profilu slnečnicového radiátora.

Skúsenosti ukazujú, že pomer extrúzie hliníkových profilov pre slnečnicové radiátory je menší ako 25. Pre profil znázornený na obrázku 1 bol zvolený extrudér s tlakom 20,0 MN a vnútorným priemerom extruzného valca 208 mm. Po výpočte bol maximálny špecifický tlak extrudéra 589 MPa, čo je vhodnejšia hodnota. Ak je špecifický tlak príliš vysoký, tlak na formu bude veľký, čo má negatívny vplyv na životnosť formy; ak je špecifický tlak príliš nízky, forma nemôže splniť požiadavky na extrúzne tvarovanie. Skúsenosti ukazujú, že špecifický tlak v rozsahu 550~750 MPa môže lepšie spĺňať rôzne procesné požiadavky. Po výpočte je koeficient extrúzie 4,37. Špecifikácia veľkosti formy je zvolená ako 350 mmx200 mm (vonkajší priemer x stupne).

3. Stanovenie štrukturálnych parametrov formy

3.1 Konštrukčné parametre hornej formy

(1) Počet a usporiadanie odvádzacích otvorov. Pre profilovú formu slnečnicového radiátora platí, že čím viac odvádzacích otvorov, tým lepšie. Pre profily s podobným kruhovým tvarom sa zvyčajne volí 3 až 4 tradičné odvádzacie otvory. Výsledkom je, že šírka odvádzacieho mostíka je väčšia. Vo všeobecnosti, ak je väčšia ako 20 mm, počet zvarov je menší. Pri výbere pracovného pásu otvoru matrice musí byť pracovný pás otvoru matrice v spodnej časti odvádzacieho mostíka kratší. Za podmienky, že neexistuje presná metóda výpočtu pre výber pracovného pásu, to prirodzene spôsobí, že otvor matrice pod mostíkom a ostatné časti nedosiahnu presne rovnaký prietok počas extrúzie kvôli rozdielu v pracovnom páse. Tento rozdiel v prietoku spôsobí dodatočné ťahové napätie na konzole a spôsobí vychýlenie zubov rozptylu tepla. Preto je pre extrúznu formu slnečnicového radiátora s hustým počtom zubov veľmi dôležité zabezpečiť, aby bol prietok každého zuba konzistentný. S rastúcim počtom bočných otvorov sa zodpovedajúcim spôsobom zvýši aj počet bočných mostíkov a prietok a rozloženie toku kovu sa stanú rovnomernejšími. Je to preto, že so zvyšujúcim sa počtom bočných mostíkov sa môže zodpovedajúcim spôsobom zmenšiť ich šírka.

Praktické údaje ukazujú, že počet odbočovacích otvorov je vo všeobecnosti 6 alebo 8, alebo aj viac. Samozrejme, pri niektorých veľkých profiloch rozptylu tepla slnečnice môže horná forma usporiadať odbočovacie otvory aj podľa princípu šírky bočného mostíka ≤ 14 mm. Rozdiel je v tom, že na predbežné rozloženie a nastavenie toku kovu je potrebné pridať prednú deliacu dosku. Počet a usporiadanie odbočovacích otvorov v prednej odbočovacej doske je možné vykonať tradičným spôsobom.

Okrem toho, pri usporiadaní bočných otvorov by sa malo zvážiť použitie hornej formy na vhodné tienenie hlavy konzoly zuba na odvod tepla, aby sa zabránilo priamemu nárazu kovu na hlavu konzolovej rúrky a tým sa zlepšil stav napätia konzolovej rúrky. Blokovaná časť hlavy konzoly medzi zubami môže byť 1/5 až 1/4 dĺžky konzolovej rúrky. Usporiadanie bočných otvorov je znázornené na obrázku 3.

(2) Vzťah medzi plochami odbočovacieho otvoru. Pretože hrúbka steny koreňa horúceho zuba je malá a výška je ďaleko od stredu a fyzická plocha sa od stredu veľmi líši, je to najťažšia časť na tvarovanie kovu. Preto je kľúčovým bodom pri návrhu formy na profil slnečnicového radiátora čo najpomalšie spomaliť rýchlosť prúdenia centrálnej pevnej časti, aby sa zabezpečilo, že kov najprv vyplní koreň zuba. Na dosiahnutie tohto efektu je potrebné na jednej strane vybrať pracovný pás a čo je dôležitejšie, určiť plochu odbočovacieho otvoru, najmä plochu centrálnej časti zodpovedajúcu odbočovaciemu otvoru. Testy a empirické hodnoty ukazujú, že najlepší účinok sa dosiahne, keď plocha centrálneho odbočovacieho otvoru S1 a plocha vonkajšieho jednoduchého odbočovacieho otvoru S2 spĺňajú nasledujúci vzťah: S1 = (0,52 ~ 0,72) S2

Okrem toho by mal byť efektívny kanál prúdenia kovu centrálneho deliaceho otvoru o 20 ~ 25 mm dlhší ako efektívny kanál prúdenia kovu vonkajšieho deliaceho otvoru. Táto dĺžka zohľadňuje aj rezervu a možnosť opravy formy.

(3) Hĺbka zváracej komory. Extrúzna lisovacia forma na profil radiátora Sunflower sa líši od tradičnej bočnej formy. Celá jej zváracia komora musí byť umiestnená v hornej forme. Tým sa zabezpečí presnosť spracovania bloku otvorov v spodnej forme, najmä presnosť pracovného pásu. V porovnaní s tradičnou bočnou formou je potrebné zväčšiť hĺbku zváracej komory bočnej formy na profil radiátora Sunflower. Čím väčšia je kapacita extrúzneho stroja, tým väčšie je zväčšenie hĺbky zváracej komory, ktorá je 15 ~ 25 mm. Napríklad, ak sa použije extrúzny stroj s 20 MN, hĺbka zváracej komory tradičnej bočnej formy je 20 ~ 22 mm, zatiaľ čo hĺbka zváracej komory bočnej formy profilu radiátora Sunflower by mala byť 35 ~ 40 mm. Výhodou je, že kov je úplne zvarený a namáhanie zavesenej rúry je výrazne znížené. Štruktúra zváracej komory hornej formy je znázornená na obrázku 4.

3.2 Návrh vložky do otvoru matrice

Konštrukcia bloku otvoru pre matricu zahŕňa najmä veľkosť otvoru pre matricu, pracovný pás, vonkajší priemer a hrúbku zrkadlového bloku atď.

(1) Stanovenie veľkosti otvoru matrice. Veľkosť otvoru matrice sa dá určiť tradičným spôsobom, najmä s ohľadom na mierku tepelného spracovania zliatiny.

(2) Výber pracovného pásu. Princípom výberu pracovného pásu je zabezpečiť, aby bol dostatočný prísun všetkého kovu na spodnej časti koreňa zuba, aby prietok na spodnej časti koreňa zuba bol rýchlejší ako pri ostatných častiach. Preto by mal byť pracovný pás na spodnej časti koreňa zuba najkratší, s hodnotou 0,3 až 0,6 mm, a pracovný pás na susedných častiach by sa mal zväčšiť o 0,3 mm. Princípom je zväčšovať o 0,4 až 0,5 každých 10 až 15 mm smerom k stredu; po druhé, pracovný pás na najväčšej pevnej časti stredu by nemal presiahnuť 7 mm. V opačnom prípade, ak je rozdiel dĺžky pracovného pásu príliš veľký, dôjde k veľkým chybám pri spracovaní medených elektród a EDM spracovaní pracovného pásu. Táto chyba môže ľahko spôsobiť zlomenie zuba počas procesu extrúzie. Pracovný pás je znázornený na obrázku 5.

 

(3) Vonkajší priemer a hrúbka vložky. Pri tradičných bočných formách je hrúbka vložky otvoru matrice rovnaká ako hrúbka spodnej časti formy. Avšak pri forme slnečnicového radiátora, ak je efektívna hrúbka otvoru matrice príliš veľká, profil sa počas extrúzie a vyprázdňovania ľahko zrazí s formou, čo má za následok nerovnomerné zuby, škrabance alebo dokonca zaseknutie zubov. To spôsobí zlomenie zubov.

Okrem toho, ak je hrúbka otvoru matrice príliš dlhá, na jednej strane sa predĺži čas spracovania počas procesu EDM a na druhej strane je ľahké spôsobiť odchýlku elektrickej korózie a tiež je ľahké spôsobiť odchýlku zubov počas extrúzie. Samozrejme, ak je hrúbka otvoru matrice príliš malá, nie je možné zaručiť pevnosť zubov. Preto, berúc do úvahy tieto dva faktory, skúsenosti ukazujú, že stupeň vložky otvoru matrice v spodnej forme je vo všeobecnosti 40 až 50 a vonkajší priemer vložky otvoru matrice by mal byť 25 až 30 mm od najväčšieho okraja otvoru matrice po vonkajší kruh vložky.

Pre profil znázornený na obrázku 1 je vonkajší priemer a hrúbka bloku otvoru matrice 225 mm a 50 mm. Vložka otvoru matrice je znázornená na obrázku 6. D na obrázku predstavuje skutočnú veľkosť a menovitá veľkosť je 225 mm. Medzná odchýlka jeho vonkajších rozmerov je prispôsobená vnútornému otvoru spodnej formy, aby sa zabezpečilo, že jednostranná medzera je v rozsahu 0,01 až 0,02 mm. Blok otvoru matrice je znázornený na obrázku 6. Menovitá veľkosť vnútorného otvoru bloku otvoru matrice umiestneného na spodnej forme je 225 mm. Na základe skutočne nameranej veľkosti je blok otvoru matrice prispôsobený podľa princípu 0,01 až 0,02 mm na stranu. Vonkajší priemer bloku otvoru matrice je možné získať ako D, ale pre pohodlie inštalácie je možné vonkajší priemer zrkadlového bloku otvoru matrice primerane zmenšiť v rozsahu 0,1 m na vstupnom konci, ako je znázornené na obrázku.

4. Kľúčové technológie výroby foriem

Obrábanie profilovej formy na radiátor Sunflower sa veľmi nelíši od obrábania bežných hliníkových profilových foriem. Zjavný rozdiel sa prejavuje najmä v elektrickom spracovaní.

(1) Pri rezaní drôtom je potrebné zabrániť deformácii medenej elektródy. Pretože medená elektróda používaná na EDM je ťažká, zuby sú príliš malé, samotná elektróda je mäkká, má nízku tuhosť a lokálne vysoká teplota generovaná rezaním drôtom spôsobuje, že sa elektróda počas procesu rezania drôtom ľahko deformuje. Pri použití deformovaných medených elektród na spracovanie pracovných pásov a prázdnych nožov sa vyskytnú skosené zuby, čo môže ľahko spôsobiť poškodenie formy počas spracovania. Preto je potrebné zabrániť deformácii medených elektród počas výrobného procesu. Hlavné preventívne opatrenia sú: pred rezaním drôtom vyrovnajte medený blok pomocou lôžka; na začiatku použite úchylkomer na nastavenie zvislosti; pri rezaní drôtom začnite najprv od časti so zubom a nakoniec odrežte časť s hrubou stenou; občas použite odpadový strieborný drôt na vyplnenie odrezaných častí; po vyrobení drôtu použite drôtovací stroj na odrezanie krátkeho úseku s dĺžkou približne 4 mm pozdĺž odrezanej medenej elektródy.

(2) Elektroerozívne obrábanie sa samozrejme líši od bežných foriem. EDM je veľmi dôležité pri spracovaní foriem na profily slnečnicových radiátorov. Aj keď je návrh dokonalý, malá chyba v EDM spôsobí, že celá forma bude zošrotovaná. Elektroerozívne obrábanie nie je tak závislé od zariadenia ako rezanie drôtom. Vo veľkej miere závisí od obsluhy a zručností operátora. Elektroerozívne obrábanie sa zameriava najmä na nasledujúcich päť bodov:

①Prúd pre elektroerozívne obrábanie. Na počiatočné EDM obrábanie sa môže použiť prúd 7~10 A na skrátenie času spracovania; na dokončovacie obrábanie sa môže použiť prúd 5~7 A. Účelom použitia malého prúdu je dosiahnutie dobrého povrchu;

② Zabezpečte rovinnosť čelnej plochy formy a zvislosť medenej elektródy. Zlá rovinnosť čelnej plochy formy alebo nedostatočná zvislosť medenej elektródy sťažuje zabezpečenie toho, aby dĺžka pracovného pásu po EDM spracovaní zodpovedala navrhnutej dĺžke pracovného pásu. Proces EDM môže ľahko zlyhať alebo dokonca preniknúť do ozubeného pracovného pásu. Preto sa pred spracovaním musia oba konce formy sploštiť brúskou, aby sa splnili požiadavky na presnosť, a na korekciu zvislosti medenej elektródy sa musí použiť úchylkomer.

③ Uistite sa, že medzera medzi prázdnymi nožmi je rovnomerná. Počas počiatočného obrábania skontrolujte, či je prázdny nástroj posunutý o 0,2 mm každé 3 až 4 mm obrábania. Ak je posunutie veľké, bude ťažké ho následnými nastaveniami opraviť;

④Včas odstráňte zvyšky vznikajúce počas procesu EDM. Korózia spôsobená iskrovým výbojom spôsobí veľké množstvo zvyškov, ktoré je potrebné včas odstrániť, inak sa dĺžka pracovného pásu bude líšiť v dôsledku rôznych výšok zvyškov;

⑤Pred EDM musí byť forma demagnetizovaná.

5. Porovnanie výsledkov extrúzie

Profil znázornený na obrázku 1 bol testovaný s použitím tradičnej delenej formy a novej konštrukčnej schémy navrhnutej v tomto článku. Porovnanie výsledkov je uvedené v tabuľke 1.

Z výsledkov porovnania je zrejmé, že konštrukcia formy má veľký vplyv na životnosť formy. Forma navrhnutá pomocou novej schémy má zjavné výhody a výrazne predlžuje životnosť formy.

6. Záver

Extruzná forma na profil slnečnicového radiátora je typ formy, ktorú je veľmi ťažké navrhnúť a vyrobiť, a jej návrh a výroba sú pomerne zložité. Preto, aby sa zabezpečila úspešnosť extrúzie a životnosť formy, je potrebné splniť nasledujúce body:

(1) Konštrukčný tvar formy musí byť zvolený rozumne. Štruktúra formy musí byť priaznivá na zníženie extrúznej sily, aby sa znížilo namáhanie konzoly formy tvorenej zubami rozptylu tepla, čím sa zlepší pevnosť formy. Kľúčom je rozumne určiť počet a usporiadanie bočných otvorov a plochu bočných otvorov a ďalšie parametre: po prvé, šírka bočného mostíka vytvoreného medzi bočnými otvormi by nemala presiahnuť 16 mm; po druhé, plocha deliaceho otvoru by mala byť určená tak, aby deliaci pomer dosiahol čo najviac 30 % extrúzneho pomeru a zároveň sa zabezpečila pevnosť formy.

(2) Pri elektrickom obrábaní je potrebné rozumne zvoliť pracovný pás a prijať primerané opatrenia vrátane technológie spracovania medených elektród a štandardných elektrických parametrov elektrického obrábania. Prvým kľúčovým bodom je, že medená elektróda by mala byť pred rezaním drôtom povrchovo obrúsená a pri rezaní drôtom by sa mala použiť metóda vkladania, aby sa zabezpečilo, že elektródy nie sú uvoľnené ani deformované.

(3) Počas procesu elektrického obrábania musí byť elektróda presne zarovnaná, aby sa predišlo odchýlkam zubov. Samozrejme, na základe rozumného návrhu a výroby môže použitie vysokokvalitnej ocele na výrobu foriem na teplé tvárnenie a proces vákuového tepelného spracovania s tromi alebo viacerými stupňami tvrdosti maximalizovať potenciál formy a dosiahnuť lepšie výsledky. Od návrhu, výroby až po extrúznu výrobu, iba ak je každý článok presný, môžeme zabezpečiť, aby sa forma na profil slnečnicového radiátora extrudovala.