Как да проектираме екструдираща матрица за слънчогледови радиатори за алуминиев профил?

1. Анализ на структурните характеристики на алуминиеви профилни сечения

Фигура 1 показва напречното сечение на типичен алуминиев профил за радиатор тип слънчоглед. Площта на напречното сечение на профила е 7773,5 мм², с общо 40 зъба за разсейване на топлината. Максималният размер на отвора за окачване, образуван между зъбите, е 4,46 мм. След изчисление, съотношението на езика между зъбите е 15,7. В същото време в центъра на профила има голяма плътна площ с площ от 3846,5 мм².

Съдейки по характеристиките на формата на профила, пространството между зъбите може да се счита за полукухи профили, а профилът на радиатора е съставен от множество полукухи профили. Следователно, при проектирането на структурата на матрицата, ключовото е да се обмисли как да се осигури здравината на матрицата. Въпреки че за полукухите профили индустрията е разработила разнообразни зрели структури на матриците, като например „покрита разделителна матрица“, „разрязана разделителна матрица“, „разделителна матрица за окачващ мост“ и др. Тези структури обаче не са приложими за продукти, съставени от множество полукухи профили. Традиционният дизайн отчита само материалите, но при екструдирането, най-голямо влияние върху якостта има силата на екструдиране по време на процеса на екструдиране, а процесът на формоване на метала е основният фактор, генериращ силата на екструдиране.

Поради голямата централна твърда площ на профила на слънчевия радиатор, е много лесно общият дебит в тази област да стане твърде бърз по време на процеса на екструдиране и ще се генерира допълнително напрежение на опън върху главата на междузъбната окачваща тръба, което ще доведе до счупване на междузъбната окачваща тръба. Следователно, при проектирането на структурата на матрицата, трябва да се съсредоточим върху регулирането на дебита на метала и дебита, за да постигнем целта за намаляване на налягането при екструдиране и подобряване на напрегнатото състояние на окачената тръба между зъбите, така че да подобрим здравината на матрицата.

2. Избор на структура на матрицата и капацитет на екструдиращата преса

2.1 Форма на структурата на матрицата

За профила на слънчогледовия радиатор, показан на Фигура 1, въпреки че няма куха част, той трябва да приеме структурата на разделена матрица, както е показано на Фигура 2. За разлика от традиционната структура на шунтова матрица, камерата на металната запояваща станция е поставена в горната матрица, а в долната матрица се използва вложка. Целта е да се намалят разходите за матрици и да се съкрати производственият цикъл на матрицата. Както горната, така и долната матрица са универсални и могат да се използват повторно. По-важното е, че блоковете с отвори за матрицата могат да се обработват независимо, което може по-добре да гарантира точността на работния колан за отворите за матрицата. Вътрешният отвор на долната матрица е проектиран като стъпало. Горната част и блокът с отвори за матрицата са с хлабина, като стойността на хлабината от двете страни е 0,06~0,1 м; долната част е с натягане, като стойността на натягането от двете страни е 0,02~0,04 м, което помага да се осигури коаксиалност и улеснява сглобяването, правейки вложката по-компактна и същевременно може да се избегне деформация на матрицата, причинена от термично натягане при монтаж.

2.2 Избор на капацитет на екструдера

Изборът на капацитет на екструдера е, от една страна, за да се определи подходящият вътрешен диаметър на екструдиращия барабан и максималното специфично налягане на екструдера върху секцията на екструдиращия барабан, за да се постигне налягането по време на формоване на метала. От друга страна, е за да се определи подходящото съотношение на екструдиране и да се изберат подходящите спецификации за размера на матрицата въз основа на цената. За алуминиевия профил за слънчогледов радиатор съотношението на екструдиране не може да бъде твърде голямо. Основната причина е, че силата на екструдиране е пропорционална на съотношението на екструдиране. Колкото по-голямо е съотношението на екструдиране, толкова по-голяма е силата на екструдиране. Това е изключително вредно за матрицата за алуминиев профил за слънчогледов радиатор.

Опитът показва, че коефициентът на екструдиране на алуминиеви профили за слънчогледови радиатори е по-малък от 25. За профила, показан на Фигура 1, е избран екструдер 20.0 MN с вътрешен диаметър на екструзионния цилиндър 208 mm. След изчисление, максималното специфично налягане на екструдера е 589MPa, което е по-подходяща стойност. Ако специфичното налягане е твърде високо, налягането върху матрицата ще бъде голямо, което е вредно за живота на матрицата; ако специфичното налягане е твърде ниско, то не може да отговори на изискванията за екструдиране. Опитът показва, че специфично налягане в диапазона от 550~750 MPa може по-добре да отговори на различни изисквания на процеса. След изчисление, коефициентът на екструдиране е 4.37. Спецификацията за размер на матрицата е избрана като 350 mmx200 mm (външен диаметър x градуси).

3. Определяне на структурните параметри на матрицата

3.1 Структурни параметри на горната форма

(1) Брой и разположение на отклонителните отвори. За шунтовата матрица за профил на слънчогледов радиатор, колкото повече са шунтовите отвори, толкова по-добре. За профили с подобни кръгли форми обикновено се избират 3 до 4 традиционни шунтови отвора. Резултатът е, че ширината на шунтовия мост е по-голяма. Обикновено, когато е по-голяма от 20 мм, броят на заварките е по-малък. Въпреки това, при избора на работната лента на отвора на матрицата, работната лента на отвора на матрицата в долната част на шунтовия мост трябва да бъде по-къса. При условие че няма точен метод за изчисление за избора на работната лента, това естествено ще доведе до това отворът на матрицата под моста и другите части да не постигнат абсолютно еднакъв дебит по време на екструдиране поради разликата в работната лента. Тази разлика в дебита ще създаде допълнително напрежение на опън върху конзолата и ще причини отклонение на зъбите за разсейване на топлината. Следователно, за екструдиращата матрица за слънчогледов радиатор с гъст брой зъби е много важно да се гарантира, че дебитът на всеки зъб е постоянен. С увеличаването на броя на отворите за шунтиране, броят на шунтовите мостове ще се увеличи съответно, а дебитът и разпределението на потока на метала ще станат по-равномерни. Това е така, защото с увеличаването на броя на шунтовите мостове, ширината на шунтовите мостове може да се намали съответно.

Практическите данни показват, че броят на отворите за отклонение обикновено е 6 или 8, или дори повече. Разбира се, за някои големи профили за разсейване на топлина от слънчоглед, горната матрица може също да подреди отворите за отклонение според принципа на ширината на моста за отклонение ≤ 14 мм. Разликата е, че трябва да се добави предна разделителна плоча, за да се разпредели предварително и регулира потокът на метала. Броят и разположението на отворите за отклонение в предната отклонителна плоча могат да се извършат по традиционен начин.

Освен това, при подреждането на отворите за шунтиране, трябва да се обмисли използването на горната матрица за подходящо екраниране на главата на конзолата на зъба за разсейване на топлината, за да се предотврати директният удар на метала върху главата на конзолната тръба и по този начин да се подобри състоянието на напрежение на конзолната тръба. Блокираната част на главата на конзолата между зъбите може да бъде 1/5~1/4 от дължината на конзолната тръба. Разположението на отворите за шунтиране е показано на Фигура 3.

(2) Площта на отвора за отклонение. Тъй като дебелината на стената на основата на горещия зъб е малка, височината е далеч от центъра, а физическата площ е много различна от центъра, това е най-трудната част за формоване на метал. Следователно, ключов момент при проектирането на профилната форма за слънчогледов радиатор е да се направи скоростта на потока на централната плътна част възможно най-бавна, за да се гарантира, че металът първо запълва основата на зъба. За да се постигне такъв ефект, от една страна, е необходимо да се избере работната лента и, по-важното, да се определи площта на отвора за отклонение, главно площта на централната част, съответстваща на отвора за отклонение. Тестовете и емпиричните стойности показват, че най-добър ефект се постига, когато площта на централния отвор за отклонение S1 и площта на външния единичен отвор за отклонение S2 отговарят на следната зависимост: S1 = (0,52 ~0,72) S2

Освен това, ефективният канал за поток на метала на централния отвор на разделителя трябва да бъде с 20~25 мм по-дълъг от ефективния канал за поток на метала на външния отвор на разделителя. Тази дължина отчита и резерва и възможността за ремонт на матрицата.

(3) Дълбочина на заваръчната камера. Екструдиращата матрица за профил на радиатор Sunflower е различна от традиционната шунтова матрица. Цялата ѝ заваръчна камера трябва да бъде разположена в горната матрица. Това е, за да се гарантира точността на обработката на отвора на долната матрица, особено точността на работната лента. В сравнение с традиционната шунтова матрица, дълбочината на заваръчната камера на шунтовата матрица за профил на радиатор Sunflower трябва да се увеличи. Колкото по-голям е капацитетът на екструдиращата машина, толкова по-голямо е увеличението на дълбочината на заваръчната камера, която е 15~25 мм. Например, ако се използва екструдираща машина с 20 MN, дълбочината на заваръчната камера на традиционната шунтова матрица е 20~22 мм, докато дълбочината на заваръчната камера на шунтовата матрица на профила на радиатор Sunflower трябва да бъде 35~40 мм. Предимството на това е, че металът е напълно заварен и напрежението върху окачената тръба е значително намалено. Структурата на горната заваръчна камера на матрицата е показана на Фигура 4.

3.2 Проектиране на вложка за отвор за матрица

Дизайнът на блока с отвори за матрица включва главно размера на отвора за матрица, работния колан, външния диаметър и дебелината на огледалния блок и др.

(1) Определяне на размера на отвора на матрицата. Размерът на отвора на матрицата може да се определи по традиционен начин, като се има предвид главно мащабирането на термичната обработка на сплавта.

(2) Избор на работна лента. Принципът при избора на работна лента е първо да се гарантира, че подаването на целия метал в долната част на корена на зъба е достатъчно, така че дебитът в долната част на корена на зъба да е по-бърз от този в другите части. Следователно, работната лента в долната част на корена на зъба трябва да е най-къса, със стойност 0,3~0,6 мм, а работната лента в съседните части трябва да се увеличи с 0,3 мм. Принципът е да се увеличава с 0,4~0,5 мм на всеки 10~15 мм към центъра; второ, работната лента в най-голямата твърда част от центъра не трябва да надвишава 7 мм. В противен случай, ако разликата в дължината на работната лента е твърде голяма, ще възникнат големи грешки при обработката на медни електроди и EDM обработката на работната лента. Тази грешка може лесно да доведе до отклонение на зъба по време на процеса на екструдиране. Работната лента е показана на Фигура 5.

 

(3) Външен диаметър и дебелина на вложката. При традиционните шунтови форми дебелината на вложката на отвора на матрицата е равна на дебелината на долната форма. При формата за слънчогледов радиатор обаче, ако ефективната дебелина на отвора на матрицата е твърде голяма, профилът лесно ще се сблъска с формата по време на екструдиране и изхвърляне, което ще доведе до неравномерни зъби, драскотини или дори заклинване на зъбите. Това ще доведе до счупване на зъбите.

Освен това, ако дебелината на отвора на матрицата е твърде голяма, от една страна, времето за обработка е дълго по време на EDM процеса, а от друга страна, е лесно да се предизвика отклонение от електрическа корозия, както и отклонение на зъбите по време на екструдиране. Разбира се, ако дебелината на отвора на матрицата е твърде малка, здравината на зъбите не може да бъде гарантирана. Следователно, като се вземат предвид тези два фактора, опитът показва, че степента на вложката на отвора на матрицата в долната матрица обикновено е 40 до 50; а външният диаметър на вложката на отвора на матрицата трябва да бъде 25 до 30 мм от най-големия ръб на отвора на матрицата до външния кръг на вложката.

За профила, показан на Фигура 1, външният диаметър и дебелината на блока с отвори за матрица са съответно 225 мм и 50 мм. Вложката на отвора за матрица е показана на Фигура 6. D на фигурата е действителният размер, а номиналният размер е 225 мм. Граничното отклонение на външните му размери е съобразено с вътрешния отвор на долната матрица, за да се гарантира, че едностранната хлабина е в диапазона от 0,01~0,02 мм. Блокът с отвори за матрица е показан на Фигура 6. Номиналният размер на вътрешния отвор на блока с отвори за матрица, поставен върху долната матрица, е 225 мм. Въз основа на действително измерения размер, блокът с отвори за матрица се съобразява съгласно принципа 0,01~0,02 мм на страна. Външният диаметър на блока с отвори за матрица може да се получи като D, но за удобство на монтажа, външният диаметър на огледалния блок на отвора за матрица може да бъде съответно намален в диапазона от 0,1 м в захранващия край, както е показано на фигурата.

4. Ключови технологии за производство на матрици

Машинната обработка на профилната форма за радиатор Sunflower не се различава много от тази на обикновените алуминиеви профилни форми. Очевидната разлика се отразява главно в електрическата обработка.

(1) По отношение на рязането с тел е необходимо да се предотврати деформацията на медния електрод. Тъй като медният електрод, използван за ерозионно рязане, е тежък, зъбите са твърде малки, самият електрод е мек, има ниска твърдост, а локалната висока температура, генерирана от рязането с тел, води до лесна деформация на електрода по време на процеса на рязане. При използване на деформирани медни електроди за обработка на работни ленти и празни ножове, ще се получат изкривени зъби, което може лесно да доведе до отчупване на матрицата по време на обработката. Следователно е необходимо да се предотврати деформацията на медните електроди по време на производствения процес. Основните превантивни мерки са: преди рязане с тел, нивелирайте медния блок с легло; използвайте индикатор с часовник, за да регулирате вертикалността в началото; при рязане с тел, започнете първо от зъбната част и накрая изрежете частта с дебела стена; от време на време използвайте остатъци от сребърна тел, за да запълните изрязаните части; след като телта е направена, използвайте машина за рязане с тел, за да отрежете къс участък от около 4 мм по дължината на изрязания меден електрод.

(2) Електроерозийната обработка очевидно се различава от обикновените форми. EDM е много важна при обработката на форми за профили на слънчогледови радиатори. Дори ако дизайнът е перфектен, лек дефект в EDM ще доведе до бракуване на цялата форма. Електроерозийната обработка не зависи толкова от оборудването, колкото рязането с тел. Тя зависи до голяма степен от оперативните умения и умения на оператора. Електроерозийната обработка обръща основно внимание на следните пет точки:

①Ток за електроерозионна обработка. За начална електроерозионна обработка може да се използва ток от 7~10 A, за да се съкрати времето за обработка; за финална обработка може да се използва ток от 5~7 A. Целта на използването на малък ток е да се получи добра повърхност;

② Осигурете плоскост на челната повърхност на матрицата и вертикалността на медния електрод. Лошата плоскост на челната повърхност на матрицата или недостатъчната вертикалност на медния електрод затрудняват осигуряването на съответствие между дължината на работната лента след EDM обработка и проектираната дължина на работната лента. Лесно е EDM процесът да се повреди или дори да проникне в зъбната работна лента. Следователно, преди обработката, двата края на матрицата трябва да се изравнят с шлифовъчна машина, за да се постигнат изискванията за точност, и да се използва индикатор за часовник, за да се коригира вертикалността на медния електрод;

③ Уверете се, че разстоянието между празните ножове е равномерно. По време на първоначалната обработка проверете дали празният инструмент е изместен на всеки 0,2 мм на всеки 3 до 4 мм от обработката. Ако изместването е голямо, ще бъде трудно да се коригира с последващи настройки;

④Отстранявайте своевременно остатъците, образувани по време на EDM процеса. Корозията от искров разряд ще доведе до голямо количество остатъци, които трябва да се почистят навреме, в противен случай дължината на работната лента ще бъде различна поради различната височина на остатъците;

⑤Калъпът трябва да се размагнетизира преди EDM.

5. Сравнение на резултатите от екструдирането

Профилът, показан на Фигура 1, е тестван с помощта на традиционната разделителна форма и новата схема на проектиране, предложена в тази статия. Сравнението на резултатите е показано в Таблица 1.

От резултатите от сравнението може да се види, че структурата на матрицата има голямо влияние върху живота ѝ. Формата, проектирана с помощта на новата схема, има очевидни предимства и значително подобрява живота ѝ.

6. Заключение

Екструдиращата форма за профил на слънчогледов радиатор е вид форма, която е много трудна за проектиране и производство, а нейното проектиране и производство са сравнително сложни. Следователно, за да се гарантира процентът на успех на екструдиране и експлоатационният живот на формата, трябва да се постигнат следните точки:

(1) Структурната форма на матрицата трябва да бъде избрана разумно. Структурата на матрицата трябва да е благоприятна за намаляване на силата на екструдиране, за да се намали напрежението върху конзолата на матрицата, образувана от зъбите за разсейване на топлината, като по този начин се подобри здравината на матрицата. Ключът е разумно да се определи броят и разположението на отворите за шунтиране, както и площта на отворите за шунтиране, както и други параметри: първо, ширината на шунтовия мост, образуван между отворите за шунтиране, не трябва да надвишава 16 мм; второ, площта на разделения отвор трябва да се определи така, че съотношението на разделяне да достигне максимално 30% от съотношението на екструдиране, като същевременно се гарантира здравината на матрицата.

(2) Разумно изберете работния ремък и вземете разумни мерки по време на електрическа обработка, включително технологията на обработка на медни електроди и стандартните електрически параметри на електрическата обработка. Първият ключов момент е, че медният електрод трябва да бъде повърхностно шлифован преди рязане с тел и методът на поставяне трябва да се използва по време на рязане с тел, за да се гарантира, че електродите не са разхлабени или деформирани.

(3) По време на процеса на електрическа обработка, електродът трябва да бъде точно подравнен, за да се избегне отклонение на зъба. Разбира се, въз основа на разумен дизайн и производство, използването на висококачествена стомана за гореща обработка и процесът на вакуумна термична обработка с три или повече темперамента може да увеличи максимално потенциала на формата и да постигне по-добри резултати. От проектирането, производството до екструдирането, само ако всяка връзка е точна, можем да гарантираме, че формата за профил на слънчогледов радиатор е екструдирана.