Как да проектираме матрицата за екструдиране на слънчогледов радиатор за алуминиев профил?

1. Анализ на структурните характеристики на алуминиеви профили

Фигура 1 показва напречното сечение на типичен алуминиев профил на слънчогледов радиатор. Площта на напречното сечение на профила е 7773,5 mm², с общо 40 зъба за разсейване на топлината. Максималният размер на отвора за окачване между зъбите е 4,46 мм. След изчислението съотношението на езика между зъбите е 15,7. В същото време в центъра на профила има голяма плътна зона с площ от 3846,5 mm².

Съдейки по характеристиките на формата на профила, пространството между зъбите може да се разглежда като полукухи профили, а радиаторният профил е съставен от множество полукухи профили. Следователно, когато проектирате структурата на матрицата, ключът е да обмислите как да осигурите здравината на матрицата. Въпреки че за полукухи профили, индустрията е разработила разнообразие от зрели структури на формите, като „покрита сплитерна форма“, „рязана сплитерна форма“, „окачена мостова сплитерна форма“ и т.н. Тези структури обаче не са приложими за продукти съставен от множество полукухи профили. Традиционният дизайн взема предвид само материалите, но при екструзионното формоване най-голямото въздействие върху якостта е силата на екструдиране по време на процеса на екструдиране, а процесът на формоване на метал е основният фактор, генериращ силата на екструдиране.

Поради голямата централна плътна площ на профила на слънчевия радиатор, е много лесно да се предизвика общият дебит в тази зона да бъде твърде бърз по време на процеса на екструдиране и допълнителното напрежение на опън ще се генерира върху главата на междузъбното окачване тръба, което води до счупване на междузъбната суспензионна тръба. Следователно при проектирането на структурата на матрицата трябва да се съсредоточим върху регулирането на скоростта на потока на метала и скоростта на потока, за да постигнем целта за намаляване на налягането при екструдиране и подобряване на състоянието на напрежение на окачената тръба между зъбите, така че да подобрим здравината на мухълът.

2. Избор на структура на формата и капацитет на пресата за екструдиране

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 разделената форма, както е показано на фигура 2. За разлика от традиционната структура на шунтовата форма, камерата на металната станция за запояване е поставена в горната част матрица, а в долната форма се използва вложка. Целта е да се намалят разходите за формите и да се съкрати цикълът на производство на матрици. Комплектите както горната, така и долната форма са универсални и могат да се използват повторно. По-важното е, че блоковете с отвори за щанцоване могат да се обработват независимо, което може по-добре да гарантира точността на работния ремък за отвори за щанцоване. Вътрешният отвор на долната форма е проектиран като стъпало. Горната част и блокът на отвора на формата приемат хлабина, а стойността на празнината от двете страни е 0,06 ~ 0,1 m; долната част приема намеса, а количеството на намеса от двете страни е 0,02 ~ 0,04 m, което помага да се осигури коаксиалност и улеснява монтажа, което прави вложката по-компактна и в същото време може да избегне деформация на формата, причинена от термична инсталация интерферентно прилягане.

2.2 Избор на капацитет на екструдера

Изборът на капацитета на екструдера е, от една страна, да се определи подходящият вътрешен диаметър на екструдерния цилиндър и максималното специфично налягане на екструдера върху секцията на екструдерния цилиндър, за да се отговори на налягането по време на металоформоване. От друга страна, трябва да се определи подходящото съотношение на екструдиране и да се изберат подходящите спецификации за размера на формата въз основа на цената. За алуминиевия профил на слънчогледовия радиатор коефициентът на екструзия не може да бъде твърде голям. Основната причина е, че силата на екструзия е пропорционална на съотношението на екструзия. Колкото по-голямо е съотношението на екструзия, толкова по-голяма е силата на екструзия. Това е изключително вредно за формата на алуминиевия профил на слънчогледовия радиатор.

Опитът показва, че коефициентът на екструдиране на алуминиевите 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 изчислението, максималното специфично налягане на екструдера е 589MPa, което е по-подходяща стойност. Ако специфичното налягане е твърде високо, натискът върху матрицата ще бъде голям, което е вредно за живота на матрицата; ако специфичното налягане е твърде ниско, то не може да отговори на изискванията за формоване чрез екструдиране. Опитът показва, че специфично налягане в диапазона от 550~750 MPa може по-добре да отговори на различни изисквания на процеса. След изчислението коефициентът на екструзия е 4,37. Спецификацията за размер на формата е избрана като 350 mmx200 mm (външен диаметър x градуси).

3. Определяне на структурните параметри на формата

3.1 Структурни параметри на горната форма

(1) Брой и разположение на отклоняващите отвори. Колкото по-голям е броят на шунтовите отвори за слънчогледовия радиаторен профил, 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-голям от 20 mm, броят на заварките е по-малък. Въпреки това, когато избирате работния пояс на отвора на матрицата, работният пояс на отвора на матрицата в долната част на шунтовия мост трябва да бъде по-къс. При условие, че няма точен метод за изчисление за избор на работната лента, това естествено ще доведе до отвора на матрицата под моста и други части да не постигнат точно същата скорост на потока по време на екструдиране поради разликата в работната лента, Тази разлика в скоростта на потока ще доведе до допълнително напрежение на опън върху конзолата и ще причини отклонение на зъбите за разсейване на топлината. Следователно, за матрицата за екструдиране на слънчогледови радиатори с голям брой зъби е много важно да се гарантира, че скоростта на потока на всеки зъб е постоянна. Тъй като броят на шунтовите отвори се увеличава, броят на шунтовите мостове ще се увеличи съответно и скоростта на потока 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 бъде съответно намалена.

Практическите данни показват, че броят на шунтовите отвори обикновено е 6 или 8 или дори повече. Разбира се, за някои големи профили за разсейване на топлината от слънчоглед, горната форма може също да подреди шунтовите отвори според принципа на ширината на шунтовия мост ≤ 14 mm. Разликата е, че трябва да се добави предна разделителна плоча за предварително разпределяне и регулиране на металния поток. Броят и разположението на отклоняващите отвори в предната превключваща плоча може да се извърши по традиционен начин.

Освен това, когато се подреждат шунтовите отвори, трябва да се обмисли използването на горната форма за подходящо екраниране на главата на конзолата на зъба за разсейване на топлината, за да се предотврати директното удряне на метала в главата на конзолната тръба и по този начин да се подобри състоянието на напрежение на конзолната тръба. Блокираната част на конзолната глава между зъбите може да бъде 1/5~1/4 от дължината на конзолната тръба. Разположението на шунтовите отвори е показано на фигура 3

(2) Съотношението на площта на шунтовия отвор. Тъй като дебелината на стената на корена на горещия зъб е малка и височината е далеч от центъра, а физическата зона е много различна от центъра, това е най-трудната част за формоване на метал. Следователно, ключов момент в дизайна на слънчогледовия радиаторен профил е да се направи скоростта на потока на централната твърда част възможно най-бавна, за да се гарантира, че металът първо запълва корена на зъба. За да се постигне такъв ефект, от една страна, е изборът на работната лента и по-важното е определянето на площта на отклоняващия отвор, главно зоната на централната част, съответстваща на отклоняващия отвор. Тестовете и емпиричните стойности показват, че най-добрият ефект се постига, когато площта на централния отклоняващ отвор S1 и площта на външния единичен отклоняващ отвор S2 отговарят на следната зависимост: S1= (0,52 ~0,72) S2

В допълнение, ефективният канал за метален поток на централния разделителен отвор трябва да бъде 20~25 mm по-дълъг от ефективния метален канал за поток на външния разделителен отвор. Тази дължина също така взема предвид маржа и възможността за ремонт на мухъл.

(3) Дълбочина на заваръчната камера. Матрицата за екструдиране на профила на радиатора Sunflower е различна от традиционната шунтова матрица. Цялата му заваръчна камера трябва да бъде разположена в горната матрица. Това е, за да се гарантира точността на обработката на блока с отвори на долната матрица, особено точността на работната лента. В сравнение с традиционната шунтираща форма, дълбочината на заваръчната камера на шунтовата форма на радиаторния профил на Sunflower трябва да бъде увеличена. Колкото по-голям е капацитетът на машината за екструдиране, толкова по-голямо е увеличението на дълбочината на заваръчната камера, която е 15~25 mm. Например, ако се използва 20 MN екструзионна машина, дълбочината на заваръчната камера на традиционната шунтова матрица е 20~22 mm, докато дълбочината на заваръчната камера на шунтовата матрица на профила на слънчогледовия радиатор трябва да бъде 35~40 mm . Предимството на това е, че металът е напълно заварен и напрежението върху окачената тръба е значително намалено. Структурата на камерата за заваряване на горната форма е показана на фигура 4.

3.2 Дизайн на вложката за отвор на матрицата

Дизайнът на блока с отвор за матрица включва главно размера на отвора за матрицата, 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 работен колан. Принципът на избор на работен ремък е първо да се гарантира, че доставката на целия метал в долната част на зъбния корен е достатъчна, така че скоростта на потока в долната част на зъбния корен да е по-бърза от другите части. Следователно работният пояс в долната част на корена на зъба трябва да бъде най-къс, със стойност от 0,3~0,6 mm, а работният пояс в съседните части трябва да се увеличи с 0,3 mm. Принципът е да се увеличава с 0,4~0,5 на всеки 10~15 мм към центъра; второ, работният колан в най-голямата плътна част от центъра не трябва да надвишава 7 mm. 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 счупване на деформацията на зъба по време на процеса на екструдиране. Работният ремък е показан на фигура 5.

 

(3) Външният диаметър и дебелината на вложката. За традиционните шунтови форми дебелината на вложката на отвора на матрицата е дебелината на долната форма. Въпреки това, за слънчогледовата радиаторна форма, ако ефективната дебелина на отвора на матрицата е твърде голяма, профилът лесно ще се сблъска с матрицата по време на екструдиране и изпразване, което ще доведе до неравномерни зъби, драскотини или дори задръстване на зъбите. Това ще доведе до счупване на зъбите.

Освен това, ако дебелината на отвора на матрицата е твърде дълга, от една страна, времето за обработка е дълго по време на процеса на EDM, а от друга страна е лесно да се причини отклонение от електрическа корозия и също така е лесно причиняват отклонение на зъбите по време на екструзия. 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 вмъкване на отвора на долната матрица обикновено е 40 до 50; и външният диаметър на вложката на отвора на матрицата трябва да бъде 25 до 30 mm 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 матрицата са съответно 225 mm и 50 mm. Вложката за отвора на матрицата е показана на фигура 6. D на фигурата е действителният размер, а номиналният размер е 225 mm. Граничното отклонение на външните му размери се съпоставя според вътрешния отвор на долната форма, за да се гарантира, че едностранната празнина е в диапазона от 0,01 ~ 0,02 mm. Блокът с отвори за матрицата е показан на Фигура 6. Номиналният размер на вътрешния отвор на блока с отвори за матрицата, поставен върху долната форма, е 225 mm. Въз основа на действително измерения размер, блокът с отвор на матрицата се съпоставя според принципа на 0,01~0,02 mm на страна. Външният диаметър на блока с отвор на матрицата може да бъде получен като D, но за удобство на монтажа, външният диаметър на огледалния блок с отвор на матрицата може да бъде подходящо намален в диапазона от 0,1 m в края на захранването, както е показано на фигурата .

4. Основни технологии за производство на форми

Обработката 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 на тел е необходимо да се предотврати деформацията на медния електрод. Тъй като медният електрод, използван за EDM, е тежък, зъбите са твърде малки, самият електрод е мек, има лоша твърдост и местната висока температура, генерирана от рязане на тел, причинява лесно деформиране на електрода по време на процеса на рязане на тел. Когато използвате деформирани медни електроди за обработка на работни ремъци и празни ножове, ще се появят изкривени зъби, което може лесно да доведе до бракуване на формата по време на обработката. Следователно е необходимо да се предотврати деформацията на медните електроди по време на онлайн производствения процес. Основните превантивни мерки са: преди рязане на тел, изравнете медния блок с легло; използвайте индикатор за набиране, за да регулирате вертикалността в началото; когато режете тел, първо започнете от зъбната част и накрая отрежете частта с дебела стена; От време на време използвайте остатъчна сребърна тел, за да запълните изрязаните части; след като телта е направена, използвайте машина за тел, за да отрежете къс участък от около 4 мм по дължината на отрязания меден електрод.

(2) Електроразрядната обработка е очевидно различна от обикновените форми. EDM е много важен при обработката на слънчогледови радиаторни профилни форми. 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 на тел. Това зависи до голяма степен от оперативните умения и умения на оператора. Електроерозионната обработка основно обръща внимание на следните пет точки:

①Електроразряден ток на обработка. 7~10 A ток може да се използва за първоначална EDM обработка, за да се съкрати времето за обработка; 5~7 A ток може да се използва за довършителна обработка. Целта на използването на малък ток е да се получи добра повърхност;

② Уверете се, че краят на матрицата е гладък и вертикалността на медния електрод. Лошата плоскост на крайната повърхност на матрицата или недостатъчната вертикалност на медния електрод затруднява гарантирането, че дължината на работната лента след EDM обработка е в съответствие с проектираната дължина на работната лента. Лесно е процесът на EDM да се провали или дори да проникне в назъбения работен ремък. Следователно, преди обработката, трябва да се използва мелница, за да се изравнят двата края на матрицата, за да се изпълнят изискванията за точност, и трябва да се използва индикатор за набиране, 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 mm на всеки 3 до 4 mm обработка. Ако отместването е голямо, ще бъде трудно да се коригира с последващи корекции;

④Отстранете своевременно остатъците, генерирани по време на процеса на EDM. Корозията с искров разряд ще произведе голямо количество остатък, който трябва да бъде почистен навреме, в противен случай дължината на работния ремък ще бъде различна поради различните височини на остатъка;

⑤Формата трябва да бъде демагнетизирана преди EDM.

5. Сравнение на резултатите от екструзията

Профилът, показан на Фигура 1, беше тестван с помощта на традиционната разцепена форма и новата дизайнерска схема, 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 на матрицата. Формата, проектирана с помощта на новата схема, има очевидни предимства и значително подобрява живота на матрицата.

6. Заключение

Формата за екструдиране на слънчогледов радиаторен профил е вид форма, която е много трудна за проектиране и производство, а нейният дизайн и производство са относително сложни. Следователно, за да се гарантира степента на успех на екструзията и експлоатационния живот на формата, трябва да се постигнат следните точки:

(1) Структурната форма на формата трябва да бъде избрана разумно. Структурата на матрицата трябва да благоприятства намаляването 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 подобрява здравината на матрицата. Ключът е да се определи разумно броят и разположението на шунтовите отвори и площта на шунтовите отвори и други параметри: първо, ширината на шунтовия мост, образуван между шунтовите отвори, не трябва да надвишава 16 mm; Второ, площта на разделения отвор трябва да се определи така, че съотношението на разделяне да достигне повече от 30% от съотношението на екструдиране, доколкото е възможно, като същевременно се гарантира здравината на формата.

(2) Изберете разумно работната лента и вземете разумни мерки по време на електрическа обработка, включително технологията на обработка на медни електроди и електрическите стандартни параметри на електрическата обработка. Първият ключов момент е, че медният електрод трябва да бъде повърхностно шлифован преди рязане на тел и методът на вмъкване трябва да се използва по време на рязане на тел, за да се гарантира това. 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 зъбите. Разбира се, въз основа на разумен дизайн и производство, използването на висококачествена стомана за гореща обработка и процесът на вакуумна топлинна обработка на три или повече темперации може да увеличи максимално потенциала на формата и да постигне по-добри резултати. От проектирането, производството до производството на екструзия, само ако всяка връзка е точна, можем да гарантираме, че слънчогледовият радиаторен профил е екструдиран.