Како да се дизајнира екструзиона матрица за радијатор од сончоглед за алуминиумски профил?

1. Анализа на структурните карактеристики на профилите од алуминиумски профили

Слика 1 го прикажува пресекот на типичен алуминиумски профил за радијатор од сончоглед. Пресечната површина на профилот е 7773,5 mm², со вкупно 40 заби за дисипација на топлина. Максималната големина на отворот за висење формиран помеѓу забите е 4,46 mm. По пресметката, односот на јазикот помеѓу забите е 15,7. Во исто време, во центарот на профилот има голема цврста површина, со површина од 3846,5 mm².

Судејќи според карактеристиките на обликот на профилот, просторот помеѓу забите може да се смета за полушупливи профили, а профилот на радијаторот е составен од повеќе полушупливи профили. Затоа, при дизајнирање на структурата на калапот, клучот е да се земе предвид како да се обезбеди цврстината на калапот. Иако за полушупливи профили, индустријата развила различни зрели структури на калап, како што се „калап со покриен разделник“, „калап со сечен разделник“, „калап со разделник со висечки мост“ итн. Сепак, овие структури не се применливи за производи составени од повеќе полушупливи профили. Традиционалниот дизајн ги зема предвид само материјалите, но во екструдирачкото лиење, најголемо влијание врз цврстината има силата на екструдирање за време на процесот на екструдирање, а процесот на формирање на метал е главниот фактор што генерира сила на екструдирање.

Поради големата централна цврста површина на профилот на сончевиот радијатор, многу е лесно да се предизвика пребрза вкупна брзина на проток во оваа област за време на процесот на екструдирање, а дополнителниот затегнувачки стрес ќе се генерира на главата на меѓузабната суспензиска цевка, што ќе резултира со фрактура на меѓузабната суспензиска цевка. Затоа, при дизајнирањето на структурата на калапот, треба да се фокусираме на прилагодување на брзината на проток на метал и брзината на проток за да се постигне целта за намалување на притисокот на екструдирање и подобрување на состојбата на напрегање на суспендираната цевка помеѓу забите, со цел да се подобри цврстината на калапот.

2. Избор на структура на калап и капацитет на екструдирачка преса

2.1 Форма на структурата на мувлата

За профилот на сончогледов радијатор прикажан на Слика 1, иако нема шуплив дел, мора да ја усвои структурата на разделен калап како што е прикажано на Слика 2. За разлика од традиционалната структура на калапот со шунт, комората на металната станица за лемење е поставена во горниот калап, а во долниот калап се користи структура за вметнување. Целта е да се намалат трошоците за калапот и да се скрати циклусот на производство на калапот. И горниот и долниот сет на калап се универзални и можат да се користат повторно. Поважно е што блоковите на дупките за калапот можат да се обработуваат независно, што може подобро да ја обезбеди точноста на работниот ремен на дупките за калапот. Внатрешниот отвор на долниот калап е дизајниран како скала. Горниот дел и блокот на дупките за калапот имаат прилагодено растојание, а вредноста на празнината од двете страни е 0,06~0,1m; долниот дел има прилагодено интерференција, а количината на интерференција од двете страни е 0,02~0,04m, што помага да се обезбеди коаксијалност и го олеснува склопувањето, правејќи го вграденото вклопување покомпактно, а во исто време, може да се избегне деформација на калапот предизвикана од прилагодено интерференција при термичка инсталација.

2.2 Избор на капацитет на екструдер

Изборот на капацитетот на екструдерот е, од една страна, за да се одреди соодветниот внатрешен дијаметар на цилиндерот за екструдирање и максималниот специфичен притисок на екструдерот врз делот од цилиндерот за екструдирање за да се задоволи притисокот за време на обликувањето на металот. Од друга страна, тоа е за да се одреди соодветниот сооднос на екструдирање и да се изберат соодветните спецификации за големината на калапот врз основа на цената. За алуминиумскиот профил на радијатор за сончоглед, соодносот на екструдирање не може да биде преголем. Главната причина е што силата на екструдирање е пропорционална на соодносот на екструдирање. Колку е поголем соодносот на екструдирање, толку е поголема силата на екструдирање. Ова е исклучително штетно за калапот од алуминиумски профил на радијатор за сончоглед.

Искуството покажува дека коефициентот на екструзија на алуминиумските профили за радијатори за сончоглед е помал од 25. За профилот прикажан на Слика 1, избран е екструдер од 20,0 MN со внатрешен дијаметар на екструдирачката цевка од 208 mm. По пресметката, максималниот специфичен притисок на екструдерот е 589 MPa, што е посоодветна вредност. Ако специфичниот притисок е превисок, притисокот врз калапот ќе биде голем, што е штетно за животниот век на калапот; ако специфичниот притисок е пренизок, тој не може да ги исполни барањата за екструдирање. Искуството покажува дека специфичниот притисок во опсег од 550~750 MPa може подобро да ги задоволи различните барања на процесот. По пресметката, коефициентот на екструзија е 4,37. Спецификацијата за големината на калапот е избрана како 350 mmx200 mm (надворешен дијаметар x степени).

3. Одредување на структурните параметри на мувлата

3.1 Горни структурни параметри на калапот

(1) Број и распоред на отворите за пренасочување. За калапот за шунтирање на профилот на радијаторот од сончоглед, колку е поголем бројот на отвори за шунтирање, толку подобро. За профили со слични кружни форми, генерално се избираат 3 до 4 традиционални отвори за шунтирање. Резултатот е дека ширината на мостот за шунтирање е поголема. Општо земено, кога е поголем од 20 mm, бројот на заварувања е помал. Меѓутоа, при изборот на работниот ремен на дупката на калапот, работниот ремен на дупката на калапот на дното на мостот за шунтирање мора да биде пократок. Под услов да не постои прецизен метод за пресметување за избор на работниот ремен, тоа природно ќе предизвика дупката на калапот под мостот и другите делови да не ја постигнат истата брзина на проток за време на екструзијата поради разликата во работниот ремен. Оваа разлика во брзината на проток ќе произведе дополнителен затегнувачки стрес на конзолата и ќе предизвика отклонување на забите за дисипација на топлината. Затоа, за калапот за екструдирање на радијаторот од сончоглед со густ број на заби, многу е важно да се обезбеди конзистентна брзина на проток на секој заб. Со зголемувањето на бројот на шунт-дупки, бројот на шунт-мостови ќе се зголеми соодветно, а брзината на проток и распределбата на протокот на металот ќе станат порамномерни. Ова е затоа што со зголемувањето на бројот на шунт-мостови, ширината на шунт-мостовите може соодветно да се намали.

Практичните податоци покажуваат дека бројот на дупки за пренасочување е генерално 6 или 8, или дури и повеќе. Секако, за некои големи профили за дисипација на топлина од сончоглед, горниот калап може да ги распореди дупките за пренасочување според принципот на ширина на мостот за пренасочување ≤ 14 mm. Разликата е во тоа што мора да се додаде предна плоча за разделување за претходна распределба и прилагодување на протокот на метал. Бројот и распоредот на дупките за пренасочување во предната плоча за пренасочување може да се извршат на традиционален начин.

Дополнително, при распоредувањето на шунтовите отвори, треба да се земе предвид користењето на горниот калап за соодветно да се заштити главата на конзолата на забот за дисипација на топлината за да се спречи металот директно да ја погоди главата на конзолната цевка и со тоа да се подобри состојбата на напрегање на конзолната цевка. Блокираниот дел од конзолната глава помеѓу запците може да биде 1/5~1/4 од должината на конзолната цевка. Распоредот на шунтовите отвори е прикажан на Слика 3.

(2) Односот на површината на шунтната дупка. Бидејќи дебелината на ѕидот на коренот на топлиот заб е мала, а висината е далеку од центарот, а физичката површина е многу различна од центарот, тоа е најтешкиот дел за формирање метал. Затоа, клучна точка во дизајнот на калапот за профил на сончогледов радијатор е да се направи брзината на проток на централниот цврст дел што е можно побавна за да се осигури дека металот прво го исполнува коренот на забот. За да се постигне таков ефект, од една страна, тоа е изборот на работната лента, и што е поважно, одредувањето на површината на отворот за пренасочувач, главно површината на централниот дел што одговара на отворот за пренасочувач. Тестовите и емпириските вредности покажуваат дека најдобриот ефект се постигнува кога површината на централниот отвор за пренасочувач S1 и површината на надворешната единечна дупка за пренасочувач S2 ја задоволуваат следната врска: S1= (0,52 ~0,72) S2

Покрај тоа, ефективниот канал за проток на метал на централната дупка за разделување треба да биде 20~25 mm подолг од ефективниот канал за проток на метал на надворешната дупка за разделување. Оваа должина, исто така, ги зема предвид маргината и можноста за поправка на мувлата.

(3) Длабочина на комората за заварување. Екструзионата матрица на профилот на радијаторот „сончоглед“ е различна од традиционалната матрица за шунтирање. Целата нејзина комора за заварување мора да биде сместена во горната матрица. Ова е за да се обезбеди точноста на обработката на блокот на дупките на долната матрица, особено точноста на работниот ремен. Во споредба со традиционалниот калап за шунтирање, длабочината на комората за заварување на калапот за шунтирање на профилот на радијаторот „сончоглед“ треба да се зголеми. Колку е поголем капацитетот на машината за екструдирање, толку е поголемо зголемувањето на длабочината на комората за заварување, која е 15~25 mm. На пример, ако се користи машина за екструдирање од 20 MN, длабочината на комората за заварување на традиционалната матрица за шунтирање е 20~22 mm, додека длабочината на комората за заварување на матрицата за шунтирање на профилот на радијаторот „сончоглед“ треба да биде 35~40 mm. Предноста на ова е што металот е целосно заварен и напрегањето на суспендираната цевка е значително намалено. Структурата на горната комора за заварување на калапот е прикажана на Слика 4.

3.2 Дизајн на влошката за дупката за калап

Дизајнот на блокот на дупките за калапот главно ја вклучува големината на дупката за калапот, работниот ремен, надворешниот дијаметар и дебелината на блокот на огледалото итн.

(1) Одредување на големината на дупката на калапот. Големината на дупката на калапот може да се одреди на традиционален начин, главно земајќи го предвид скалирањето на термичката обработка на легурата.

(2) Избор на работен ремен. Принципот на избор на работен ремен е прво да се обезбеди дека снабдувањето со целиот метал на дното на коренот на забот е доволно, така што брзината на проток на дното на коренот на забот е побрза од другите делови. Затоа, работниот ремен на дното на коренот на забот треба да биде најкраток, со вредност од 0,3~0,6 mm, а работниот ремен на соседните делови треба да се зголеми за 0,3 mm. Принципот е да се зголемува за 0,4~0,5 на секои 10~15 mm кон центарот; второ, работниот ремен на најголемиот цврст дел од центарот не треба да надминува 7 mm. Во спротивно, ако разликата во должината на работниот ремен е преголема, ќе се појават големи грешки при обработката на бакарни електроди и EDM обработката на работниот ремен. Оваа грешка лесно може да предизвика кршење на отклонувањето на забот за време на процесот на екструдирање. Работниот ремен е прикажан на Слика 5.

 

(3) Надворешниот дијаметар и дебелината на влошката. За традиционалните маневрирачки калапи, дебелината на влошката на дупката за калапот е дебелината на долниот калап. Меѓутоа, за калапот за радијатор од сончоглед, ако ефективната дебелина на дупката за калапот е преголема, профилот лесно ќе се судри со калапот за време на екструдирање и празнење, што ќе резултира со нерамни запци, гребнатини или дури и заглавување на запците. Ова ќе предизвика кршење на запците.

Дополнително, ако дебелината на дупката на калапот е предолга, од една страна, времето на обработка е долго за време на EDM процесот, а од друга страна, лесно е да се предизвика отстапување од електрична корозија, а исто така лесно е да се предизвика отстапување на забите за време на екструзијата. Секако, ако дебелината на дупката на калапот е премала, цврстината на забите не може да се гарантира. Затоа, земајќи ги предвид овие два фактори, искуството покажува дека степенот на вметнување на дупката на калапот во долниот калап е генерално 40 до 50; а надворешниот дијаметар на вметнувањето на дупката на калапот треба да биде 25 до 30 mm од најголемиот раб на дупката на калапот до надворешниот круг на вметнувањето.

За профилот прикажан на Слика 1, надворешниот дијаметар и дебелината на блокот на дупките за калапот се 225 mm и 50 mm соодветно. Вметнатата дупка за калапот е прикажана на Слика 6. D на сликата е вистинската големина, а номиналната големина е 225 mm. Граничната девијација на неговите надворешни димензии е усогласена според внатрешната дупка на долниот калап за да се осигури дека едностраниот јаз е во опсег од 0,01~0,02 mm. Блокот на дупките за калапот е прикажан на Слика 6. Номиналната големина на внатрешната дупка на блокот на дупките за калапот поставен на долниот калап е 225 mm. Врз основа на вистинската измерена големина, блокот на дупките за калапот е усогласен според принципот од 0,01~0,02 mm по страна. Надворешниот дијаметар на блокот на дупките за калапот може да се добие како D, но за погодност при инсталацијата, надворешниот дијаметар на блокот на огледалото на дупките за калапот може соодветно да се намали во опсег од 0,1 m на крајот на доводот, како што е прикажано на сликата.

4. Клучни технологии за производство на калапи

Обработката на калапот за профил на радијатор „Сончоглед“ не се разликува многу од онаа на обичните алуминиумски профилни калапи. Очигледната разлика главно се одразува во електричната обработка.

(1) Во однос на сечењето жица, потребно е да се спречи деформација на бакарната електрода. Бидејќи бакарната електрода што се користи за EDM е тешка, забите се премногу мали, самата електрода е мека, има слаба цврстина, а локалната висока температура генерирана од сечењето жица предизвикува електродата лесно да се деформира за време на процесот на сечење жица. Кога се користат деформирани бакарни електроди за обработка на работни ленти и празни ножеви, ќе се појават искривени заби, што лесно може да предизвика стружење на калапот за време на обработката. Затоа, потребно е да се спречи деформација на бакарните електроди за време на процесот на производство преку интернет. Главните превентивни мерки се: пред сечење жица, израмнете го бакарниот блок со подлога; користете индикатор за цилиндер за да ја прилагодите вертикалноста на почетокот; при сечење жица, прво започнете од забниот дел и конечно исечете го делот со дебел ѕид; одвреме-навреме, користете отпадна сребрена жица за да ги пополните исечените делови; откако ќе се направи жицата, користете машина за жица за да исечете краток дел од околу 4 mm по должината на исечената бакарна електрода.

(2) Обработката со електрично празнење е очигледно различна од обичните калапи. EDM е многу важна во обработката на калапи за профили на сончогледови радијатори. Дури и ако дизајнот е совршен, мал дефект во EDM ќе предизвика целиот калап да биде расклопен. Обработката со електрично празнење не зависи толку од опремата како сечењето жици. Таа во голема мера зависи од работните вештини и стручноста на операторот. Обработката со електрично празнење главно обрнува внимание на следните пет точки:

① Струја при електрично празнење. 7~10 A струја може да се користи за почетна EDM обработка за да се скрати времето на обработка; 5~7 A струја може да се користи за завршна обработка. Целта на користењето мала струја е да се добие добра површина;

② Обезбедете рамност на крајната површина на калапот и вертикалност на бакарната електрода. Лошата рамност на крајната површина на калапот или недоволната вертикалност на бакарната електрода го отежнува обезбедувањето дека должината на работниот ремен по EDM обработката е во согласност со дизајнираната должина на работниот ремен. Лесно е EDM процесот да не успее или дури да ја пробие забната работна лента. Затоа, пред обработката, мора да се користи брусилка за израмнување на двата краја на калапот за да се исполнат барањата за точност, а мора да се користи индикатор за корекција на вертикалноста на бакарната електрода;

③ Осигурајте се дека растојанието помеѓу празните ножеви е рамномерно. За време на почетната обработка, проверете дали празниот алат е поместен на секои 0,2 mm на секои 3 до 4 mm обработка. Ако поместувањето е големо, ќе биде тешко да се коригира со последователните прилагодувања;

④Навремено отстранете ги остатоците генерирани за време на процесот на EDM. Корозијата од искри ќе произведе голема количина на остатоци, кои мора да се исчистат навреме, во спротивно должината на работната лента ќе биде различна поради различните висини на остатоците;

⑤ Калапот мора да се демагнетизира пред EDM.

5. Споредба на резултатите од екструзија

Профилот прикажан на Слика 1 е тестиран со употреба на традиционалниот калап за разделување и новата шема на дизајн предложена во овој напис. Споредбата на резултатите е прикажана во Табела 1.

Од резултатите од споредбата може да се види дека структурата на калапот има големо влијание врз животниот век на калапот. Калапот дизајниран со новата шема има очигледни предности и значително го подобрува животниот век на калапот.

6. Заклучок

Екструзиониот калап за профил на сончогледов радијатор е вид калап кој е многу тежок за дизајнирање и производство, а неговиот дизајн и производство се релативно сложени. Затоа, за да се обезбеди стапка на успех на екструзијата и век на траење на калапот, мора да се постигнат следниве точки:

(1) Структурната форма на калапот мора да биде разумно избрана. Структурата на калапот мора да биде погодна за намалување на силата на екструзија за да се намали притисокот врз конзолата на калапот формирана од забите за дисипација на топлина, со што се подобрува цврстината на калапот. Клучот е разумно да се одреди бројот и распоредот на шунтовите дупки и површината на шунтовите дупки и другите параметри: прво, ширината на шунтниот мост формиран помеѓу шунтовите дупки не треба да надминува 16 mm; Второ, површината на расцепената дупка треба да се одреди така што односот на расцепување да достигне што е можно повеќе од 30% од односот на екструзија, а воедно да се обезбеди цврстината на калапот.

(2) Разумно изберете го работниот ремен и усвојте разумни мерки за време на електричната обработка, вклучувајќи ја технологијата за обработка на бакарни електроди и електричните стандардни параметри на електричната обработка. Првата клучна точка е дека бакарната електрода треба да биде површински избрусена пред сечење на жица, а методот на вметнување треба да се користи за време на сечењето на жица за да се осигури дека електродите не се лабави или деформирани.

(3) За време на процесот на електрична обработка, електродата мора да биде прецизно порамнета за да се избегне отстапување на забот. Секако, врз основа на разумен дизајн и производство, употребата на висококвалитетен челик за калап со топла обработка и процесот на вакуумска термичка обработка од три или повеќе температури може да го максимизира потенцијалот на калапот и да постигне подобри резултати. Од дизајнот, производството до производството со екструзија, само ако секоја врска е точна можеме да гарантираме дека профилот на калапот за радијатор од сончоглед е екструдиран.