Како дизајнирати калуп за екструзију радијатора сунцокрета за алуминијумски профил?

1. Анализа структурних карактеристика алуминијумских профилних профила

Слика 1 приказује попречни пресек типичног алуминијумског профила радијатора сунцокрета. Попречни пресек профила је 7773,5 мм², са укупно 40 зубаца за одвођење топлоте. Максимална величина отвора за качење формираног између зубаца је 4,46 мм. Након прорачуна, однос језичка између зубаца је 15,7. Истовремено, у центру профила налази се велика чврста површина, површине 3846,5 мм².

Судећи по карактеристикама облика профила, простор између зубаца може се сматрати полушупљим профилом, а профил радијатора је састављен од више полушупљих профила. Стога је приликом пројектовања структуре калупа кључно размотрити како осигурати чврстоћу калупа. Иако је за полушупље профиле индустрија развила разне зреле структуре калупа, као што су „покривени калуп за раздвајање“, „калуп за сечење“, „калуп за раздвајање моста за висеће профиле“ итд. Међутим, ове структуре нису применљиве на производе састављене од више полушупљих профила. Традиционални дизајн узима у обзир само материјале, али код екструзионог обликовања, највећи утицај на чврстоћу има сила екструзије током процеса екструзије, а процес обликовања метала је главни фактор који генерише силу екструзије.

Због велике централне чврсте површине профила соларног радијатора, веома је лако проузроковати да укупна брзина протока у овој области буде пребрза током процеса екструзије, а додатни затезни напон ће се створити на глави међузупчане цеви за сушење, што ће резултирати ломом међузупчане цеви за сушење. Стога, приликом пројектовања структуре калупа, требало би да се фокусирамо на подешавање брзине протока метала и брзине протока како бисмо постигли циљ смањења притиска екструзије и побољшања стања напона у висећој цеви између зубаца, како би се побољшала чврстоћа калупа.

2. Избор структуре калупа и капацитета екструзионе пресе

2.1 Облик структуре калупа

За профил радијатора сунцокрета приказан на слици 1, иако нема шупљи део, мора се усвојити структура подељеног калупа као што је приказано на слици 2. За разлику од традиционалне структуре калупа са шантним уметком, комора металне лемнице се налази у горњем калупу, а у доњем калупу се користи структура уметака. Сврха је смањење трошкова калупа и скраћивање циклуса производње калупа. И горњи и доњи калуп су универзални и могу се поново користити. Што је још важније, блокови отвора за калупе могу се обрађивати независно, што може боље осигурати тачност радне траке за отворе за калупе. Унутрашњи отвор доњег калупа је дизајниран као степеница. Горњи део и блок отвора за калупе усвајају зазор, а вредност зазора са обе стране је 0,06~0,1 м; доњи део усваја интерференцијски зазор, а величина интерференције са обе стране је 0,02~0,04 м, што помаже у обезбеђивању коаксијалности и олакшава монтажу, чинећи уложак компактнијим, а истовремено може избећи деформацију калупа узроковану термичким интерференцијским зазором приликом монтаже.

2.2 Избор капацитета екструдера

Избор капацитета екструдера је, с једне стране, да би се одредио одговарајући унутрашњи пречник екструзионог цеви и максимални специфични притисак екструдера на делу екструзионог цеви како би се задовољио притисак током обликовања метала. С друге стране, да би се одредио одговарајући однос екструзије и изабрале одговарајуће спецификације величине калупа на основу трошкова. За алуминијумски профил радијатора сунцокрета, однос екструзије не сме бити превелик. Главни разлог је тај што је сила екструзије пропорционална односу екструзије. Што је већи однос екструзије, већа је сила екструзије. Ово је изузетно штетно за калуп алуминијумског профила радијатора сунцокрета.

Искуство показује да је однос екструзије алуминијумских профила за радијаторе сунцокрета мањи од 25. За профил приказан на слици 1, изабран је екструдер од 20,0 MN са унутрашњим пречником цеви за екструзију од 208 mm. Након прорачуна, максимални специфични притисак екструдера је 589MPa, што је прикладнија вредност. Ако је специфични притисак превисок, притисак на калуп ће бити велики, што је штетно за век трајања калупа; ако је специфични притисак пренизак, не може да испуни захтеве екструзионог обликовања. Искуство показује да специфични притисак у опсегу од 550~750 MPa може боље да задовољи различите захтеве процеса. Након прорачуна, коефицијент екструзије је 4,37. Спецификација величине калупа је изабрана као 350 mmx200 mm (спољашњи пречник x степени).

3. Одређивање структурних параметара калупа

3.1 Структурни параметри горњег калупа

(1) Број и распоред отвора за преусмеравање. За калуп за шантни калуп за профил радијатора сунцокрета, што је већи број отвора за преусмеравање, то боље. За профиле сличних кружних облика, генерално се бирају 3 до 4 традиционална отвора за преусмеравање. Резултат је да је ширина моста за преусмеравање већа. Генерално, када је већа од 20 мм, број завара је мањи. Међутим, при избору радне траке отвора матрице, радна трака отвора матрице на дну моста за преусмеравање мора бити краћа. Под условом да не постоји прецизна метода прорачуна за избор радне траке, то ће природно довести до тога да отвор матрице испод моста и други делови не постижу потпуно исти проток током екструзије због разлике у радној траци. Ова разлика у протоку ће произвести додатни затезни напон на конзоли и изазвати скретање зубаца за одвођење топлоте. Стога је за калуп за екструзију радијатора сунцокрета са густим бројем зубаца веома важно осигурати да је проток сваког зубаца конзистентан. Како се број отвора за шант повећава, тако ће се сходно томе повећавати и број мостова за шант, а брзина протока и расподела протока метала постајаће равномернији. То је зато што се, како се број мостова за шант повећава, ширина мостова за шант може сходно томе смањити.

Практични подаци показују да је број отвора за шант генерално 6 или 8, или чак и више. Наравно, за неке велике профиле за одвођење топлоте сунцокрета, горњи калуп такође може распоредити отворе за шант према принципу ширине моста за шант ≤ 14 мм. Разлика је у томе што се мора додати предња плоча за раздвајање ради претходне расподеле и подешавања протока метала. Број и распоред отвора за преусмеравање на предњој плочи за преусмеравање могу се извршити на традиционалан начин.

Поред тога, приликом распоређивања отвора за шант, треба размотрити коришћење горњег калупа за одговарајућу заштиту главе конзоле зуба за одвођење топлоте како би се спречило да метал директно удари у главу конзолне цеви и тиме побољша стање напона конзолне цеви. Блокирани део главе конзоле између зубаца може бити 1/5~1/4 дужине конзолне цеви. Распоред отвора за шант је приказан на слици 3.

(2) Однос површине отвора за скретање. Пошто је дебљина зида корена врућег зуба мала, а висина далеко од центра, а физичка површина се веома разликује од центра, то је најтежи део за обликовање метала. Стога је кључна тачка у дизајну калупа за профил радијатора сунцокрета да се брзина протока централног чврстог дела учини што споријом како би се осигурало да метал прво попуни корен зуба. Да би се постигао такав ефекат, с једне стране, то је избор радне траке, а што је још важније, одређивање површине отвора за преусмеравање, углавном површине централног дела који одговара отвору за преусмеравање. Тестови и емпиријске вредности показују да се најбољи ефекат постиже када површина централног отвора за преусмеравање S1 и површина спољашњег отвора за једноструко преусмеравање S2 задовољавају следећи однос: S1= (0,52 ~0,72) S2

Поред тога, ефективни канал за проток метала централног отвора разделника треба да буде 20~25 мм дужи од ефективног канала за проток метала спољашњег отвора разделника. Ова дужина такође узима у обзир маргину и могућност поправке калупа.

(3) Дубина коморе за заваривање. Екструзиони калуп за профил радијатора Сунцокрет се разликује од традиционалног шантног калупа. Његова цела комора за заваривање мора бити смештена у горњем калупу. Ово је да би се осигурала тачност обраде блока рупа доњег калупа, посебно тачност радне траке. У поређењу са традиционалним шантним калупом, дубина коморе за заваривање шантног калупа за профил радијатора Сунцокрет треба да се повећа. Што је већи капацитет машине за екструзију, веће је повећање дубине коморе за заваривање, која је 15~25 мм. На пример, ако се користи машина за екструзију од 20 MN, дубина коморе за заваривање традиционалног шантног калупа је 20~22 мм, док дубина коморе за заваривање шантног калупа профила радијатора Сунцокрет треба да буде 35~40 мм. Предност овога је што је метал потпуно заварен и напрезање на суспендованој цеви је знатно смањено. Структура горње коморе за заваривање калупа је приказана на слици 4.

3.2 Дизајн уметка за отвор за матрицу

Дизајн блока отвора за матрицу углавном укључује величину отвора за матрицу, радни појас, спољашњи пречник и дебљину блока огледала итд.

(1) Одређивање величине отвора матрице. Величина отвора матрице може се одредити на традиционалан начин, углавном узимајући у обзир скалирање термичке обраде легуре.

(2) Избор радне траке. Принцип избора радне траке је да се прво осигура да је довод метала на дну корена зуба довољан, тако да је брзина протока на дну корена зуба већа него на осталим деловима. Стога, радна трака на дну корена зуба треба да буде најкраћа, са вредношћу од 0,3~0,6 мм, а радна трака на суседним деловима треба да се повећа за 0,3 мм. Принцип је да се повећава за 0,4~0,5 на сваких 10~15 мм према центру; друго, радна трака на највећем чврстом делу центра не сме да пређе 7 мм. У супротном, ако је разлика у дужини радне траке превелика, доћи ће до великих грешака у обради бакарних електрода и ЕДМ обради радне траке. Ова грешка може лако проузроковати ломљење зуба током процеса екструзије. Радна трака је приказана на слици 5.

 

(3) Спољни пречник и дебљина уметка. Код традиционалних калупа за шантовање, дебљина уметка отвора матрице је једнака дебљини доњег калупа. Међутим, код калупа за радијатор сунцокрета, ако је ефективна дебљина отвора матрице превелика, профил ће лако ударити у калуп током екструзије и пражњења, што ће резултирати неравним зубима, огреботинама или чак заглављивањем зубаца. То ће проузроковати ломљење зубаца.

Поред тога, ако је дебљина отвора матрице предугачка, с једне стране, време обраде је дуго током ЕДМ процеса, а с друге стране, лако је изазвати одступање електричне корозије, а такође је лако изазвати одступање зубаца током екструзије. Наравно, ако је дебљина отвора матрице премала, чврстоћа зубаца се не може гарантовати. Стога, узимајући у обзир ова два фактора, искуство показује да је степен уметања отвора матрице доњег калупа генерално 40 до 50; а спољни пречник уметања отвора матрице треба да буде 25 до 30 мм од највеће ивице отвора матрице до спољашњег круга уметка.

За профил приказан на слици 1, спољашњи пречник и дебљина блока отвора за матрицу су 225 мм и 50 мм респективно. Уложак отвора за матрицу је приказан на слици 6. D на слици је стварна величина, а номинална величина је 225 мм. Гранично одступање његових спољашњих димензија је усклађено са унутрашњим отвором доњег калупа како би се осигурало да је једнострани зазор у опсегу од 0,01~0,02 мм. Блок отвора за матрицу је приказан на слици 6. Номинална величина унутрашњег отвора блока отвора за матрицу постављеног на доњи калуп је 225 мм. На основу стварне измерене величине, блок отвора за матрицу је усклађен према принципу од 0,01~0,02 мм по страни. Спољашњи пречник блока отвора за матрицу може се добити као D, али ради лакше инсталације, спољашњи пречник блока огледала отвора за матрицу може се на одговарајући начин смањити у опсегу од 0,1 м на крају за довод, као што је приказано на слици.

4. Кључне технологије производње калупа

Обрада калупа за профил радијатора „Сунцокрет“ се не разликује много од обичних калупа за алуминијумске профиле. Очигледна разлика се углавном огледа у електричној обради.

(1) Код сечења жицом, неопходно је спречити деформацију бакарне електроде. Пошто је бакарна електрода која се користи за електричну обраду тешка, зуби су премали, сама електрода је мекана, има лошу чврстоћу, а локална висока температура коју ствара сечење жицом узрокује да се електрода лако деформише током процеса сечења. Када се користе деформисане бакарне електроде за обраду радних трака и празних ножева, доћи ће до искривљења зубаца, што може лако проузроковати стругање калупа током обраде. Стога је неопходно спречити деформацију бакарних електрода током процеса производње. Главне превентивне мере су: пре сечења жицом, поравнати бакарни блок са креветом; користити индикатор са бројчаником за подешавање вертикалности на почетку; приликом сечења жицом, прво почети од дела са зубима, а на крају исећи део са дебелим зидом; с времена на време користити отпадну сребрну жицу за попуњавање исечених делова; након што је жица направљена, користити машину за жицу да се одсече кратак део од око 4 мм дуж дужине исечене бакарне електроде.

(2) Обрада електроерозијом се очигледно разликује од обичних калупа. Електроерозија је веома важна у обради калупа за профиле радијатора сунцокрета. Чак и ако је дизајн савршен, мали недостатак у Електроерозији ће довести до тога да цео калуп буде отпаднут. Обрада електроерозијом не зависи толико од опреме као сечење жицом. У великој мери зависи од оперативних вештина и стручности оператера. Обрада електроерозијом углавном обраћа пажњу на следећих пет тачака:

①Струја електричне ерозије за обраду. Струја од 7~10 A може се користити за почетну ЕДМ обраду ради скраћивања времена обраде; струја од 5~7 A може се користити за завршну обраду. Сврха коришћења мале струје је добијање добре површине;

② Обезбедите равност чеоне површине калупа и вертикалност бакарне електроде. Лоша равност чеоне површине калупа или недовољна вертикалност бакарне електроде отежава осигуравање да је дужина радне траке након ЕДМ обраде у складу са пројектованом дужином радне траке. Лако је да ЕДМ процес откаже или чак пробије назубљену радну траку. Стога, пре обраде, мора се користити брусилица да би се изравнали оба краја калупа како би се испунили захтеви тачности, а индикатор са бројчаником мора се користити за корекцију вертикалности бакарне електроде;

③ Уверите се да је размак између празних ножева равномеран. Током почетне обраде, проверите да ли је празан алат померен на сваких 0,2 мм на свака 3 до 4 мм обраде. Ако је померање велико, биће га тешко исправити накнадним подешавањима;

④Благовремено уклоните остатке настале током EDM процеса. Корозија изазвана варницом ће произвести велику количину остатака, који се мора благовремено очистити, у супротном ће дужина радне траке бити различита због различитих висина остатака;

⑤Калуп мора бити демагнетизован пре ЕДМ-а.

5. Поређење резултата екструзије

Профил приказан на слици 1 тестиран је коришћењем традиционалног калупа са раздвојеним профилом и нове шеме пројектовања предложене у овом чланку. Поређење резултата је приказано у табели 1.

Из резултата поређења се може видети да структура калупа има велики утицај на век трајања калупа. Калуп пројектован коришћењем нове шеме има очигледне предности и значајно побољшава век трајања калупа.

6. Закључак

Екструзиони калуп за профил радијатора сунцокрета је врста калупа који је веома тешко пројектовати и произвести, а његов дизајн и производња су релативно сложени. Стога, да би се осигурала стопа успеха екструзије и век трајања калупа, морају се постићи следеће тачке:

(1) Структурни облик калупа мора бити разумно одабран. Структура калупа мора бити погодна за смањење силе екструзије како би се смањио напон на конзоли калупа коју формирају зуби за одвођење топлоте, чиме се побољшава чврстоћа калупа. Кључно је разумно одредити број и распоред отвора за шантовање и површину отвора за шантовање и друге параметре: прво, ширина моста за шантовање формираног између отвора за шантовање не сме прећи 16 мм; друго, површина отвора за раздвајање треба да буде одређена тако да однос раздвајања достигне што је више могуће више од 30% односа екструзије, уз обезбеђивање чврстоће калупа.

(2) Разумно одабрати радни каиш и предузети разумне мере током електричне обраде, укључујући технологију обраде бакарних електрода и електричне стандардне параметре електричне обраде. Прва кључна тачка је да бакарна електрода треба да буде површински обрађена пре сечења жице, а метод уметања треба да се користи током сечења жице како би се осигурало да електроде нису лабаве или деформисане.

(3) Током процеса електричне обраде, електрода мора бити прецизно поравната како би се избегло одступање зуба. Наравно, на основу разумног дизајна и производње, употреба висококвалитетног челика за калуп за врућу обраду и процес вакуумске термичке обраде од три или више темперамента могу максимизирати потенцијал калупа и постићи боље резултате. Од дизајна, производње до екструзије, само ако је свака веза тачна, можемо осигурати да је калуп за профил радијатора сунцокрета екструдиран.