Hoe ontwerp je de zonnebloemradiator-extrusiematrijs voor aluminium profiel?

1. Analyse van structurele kenmerken van aluminium profielsecties

Figuur 1 toont de dwarsdoorsnede van een typisch aluminium profiel voor een zonnebloemradiator. De dwarsdoorsnede van het profiel bedraagt ​​7773,5 mm², met in totaal 40 tanden voor warmteafvoer. De maximale ophangopening tussen de tanden is 4,46 mm. Na berekening bedraagt ​​de tongverhouding tussen de tanden 15,7. Tegelijkertijd bevindt zich in het midden van het profiel een groot massief gebied met een oppervlakte van 3846,5 mm².

Afgaande op de vormeigenschappen van het profiel kan de ruimte tussen de tanden worden beschouwd als halfholle profielen en is het radiatorprofiel opgebouwd uit meerdere halfholle profielen. Daarom is het bij het ontwerpen van de matrijsstructuur van belang om te overwegen hoe de sterkte van de matrijs kan worden gewaarborgd. Hoewel de industrie voor halfholle profielen een verscheidenheid aan volwassen matrijsstructuren heeft ontwikkeld, zoals “bedekte splittermatrijs”, “gesneden splittermatrijs”, “hangbrugsplittermatrijs”, enz. Deze structuren zijn echter niet van toepassing op producten samengesteld uit meerdere halfholle profielen. Traditioneel ontwerp houdt alleen rekening met materialen, maar bij extrusiegieten is de grootste invloed op de sterkte de extrusiekracht tijdens het extrusieproces, en het metaalvormingsproces is de belangrijkste factor die extrusiekracht genereert.

Vanwege het grote centrale massieve gebied van het zonneradiatorprofiel is het heel gemakkelijk om ervoor te zorgen dat de totale stroomsnelheid in dit gebied te hoog is tijdens het extrusieproces, en de extra trekspanning zal worden gegenereerd op de kop van de tandophanging buis, resulterend in de breuk van de ophangbuis tussen de tanden. Daarom moeten we ons bij het ontwerp van de matrijsstructuur concentreren op de aanpassing van de metaalstroomsnelheid en de stroomsnelheid om het doel te bereiken van het verminderen van de extrusiedruk en het verbeteren van de spanningstoestand van de opgehangen pijp tussen de tanden, om de sterkte van de matrijs te verbeteren. de mal.

2. Selectie van de matrijsstructuur en de capaciteit van de extrusiepers

2.1 Vorm van de malstructuur

Voor het zonnebloemradiatorprofiel getoond in figuur 1 moet het, hoewel het geen hol deel heeft, de gespleten malstructuur aannemen zoals weergegeven in figuur 2. Anders dan de traditionele shuntmatrijsstructuur, is de metalen soldeerstationkamer in de bovenste mal, en in de onderste mal wordt een inzetstructuur gebruikt. Het doel is om de matrijskosten te verlagen en de matrijsproductiecyclus te verkorten. Zowel de bovenmal als de ondermalset zijn universeel en kunnen hergebruikt worden. Wat nog belangrijker is, is dat de matrijsgatblokken onafhankelijk kunnen worden verwerkt, wat de nauwkeurigheid van de matrijsgatwerkband beter kan garanderen. Het binnenste gat van de onderste mal is ontworpen als een trede. Het bovenste deel en het vormgatblok nemen een speling aan en de spleetwaarde aan beide zijden is 0,06 ~ 0,1 m; het onderste deel heeft een interferentiepassing en de interferentiehoeveelheid aan beide zijden is 0,02 ~ 0,04 m, wat coaxialiteit helpt garanderen en de montage vergemakkelijkt, waardoor de inlay compacter wordt en tegelijkertijd schimmelvervorming kan voorkomen die wordt veroorzaakt door thermische installatie interferentie fit.

2.2 Selectie van extrudercapaciteit

De selectie van de extrusiecapaciteit is enerzijds bedoeld om de juiste binnendiameter van het extrusievat en de maximale specifieke druk van de extruder op het extrusievatgedeelte te bepalen om aan de druk tijdens het metaalvormen te voldoen. Aan de andere kant is het de bedoeling om de juiste extrusieverhouding te bepalen en de juiste matrijsgroottespecificaties te selecteren op basis van de kosten. Voor het aluminium profiel van de zonnebloemradiator mag de extrusieverhouding niet te groot zijn. De belangrijkste reden is dat de extrusiekracht evenredig is met de extrusieverhouding. Hoe groter de extrusieverhouding, hoe groter de extrusiekracht. Dit is uiterst schadelijk voor de aluminium profielvorm van de zonnebloemradiator.

Uit ervaring blijkt dat de extrusieverhouding van aluminiumprofielen voor zonnebloemradiatoren kleiner is dan 25. Voor het profiel getoond in Figuur 1 werd een 20,0 MN extruder met een binnendiameter van de extrusiecilinder van 208 mm geselecteerd. Na berekening bedraagt ​​de maximale specifieke druk van de extruder 589 MPa, wat een geschiktere waarde is. Als de soortelijke druk te hoog is, zal de druk op de matrijs groot zijn, hetgeen nadelig is voor de levensduur van de matrijs; als de specifieke druk te laag is, kan deze niet voldoen aan de eisen van extrusievormen. De ervaring leert dat een specifieke druk in het bereik van 550 ~ 750 MPa beter aan verschillende procesvereisten kan voldoen. Na berekening bedraagt ​​de extrusiecoëfficiënt 4,37. De specificatie voor de matrijsgrootte is geselecteerd als 350 mm x 200 mm (buitendiameter x graden).

3. Bepaling van structurele parameters van de mal

3.1 Structurele parameters van de bovenste mal

(1) Aantal en rangschikking van omleidingsgaten. Voor de shuntvorm van het zonnebloemradiatorprofiel geldt: hoe meer shuntgaten, hoe beter. Voor profielen met vergelijkbare ronde vormen worden doorgaans 3 tot 4 traditionele shuntgaten geselecteerd. Het gevolg is dat de breedte van de shuntbrug groter wordt. Over het algemeen is het aantal lassen kleiner als het groter is dan 20 mm. Bij het selecteren van de werkband van het matrijsgat moet de werkband van het matrijsgat aan de onderkant van de shuntbrug echter korter zijn. Op voorwaarde dat er geen nauwkeurige berekeningsmethode is voor de selectie van de werkband, zal dit er uiteraard voor zorgen dat het matrijsgat onder de brug en andere onderdelen tijdens de extrusie niet precies hetzelfde debiet bereiken vanwege het verschil in de werkband. Dit verschil in stroomsnelheid zal extra trekspanning op de cantilever veroorzaken en doorbuiging van de warmtedissipatietanden veroorzaken. Daarom is het voor de extrusiematrijs voor zonnebloemradiatoren met een groot aantal tanden van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat de stroomsnelheid van elke tand consistent is. Naarmate het aantal shuntgaten toeneemt, zal het aantal shuntbruggen dienovereenkomstig toenemen, en zullen de stroomsnelheid en stroomverdeling van het metaal gelijkmatiger worden. Dit komt doordat naarmate het aantal shuntbruggen toeneemt, de breedte van de shuntbruggen dienovereenkomstig kan worden verkleind.

Uit praktijkgegevens blijkt dat het aantal shuntgaten over het algemeen 6 of 8 is, of zelfs meer. Voor sommige grote warmteafvoerprofielen voor zonnebloemen kan de bovenste mal uiteraard ook de shuntgaten rangschikken volgens het principe van de shuntbrugbreedte ≤ 14 mm. Het verschil is dat er een frontsplitterplaat moet worden toegevoegd om de metaalstroom vooraf te verdelen en aan te passen. Het aantal en de plaatsing van de omstellergaten in de voorste omleidingsplaat kunnen op traditionele wijze worden uitgevoerd.

Bovendien moet bij het aanbrengen van de shuntgaten worden overwogen om de bovenste mal te gebruiken om de kop van de cantilever van de warmtedissipatietand op de juiste manier af te schermen om te voorkomen dat het metaal de kop van de cantileverbuis rechtstreeks raakt en zo de spanningstoestand te verbeteren. van de cantileverbuis. Het geblokkeerde deel van de cantileverkop tussen de tanden kan 1/5 ~ 1/4 van de lengte van de cantileverbuis bedragen. De lay-out van de shuntgaten wordt getoond in Figuur 3

(2) De gebiedsrelatie van het shuntgat. Omdat de wanddikte van de wortel van de hete tand klein is en de hoogte ver van het midden ligt, en het fysieke gebied heel anders is dan het midden, is het het moeilijkste onderdeel om metaal te vormen. Daarom is een belangrijk punt bij het ontwerp van de zonnebloemradiatorprofielmal het de stroomsnelheid van het centrale massieve deel zo laag mogelijk te maken om ervoor te zorgen dat het metaal eerst de wortel van de tand vult. Om een ​​dergelijk effect te bereiken is het enerzijds de selectie van de werkband, en nog belangrijker, de bepaling van het gebied van het omleidgat, voornamelijk het gebied van het centrale deel dat overeenkomt met het omleidgat. Tests en empirische waarden tonen aan dat het beste effect wordt bereikt wanneer het oppervlak van het centrale omleidingsgat S1 en het oppervlak van het externe enkele omleidingsgat S2 aan de volgende relatie voldoen: S1= (0,52 ~ 0,72) S2

Bovendien moet het effectieve metalen stroomkanaal van het centrale splittergat 20 ~ 25 mm langer zijn dan het effectieve metalen stroomkanaal van het buitenste splittergat. Bij deze lengte wordt ook rekening gehouden met de marge en de mogelijkheid tot schimmelherstel.

(3) Diepte van de laskamer. De extrusiematrijs voor het zonnebloemradiatorprofiel verschilt van de traditionele shuntmatrijs. De gehele laskamer moet zich in de bovenste matrijs bevinden. Dit is om de nauwkeurigheid van de verwerking van gatenblokken van de onderste matrijs te garanderen, vooral de nauwkeurigheid van de werkband. Vergeleken met de traditionele shuntmal moet de diepte van de laskamer van de Sunflower radiatorprofiel shuntmal worden vergroot. Hoe groter de capaciteit van de extrusiemachine, hoe groter de toename van de diepte van de laskamer, die 15 ~ 25 mm bedraagt. Als er bijvoorbeeld een extrusiemachine van 20 MN wordt gebruikt, is de diepte van de laskamer van de traditionele shuntmatrijs 20 ~ 22 mm, terwijl de diepte van de laskamer van de shuntmatrijs van het zonnebloemradiatorprofiel 35 ~ 40 mm moet zijn. . Het voordeel hiervan is dat het metaal volledig is gelast en de spanning op de hangende buis sterk wordt verminderd. De structuur van de laskamer van de bovenste mal wordt getoond in Figuur 4.

3.2 Ontwerp van het matrijsgatinzetstuk

Het ontwerp van het matrijsgatblok omvat voornamelijk de matrijsgatgrootte, werkriem, buitendiameter en dikte van het spiegelblok, enz.

(1) Bepaling van de matrijsgatgrootte. De grootte van het matrijsgat kan op een traditionele manier worden bepaald, waarbij vooral rekening wordt gehouden met de schaalgrootte van de thermische verwerking van legeringen.

(2) Selectie van werkriem. Het principe van de werkbandselectie is om er eerst voor te zorgen dat de aanvoer van al het metaal aan de onderkant van de tandwortel voldoende is, zodat de stroomsnelheid aan de onderkant van de tandwortel sneller is dan bij andere delen. Daarom moet de werkriem aan de onderkant van de tandwortel de kortste zijn, met een waarde van 0,3 ~ 0,6 mm, en moet de werkriem aan de aangrenzende delen met 0,3 mm worden vergroot. Het principe is om elke 10~15 mm naar het midden toe met 0,4~0,5 te vergroten; ten tweede mag de werkband op het grootste vaste deel van het midden niet groter zijn dan 7 mm. Anders zullen, als het lengteverschil van de werkband te groot is, grote fouten optreden bij de verwerking van koperelektroden en EDM-verwerking van de werkband. Deze fout kan er gemakkelijk voor zorgen dat de tandafbuiging tijdens het extrusieproces breekt. De werkband wordt getoond in Figuur 5.

 

(3) De buitendiameter en dikte van het inzetstuk. Voor traditionele shuntmallen is de dikte van het matrijsgatinzetstuk de dikte van de onderste mal. Als de effectieve dikte van het matrijsgat bij de zonnebloemradiatormatrijs echter te groot is, zal het profiel gemakkelijk in botsing komen met de mal tijdens extrusie en afvoer, wat resulteert in ongelijkmatige tanden, krassen of zelfs vastlopen van de tanden. Deze zorgen ervoor dat de tanden breken.

Bovendien, als de dikte van het matrijsgat te lang is, is de verwerkingstijd enerzijds lang tijdens het EDM-proces, en anderzijds is het gemakkelijk om afwijkingen in de elektrische corrosie te veroorzaken, en het is ook gemakkelijk om tandafwijking veroorzaken tijdens extrusie. Als de dikte van het matrijsgat te klein is, kan de sterkte van de tanden uiteraard niet worden gegarandeerd. Wanneer we deze twee factoren in overweging nemen, leert de ervaring dat de insteekgraad van de matrijsgaten in de onderste matrijs in het algemeen 40 tot 50 bedraagt; en de buitendiameter van het matrijsgatinzetstuk moet 25 tot 30 mm zijn vanaf de grootste rand van het matrijsgat tot de buitenste cirkel van het inzetstuk.

Voor het profiel getoond in figuur 1 zijn de buitendiameter en dikte van het matrijsgatblok respectievelijk 225 mm en 50 mm. Het inzetstuk voor het matrijsgat wordt getoond in Figuur 6. D in de figuur is de werkelijke maat en de nominale maat is 225 mm. De grensafwijking van de buitenafmetingen wordt afgestemd op het binnengat van de onderste mal om ervoor te zorgen dat de eenzijdige opening binnen het bereik van 0,01 ~ 0,02 mm ligt. Het matrijsgatenblok wordt getoond in Figuur 6. De nominale grootte van het binnengat van het matrijsgatenblok dat op de onderste mal is geplaatst, is 225 mm. Op basis van de daadwerkelijk gemeten grootte wordt het matrijsgatblok op elkaar afgestemd volgens het principe van 0,01 ~ 0,02 mm per zijde. De buitendiameter van het matrijsgatblok kan worden verkregen als D, maar voor het gemak van de installatie kan de buitendiameter van het matrijsgatspiegelblok op passende wijze worden verkleind binnen het bereik van 0,1 m aan het invoeruiteinde, zoals weergegeven in de afbeelding .

4. Sleuteltechnologieën voor de productie van matrijzen

De bewerking van de Sunflower radiatorprofielmal verschilt niet veel van die van gewone aluminium profielmallen. Het voor de hand liggende verschil komt vooral tot uiting in de elektrische verwerking.

(1) Bij het snijden van draden is het noodzakelijk om de vervorming van de koperelektrode te voorkomen. Omdat de koperelektrode die voor EDM wordt gebruikt zwaar is, de tanden te klein zijn, de elektrode zelf zacht is, een slechte stijfheid heeft, en de lokale hoge temperatuur die wordt gegenereerd door het draadsnijden zorgt ervoor dat de elektrode gemakkelijk vervormt tijdens het draadsnijden. Bij het gebruik van vervormde koperelektroden voor het bewerken van werkbanden en lege messen ontstaan ​​scheve tanden, waardoor de mal tijdens de bewerking gemakkelijk kan worden gesloopt. Daarom is het noodzakelijk om de vervorming van de koperelektroden tijdens het online productieproces te voorkomen. De belangrijkste preventieve maatregelen zijn: voordat u de draad doorsnijdt, moet u het koperen blok waterpas maken met een bed; gebruik een meetklok om de verticaliteit aan het begin aan te passen; begin bij het draadsnijden eerst vanaf het tandgedeelte en knip ten slotte het onderdeel met de dikke wand; Gebruik af en toe zilverdraad om de uitgesneden delen te vullen; nadat de draad is gemaakt, gebruikt u een draadmachine om een ​​kort gedeelte van ongeveer 4 mm af te snijden langs de lengte van de afgesneden koperelektrode.

(2) Het machinaal bewerken van elektrische ontladingen verschilt duidelijk van gewone mallen. EDM is van groot belang bij de verwerking van zonnebloemradiatorprofielmallen. Zelfs als het ontwerp perfect is, zal een klein defect in EDM ervoor zorgen dat de hele mal wordt gesloopt. Machinale bewerking met elektrische ontlading is niet zo afhankelijk van de apparatuur als draadsnijden. Het hangt grotendeels af van de bedieningsvaardigheden en vaardigheid van de operator. Bij elektrische ontladingsbewerking wordt vooral aandacht besteed aan de volgende vijf punten:

①Elektrische ontladingsstroom. Er kan 7~10 A stroom worden gebruikt voor de initiële EDM-bewerking om de verwerkingstijd te verkorten; Voor het nabewerken kan een stroom van 5~7 A worden gebruikt. Het doel van het gebruik van kleine stroom is het verkrijgen van een goed oppervlak;

② Zorg ervoor dat het eindvlak van de mal vlak is en dat de koperelektrode verticaal is. Een slechte vlakheid van het eindvlak van de mal of onvoldoende verticale ligging van de koperelektrode maakt het moeilijk om ervoor te zorgen dat de lengte van de werkband na EDM-verwerking consistent is met de ontworpen lengte van de werkband. Het EDM-proces kan gemakkelijk mislukken of zelfs de getande werkriem binnendringen. Daarom moet vóór de verwerking een slijpmachine worden gebruikt om beide uiteinden van de mal plat te maken om aan de nauwkeurigheidseisen te voldoen, en moet een meetklok worden gebruikt om de verticaliteit van de koperelektrode te corrigeren;

③ Zorg ervoor dat de opening tussen de lege messen gelijk is. Controleer bij de eerste bewerking of het lege gereedschap elke 3 tot 4 mm bewerking elke 0,2 mm wordt verschoven. Als de offset groot is, zal het moeilijk zijn om deze met daaropvolgende aanpassingen te corrigeren;

④Verwijder tijdig het residu dat tijdens het EDM-proces is gegenereerd. Vonkontladingscorrosie zal een grote hoeveelheid residu produceren, die op tijd moet worden opgeruimd, anders zal de lengte van de werkband anders zijn vanwege de verschillende hoogten van het residu;

⑤De mal moet vóór EDM worden gedemagnetiseerd.

5. Vergelijking van extrusieresultaten

Het profiel getoond in Figuur 1 werd getest met behulp van de traditionele split-mal en het nieuwe ontwerpschema dat in dit artikel wordt voorgesteld. De vergelijking van de resultaten wordt weergegeven in Tabel 1.

Uit de vergelijkingsresultaten blijkt dat de matrijsstructuur een grote invloed heeft op de matrijslevensduur. De volgens het nieuwe schema ontworpen matrijs heeft duidelijke voordelen en verbetert de levensduur van de matrijs aanzienlijk.

6. Conclusie

De extrusiematrijs voor zonnebloemradiatorprofielen is een soort mal die zeer moeilijk te ontwerpen en te vervaardigen is, en het ontwerp en de vervaardiging ervan zijn relatief complex. Om het succespercentage van de extrusie en de levensduur van de mal te garanderen, moeten daarom de volgende punten worden bereikt:

(1) De structurele vorm van de mal moet redelijk worden gekozen. De structuur van de mal moet bevorderlijk zijn voor het verminderen van de extrusiekracht om de spanning op de cantilever van de mal, gevormd door de tanden voor warmtedissipatie, te verminderen, waardoor de sterkte van de mal wordt verbeterd. De sleutel is om redelijkerwijs het aantal en de rangschikking van de shuntgaten en het gebied van de shuntgaten en andere parameters te bepalen: ten eerste mag de breedte van de shuntbrug gevormd tussen de shuntgaten niet groter zijn dan 16 mm; Ten tweede moet het gespleten gatgebied zo worden bepaald dat de splijtverhouding zoveel mogelijk meer dan 30% van de extrusieverhouding bereikt, terwijl de sterkte van de mal wordt gewaarborgd.

(2) Selecteer op redelijke wijze de werkband en neem redelijke maatregelen tijdens elektrische bewerking, inclusief de verwerkingstechnologie van koperelektroden en de elektrische standaardparameters van elektrische bewerking. Het eerste belangrijke punt is dat de koperelektrode vóór het draadsnijden aan het oppervlak moet worden geslepen, en dat de inbrengmethode tijdens het draadsnijden moet worden gebruikt om dit te garanderen. De elektroden zijn niet los of vervormd.

(3) Tijdens het elektrische bewerkingsproces moet de elektrode nauwkeurig worden uitgelijnd om tandafwijkingen te voorkomen. Op basis van een redelijk ontwerp en productie kan het gebruik van hoogwaardig heetwerkvormstaal en het vacuüm-warmtebehandelingsproces van drie of meer temperaturen uiteraard het potentieel van de matrijs maximaliseren en betere resultaten bereiken. Van ontwerp, productie tot extrusieproductie, alleen als elke schakel nauwkeurig is, kunnen we ervoor zorgen dat de mal voor het zonnebloemradiatorprofiel wordt geëxtrudeerd.