Hoe ontwerp je de Sunflower Radiator-extrusiematrijs voor aluminiumprofielen?

1. Analyse van de structurele kenmerken van aluminium profieldelen

Figuur 1 toont de dwarsdoorsnede van een typisch aluminium profiel voor een zonnebloemradiator. De dwarsdoorsnede van het profiel is 7773,5 mm², met in totaal 40 warmteafvoerende tanden. De maximale opening tussen de tanden is 4,46 mm. Na berekening is de tongverhouding tussen de tanden 15,7. Tegelijkertijd is er een groot massief oppervlak in het midden van het profiel, met een oppervlakte van 3846,5 mm².

Afgaande op de vormkenmerken van het profiel, kan de ruimte tussen de tanden worden beschouwd als semi-holle profielen, terwijl het radiatorprofiel is samengesteld uit meerdere semi-holle profielen. Daarom is het bij het ontwerpen van de matrijsstructuur van cruciaal belang om te overwegen hoe de sterkte van de matrijs wordt gewaarborgd. Hoewel de industrie voor semi-holle profielen een verscheidenheid aan volwaardige matrijsstructuren heeft ontwikkeld, zoals de "bedekte splittermal", de "gesneden splittermal", de "splittermal voor hangbruggen", enz., zijn deze structuren echter niet toepasbaar op producten die zijn samengesteld uit meerdere semi-holle profielen. Traditioneel ontwerp houdt alleen rekening met materialen, maar bij extrusiegieten is de grootste invloed op de sterkte de extrusiekracht tijdens het extrusieproces, en is het metaalvormingsproces de belangrijkste factor die extrusiekracht genereert.

Door het grote centrale, massieve oppervlak van het zonnepaneelprofiel kan de totale stroomsnelheid in dit gebied tijdens het extrusieproces zeer gemakkelijk te hoog worden. Hierdoor ontstaat er extra trekspanning op de kop van de ophangbuis tussen de tanden, wat kan leiden tot breuk van de ophangbuis tussen de tanden. Daarom moeten we bij het ontwerp van de matrijsstructuur letten op de aanpassing van de metaalstroomsnelheid en de stroomsnelheid om de extrusiedruk te verlagen en de spanningstoestand van de tussen de tanden hangende buis te verbeteren, om zo de sterkte van de matrijs te verbeteren.

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

2.1 Vorm van de malstructuur

Voor het zonnebloemradiatorprofiel afgebeeld in Figuur 1, hoewel het geen hol deel heeft, moet het de gespleten malstructuur aannemen zoals afgebeeld in Figuur 2. Anders dan de traditionele shuntmalstructuur, is de metalen soldeerstationkamer in de bovenste mal geplaatst en wordt een inzetstukstructuur gebruikt in de onderste mal. Het doel is om de malkosten te verlagen en de malproductiecyclus te verkorten. Zowel de bovenste als de onderste malsets zijn universeel en kunnen worden hergebruikt. Belangrijker nog, de matrijsgatblokken kunnen onafhankelijk van elkaar 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 matrijsgatblok nemen een speling aan en de speling aan beide zijden is 0,06~0,1 m; het onderste deel neemt een perspassing aan en de interferentiewaarde aan beide zijden is 0,02~0,04 m, wat helpt bij het garanderen van coaxialiteit en het vergemakkelijken van de montage, waardoor de inlegpas compacter wordt en tegelijkertijd malvervorming door thermische installatie-perspassing kan worden voorkomen.

2.2 Selectie van de extrudercapaciteit

De selectie van de extrudercapaciteit is enerzijds bedoeld om de juiste binnendiameter van de extrusiecilinder en de maximale specifieke druk van de extruder op het extrusiecilindergedeelte te bepalen om de druk tijdens het vormen van het metaal te weerstaan. Anderzijds is het belangrijk om de juiste extrusieverhouding te bepalen en de juiste matrijsgrootte te selecteren op basis van de kosten. Voor het Sunflower radiator aluminium profiel mag de extrusieverhouding niet te groot zijn. De belangrijkste reden hiervoor is dat de extrusiekracht evenredig is met de extrusieverhouding. Hoe groter de extrusieverhouding, hoe groter de extrusiekracht. Dit is zeer nadelig voor de mal van het Sunflower radiator aluminium profiel.

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

3. Bepaling van de structurele parameters van de matrijs

3.1 Structurele parameters van de bovenste mal

(1) Aantal en rangschikking van de omleidergaten. Voor de zonnebloemradiatorprofiel-shuntmal geldt: hoe meer shuntgaten, hoe beter. Voor profielen met vergelijkbare ronde vormen worden over het algemeen 3 tot 4 traditionele shuntgaten gekozen. Het resultaat is dat de breedte van de shuntbrug groter is. Over het algemeen is het aantal lassen kleiner wanneer deze 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. Onder de voorwaarde dat er geen precieze berekeningsmethode is voor de selectie van de werkband, zal dit er vanzelfsprekend toe leiden dat het matrijsgat onder de brug en andere onderdelen niet exact dezelfde stroomsnelheid bereiken tijdens de extrusie vanwege het verschil in de werkband. Dit verschil in stroomsnelheid zal extra trekspanning op de cantilever veroorzaken en afbuiging van de warmteafvoertanden veroorzaken. Daarom is het voor de zonnebloemradiator-extrusiematrijs met een dicht aantal tanden zeer cruciaal om ervoor te zorgen dat de stroomsnelheid van elke tand consistent is. Naarmate het aantal shuntgaten toeneemt, zal het aantal shuntbruggen dienovereenkomstig toenemen, waardoor de stroomsnelheid en de stroomverdeling van het metaal gelijkmatiger worden. Dit komt doordat de breedte van de shuntbruggen dienovereenkomstig kan worden verkleind naarmate het aantal shuntbruggen toeneemt.

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

Bovendien moet bij het plaatsen van de shuntgaten rekening worden gehouden met het gebruik van de bovenmal om de kop van de cantilever van de warmteafvoertand goed af te schermen. Dit voorkomt dat het metaal direct tegen de kop van de cantileverbuis botst en verbetert zo de spanningstoestand van de cantileverbuis. Het geblokkeerde deel van de cantileverkop tussen de tanden kan 1/5 tot 1/4 van de lengte van de cantileverbuis bedragen. De indeling van de shuntgaten is weergegeven in Afbeelding 3.

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

Bovendien moet het effectieve metaalstroomkanaal van het centrale splittergat 20 tot 25 mm langer zijn dan het effectieve metaalstroomkanaal van het buitenste splittergat. Deze lengte houdt ook rekening met de marge en de mogelijkheid van matrijsreparatie.

(3) Diepte van de laskamer. De extrusiematrijs van het Sunflower-radiatorprofiel verschilt van de traditionele shuntmatrijs. De volledige laskamer moet zich in de bovenste matrijs bevinden. Dit is om de nauwkeurigheid van de verwerking van het gatenblok van de onderste matrijs te garanderen, met name de nauwkeurigheid van de werkband. Vergeleken met de traditionele shuntmal moet de diepte van de laskamer van de shuntmal van het Sunflower-radiatorprofiel worden vergroot. Hoe groter de capaciteit van de extrusiemachine, hoe groter de toename van de diepte van de laskamer, namelijk 15~25 mm. Als bijvoorbeeld een 20 MN-extrusiemachine 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 Sunflower-radiatorprofiel 35~40 mm moet zijn. Het voordeel hiervan is dat het metaal volledig gelast is en de spanning op de hangende buis aanzienlijk wordt verminderd. De structuur van de laskamer van de bovenste matrijs wordt weergegeven in Afbeelding 4.

3.2 Ontwerp van het matrijsgatinzetstuk

Het ontwerp van het matrijsgatblok omvat voornamelijk de grootte van het matrijsgat, de werkband, de buitendiameter en de dikte van het spiegelblok, enz.

(1) Bepaling van de grootte van het matrijsgat. De grootte van het matrijsgat kan op een traditionele manier worden bepaald, voornamelijk rekening houdend met de schaalbaarheid van de thermische verwerking van legeringen.

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

 

(3) De buitendiameter en dikte van de insert. Bij traditionele shuntmallen is de dikte van de insert voor het matrijsgat gelijk aan de dikte van de onderste mal. Bij de zonnebloemradiatormal zal het profiel echter, als de effectieve dikte van het matrijsgat te groot is, gemakkelijk botsen met de mal tijdens het extruderen en ontladen, wat resulteert in ongelijke tanden, krassen of zelfs vastgelopen tanden. Dit kan leiden tot tandenbreuk.

Bovendien, als de dikte van het matrijsgat te groot is, leidt dit enerzijds tot een lange verwerkingstijd tijdens het EDM-proces, en anderzijds tot een gemakkelijk optredende elektrische corrosieafwijking en tandafwijking tijdens de extrusie. Een te kleine dikte van het matrijsgat kan de sterkte van de tanden niet garanderen. Rekening houdend met deze twee factoren, leert de ervaring dat de matrijsgatinzetstukdikte van de ondermal over het algemeen 40 tot 50 mm bedraagt; en dat de buitendiameter van het matrijsinzetstuk 25 tot 30 mm moet zijn, gemeten vanaf de grootste rand van het matrijsgat tot de buitencirkel van het inzetstuk.

Voor het profiel weergegeven in Figuur 1 zijn de buitendiameter en dikte van het matrijsgatblok respectievelijk 225 mm en 50 mm. Het matrijsgatinzetstuk wordt weergegeven in Figuur 6. D in de afbeelding is de werkelijke maat en de nominale maat is 225 mm. De limietafwijking van de buitenafmetingen wordt afgestemd op het binnengat van de onderste mal om ervoor te zorgen dat de unilaterale opening binnen het bereik van 0,01~0,02 mm ligt. Het matrijsgatblok wordt weergegeven in Figuur 6. De nominale maat van het binnengat van het matrijsgatblok dat op de onderste mal is geplaatst, is 225 mm. Gebaseerd op de werkelijk gemeten maat wordt het matrijsgatblok 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 toevoeruiteinde, zoals weergegeven in de afbeelding.

4. Belangrijkste technologieën voor matrijzenbouw

De bewerking van de Sunflower radiatorprofielmal verschilt niet veel van die van gewone aluminium profielmallen. Het duidelijke verschil is vooral terug te vinden in de elektrische bewerking.

(1) Bij het draadsnijden is het noodzakelijk om 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 lokaal hoge temperatuur die wordt gegenereerd tijdens het draadsnijden, ervoor zorgt dat de elektrode gemakkelijk vervormt tijdens het draadsnijden. Bij het gebruik van vervormde koperelektroden voor het verwerken van werkbanden en lege messen, zullen scheve tanden ontstaan, waardoor de mal tijdens de verwerking gemakkelijk kan worden geschraapt. Daarom is het noodzakelijk om vervorming van de koperelektroden tijdens het online productieproces te voorkomen. De belangrijkste preventieve maatregelen zijn: vóór het draadsnijden, het koperblok waterpas stellen met een bed; gebruik een meetklok om de verticaliteit aan het begin aan te passen; begin bij het draadsnijden eerst met het getande deel en snijd uiteindelijk het deel met de dikke wand; gebruik af en toe restzilverdraad om de gesneden delen op te vullen; nadat de draad is gemaakt, gebruik een draadsnijmachine om een ​​kort stukje van ongeveer 4 mm over de lengte van de gesneden koperelektrode af te snijden.

(2) Verspanen met vonkverspaning verschilt duidelijk van gewone mallen. EDM is erg belangrijk bij de bewerking van mallen voor zonnebloemradiatorprofielen. Zelfs als het ontwerp perfect is, kan een klein defect in EDM ertoe leiden dat de hele mal wordt afgedankt. Verspanen met vonkverspaning is minder afhankelijk van apparatuur dan draadsnijden. Het hangt grotendeels af van de bedieningsvaardigheden en -bekwaamheid van de operator. Bij verspanen met vonkverspaning wordt voornamelijk gelet op de volgende vijf punten:

1. Stroomsterkte bij elektrische ontladingsbewerking. 7-10 A kan worden gebruikt voor de eerste bewerking met draadvonken om de verwerkingstijd te verkorten; 5-7 A kan worden gebruikt voor de nabewerking. Het doel van het gebruik van een lage stroomsterkte is het verkrijgen van een mooi oppervlak;

2 Zorg ervoor dat het eindvlak van de matrijs vlak is en de koperen elektrode verticaliteit heeft. Slechte vlakheid van het eindvlak van de matrijs of onvoldoende verticaliteit van de koperen elektrode maakt het moeilijk om te garanderen dat de lengte van de werkband na het EDM-proces consistent is met de ontworpen werkbandlengte. Het EDM-proces kan gemakkelijk falen of zelfs de getande werkband doorboren. Daarom moeten vóór de bewerking beide uiteinden van de matrijs met een slijpmachine worden afgevlakt om aan de nauwkeurigheidseisen te voldoen, en moet een meetklok worden gebruikt om de verticaliteit van de koperen elektrode te corrigeren.

③ Zorg ervoor dat de afstand tussen de lege messen gelijk is. Controleer tijdens de eerste bewerking of het lege gereedschap elke 3 tot 4 mm van de bewerking 0,2 mm is verschoven. Als de verschuiving groot is, zal het moeilijk zijn om deze bij latere aanpassingen te corrigeren;

④Verwijder tijdig de resten die tijdens het EDM-proces zijn ontstaan. Vonkontladingscorrosie produceert een grote hoeveelheid resten, die tijdig moeten worden verwijderd, anders zal de lengte van de werkband variëren vanwege de verschillende hoogtes van de resten;

⑤De mal moet voor het EDM-proces gedemagnetiseerd worden.

5. Vergelijking van extrusieresultaten

Het profiel in figuur 1 is getest met behulp van de traditionele splitmal en het nieuwe ontwerp dat in dit artikel wordt voorgesteld. De resultaten worden vergeleken in tabel 1.

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

6. Conclusie

De extrusiemal voor een zonnebloemradiatorprofiel is een mal die zeer moeilijk te ontwerpen en te produceren is, en het ontwerp en de productie 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 verstandig worden gekozen. De structuur van de mal moet bevorderlijk zijn voor het verminderen van de extrusiekracht om de spanning op de malcantilever, gevormd door de warmteafvoerende tanden, te verminderen en zo de sterkte van de mal te verbeteren. De sleutel is het redelijk bepalen van het aantal en de plaatsing van de shuntgaten, het oppervlak ervan en andere parameters: ten eerste mag de breedte van de shuntbrug tussen de shuntgaten niet groter zijn dan 16 mm; ten tweede moet het splitgatoppervlak zo worden bepaald dat de splitverhouding meer dan 30% van de extrusieverhouding bedraagt, terwijl de sterkte van de mal wordt gewaarborgd.

(2) Selecteer de werkband op een redelijke manier en neem redelijke maatregelen tijdens het elektrisch bewerken, inclusief de verwerkingstechnologie van koperelektroden en de elektrische standaardparameters van elektrisch bewerken. Het eerste belangrijke punt is dat de koperelektrode vóór het draadsnijden oppervlaktegeslepen moet zijn, en de invoegmethode tijdens het draadsnijden moet worden gebruikt om dit te garanderen. De elektroden mogen niet loszitten of vervormd zijn.

(3) Tijdens het elektrische bewerkingsproces moet de elektrode nauwkeurig worden uitgelijnd om tandafwijking te voorkomen. Uiteraard kunnen, op basis van een verstandig ontwerp en productie, het gebruik van hoogwaardig warmgevormd staal en een vacuümwarmtebehandeling met drie of meer tempers het potentieel van de matrijs maximaliseren en betere resultaten opleveren. Van ontwerp en productie tot extrusie: alleen als elke schakel nauwkeurig is, kunnen we garanderen dat de zonnebloemradiatorprofielmatrijs wordt geëxtrudeerd.