Hvordan designer man solsikke-radiator-ekstruderingsdysen til aluminiumsprofil?

1. Analyse af strukturelle egenskaber ved aluminiumsprofilsektioner

Figur 1 viser tværsnittet af en typisk aluminiumsprofil til en solsikke-radiator. Profilens tværsnitsareal er 7773,5 mm² med i alt 40 varmeafledningstænder. Den maksimale hængende åbningsstørrelse mellem tænderne er 4,46 mm. Efter beregning er tungeforholdet mellem tænderne 15,7. Samtidig er der et stort massivt område i midten af ​​profilen med et areal på 3846,5 mm².

Ud fra profilens formegenskaber kan mellemrummet mellem tænderne betragtes som halvhule profiler, og radiatorprofilen er sammensat af flere halvhule profiler. Derfor er nøglen til at overveje, hvordan man sikrer formens styrke, når man designer formstrukturen. Selvom industrien for halvhule profiler har udviklet en række modne formstrukturer, såsom "overdækket splitterform", "skåret splitterform", "ophængsbro-splitterform" osv. Disse strukturer kan dog ikke anvendes til produkter sammensat af flere halvhule profiler. Traditionelt design tager kun materialer i betragtning, men ved ekstruderingsstøbning er den største indflydelse på styrken ekstruderingskraften under ekstruderingsprocessen, og metalformningsprocessen er den vigtigste faktor, der genererer ekstruderingskraften.

På grund af det store centrale faste område af solradiatorprofilen er det meget let at forårsage, at den samlede strømningshastighed i dette område bliver for hurtig under ekstruderingsprocessen, og den yderligere trækspænding vil blive genereret på hovedet af ophængningsrøret mellem tænderne, hvilket resulterer i brud på ophængningsrøret mellem tænderne. Derfor bør vi i designet af formstrukturen fokusere på justering af metalstrømningshastighed og strømningshastighed for at opnå formålet med at reducere ekstruderingstrykket og forbedre spændingstilstanden af ​​det ophængte rør mellem tænderne for at forbedre formens styrke.

2. Valg af formstruktur og ekstruderingspressekapacitet

2.1 Formstruktur

For solsikke-radiatorprofilen vist i figur 1, selvom den ikke har en hul del, skal den anvende den delte støbeformstruktur som vist i figur 2. I modsætning til den traditionelle shunt-støbeformstruktur er metalloddestationskammeret placeret i den øvre støbeform, og en indsatsstruktur anvendes i den nedre støbeform. Formålet er at reducere støbeomkostningerne og forkorte støbeformens fremstillingscyklus. Både den øvre og nedre støbeform er universelle og kan genbruges. Vigtigere er det, at matricehulblokkene kan bearbejdes uafhængigt, hvilket bedre kan sikre nøjagtigheden af ​​matricehulsarbejdsbåndet. Det indre hul i den nedre støbeform er designet som et trin. Den øvre del og støbehulblokken har en frigangspasning, og mellemrumsværdien på begge sider er 0,06~0,1 m; den nedre del har en interferenstilpasning, og interferensmængden på begge sider er 0,02~0,04 m, hvilket hjælper med at sikre koaksialitet og letter monteringen, hvilket gør indlægspasningen mere kompakt, og samtidig kan det undgå støbeformdeformation forårsaget af termisk installationsinterferenstilpasning.

2.2 Valg af ekstruderkapacitet

Valget af ekstruderkapacitet er på den ene side at bestemme den passende indre diameter af ekstruderingstønden og det maksimale specifikke tryk, som ekstruderen har på ekstruderingstøndesektionen for at imødekomme trykket under metalformning. På den anden side er det at bestemme det passende ekstruderingsforhold og vælge de passende formstørrelsesspecifikationer baseret på omkostningerne. For solsikke-radiatorens aluminiumsprofil må ekstruderingsforholdet ikke være for stort. Hovedårsagen er, at ekstruderingskraften er proportional med ekstruderingsforholdet. Jo større ekstruderingsforholdet er, desto større er ekstruderingskraften. Dette er ekstremt skadeligt for solsikke-radiatorens aluminiumsprofilform.

Erfaring viser, at ekstruderingsforholdet for aluminiumsprofiler til solsikke-radiatorer er mindre end 25. Til profilen vist i figur 1 blev der valgt en 20,0 MN ekstruder med en indvendig diameter på ekstruderingscylinderen på 208 mm. Efter beregning er ekstruderens maksimale specifikke tryk 589 MPa, hvilket er en mere passende værdi. Hvis det specifikke tryk er for højt, vil trykket på formen være stort, hvilket er skadeligt for formens levetid; hvis det specifikke tryk er for lavt, kan den ikke opfylde kravene til ekstruderingsformning. Erfaring viser, at et specifikt tryk i området 550~750 MPa bedre kan opfylde forskellige proceskrav. Efter beregning er ekstruderingskoefficienten 4,37. Specifikationen for formstørrelse er valgt som 350 mm x 200 mm (ydre diameter x grader).

3. Bestemmelse af formstrukturparametre

3.1 Strukturparametre for øvre form

(1) Antal og placering af afledningshuller. For solsikke-radiatorprofil-shuntformen gælder det, at jo flere shunthuller der er, desto bedre. For profiler med lignende cirkulære former vælges generelt 3 til 4 traditionelle shunthuller. Resultatet er, at shuntbroens bredde er større. Generelt er antallet af svejsninger mindre, når den er større end 20 mm. Når arbejdsbæltet til matricehullet vælges, skal arbejdsbæltet til matricehullet i bunden af ​​shuntbroen dog være kortere. Hvis der ikke findes en præcis beregningsmetode til valg af arbejdsbælte, vil det naturligt medføre, at matricehullet under broen og andre dele ikke opnår nøjagtig den samme strømningshastighed under ekstrudering på grund af forskellen i arbejdsbæltet. Denne forskel i strømningshastighed vil producere yderligere trækspænding på udliggeren og forårsage afbøjning af varmeafledningstænderne. Derfor er det for solsikke-radiator-ekstruderingsmatrice med et tæt antal tænder meget vigtigt at sikre, at strømningshastigheden for hver tand er ensartet. Efterhånden som antallet af shunthuller stiger, vil antallet af shuntbroer stige tilsvarende, og strømningshastigheden og strømningsfordelingen af ​​metallet vil blive mere jævn. Dette skyldes, at når antallet af shuntbroer stiger, kan bredden af ​​shuntbroerne reduceres tilsvarende.

Praktiske data viser, at antallet af shunthuller generelt er 6 eller 8, eller endda flere. For nogle store solsikkevarmeafledningsprofiler kan den øvre form naturligvis også arrangere shunthullerne i henhold til princippet om, at shuntbrobredden ≤ 14 mm. Forskellen er, at der skal tilføjes en frontdelerplade for at forudfordele og justere metalstrømmen. Antallet og placeringen af ​​aflederhullerne i den forreste aflederplade kan udføres på traditionel vis.

Derudover bør man ved anbringelse af shunthullerne overveje at bruge den øvre form til at beskytte hovedet på udkragningen af ​​varmeafledningstanden på passende vis for at forhindre metallet i at ramme hovedet på udkragningsrøret direkte og dermed forbedre udkragningsrørets spændingstilstand. Den blokerede del af udkragningshovedet mellem tænderne kan være 1/5 ~ 1/4 af udkragningsrørets længde. Shunthullernes layout er vist i figur 3.

(2) Shunthullets arealforhold. Fordi vægtykkelsen af ​​roden af ​​den varme tand er lille, og højden er langt fra midten, og det fysiske areal er meget forskelligt fra midten, er det den sværeste del at formes metal til. Derfor er et nøglepunkt i designet af solsikke-radiatorprofilformen at gøre strømningshastigheden af ​​den centrale, solide del så langsom som muligt for at sikre, at metallet først fylder tandens rod. For at opnå en sådan effekt er det på den ene side valget af arbejdsbæltet, og endnu vigtigere, bestemmelsen af ​​arealet af aflederhullet, primært arealet af den centrale del svarende til aflederhullet. Test og empiriske værdier viser, at den bedste effekt opnås, når arealet af det centrale aflederhul S1 og arealet af det ydre enkeltaflederhul S2 opfylder følgende forhold: S1= (0,52 ~0,72) S2

Derudover bør den effektive metalstrømningskanal i det centrale splitterhul være 20~25 mm længere end den effektive metalstrømningskanal i det ydre splitterhul. Denne længde tager også højde for margenen og muligheden for reparation af støbeformen.

(3) Dybden af ​​svejsekammeret. Sunflower-radiatorprofilens ekstruderingsdyse adskiller sig fra den traditionelle shuntdyse. Hele dens svejsekammer skal placeres i den øvre dyse. Dette er for at sikre nøjagtigheden af ​​hulblokbearbejdningen af ​​den nedre dyse, især nøjagtigheden af ​​arbejdsbåndet. Sammenlignet med den traditionelle shuntform skal dybden af ​​svejsekammeret i Sunflower-radiatorprofilens shuntform øges. Jo større ekstruderingsmaskinens kapacitet er, desto større er forøgelsen af ​​svejsekammerets dybde, som er 15~25 mm. Hvis der for eksempel anvendes en 20 MN ekstruderingsmaskine, er dybden af ​​svejsekammeret i den traditionelle shuntdyse 20~22 mm, mens dybden af ​​svejsekammeret i shuntdysen i Sunflower-radiatorprofilen skal være 35~40 mm. Fordelen ved dette er, at metallet er fuldt svejset, og belastningen på det ophængte rør reduceres betydeligt. Strukturen af ​​den øvre forms svejsekammer er vist i figur 4.

3.2 Design af matricehulsindsats

Designet af dysehullets blok omfatter hovedsageligt dysehullets størrelse, arbejdsbæltet, den ydre diameter og tykkelse af spejlblokken osv.

(1) Bestemmelse af matricehullets størrelse. Matricehullets størrelse kan bestemmes på en traditionel måde, primært under hensyntagen til skalering af legeringens termiske bearbejdning.

(2) Valg af arbejdsbånd. Princippet for valg af arbejdsbånd er først at sikre, at tilførslen af ​​alt metal i bunden af ​​tandroden er tilstrækkelig, så strømningshastigheden i bunden af ​​tandroden er hurtigere end andre dele. Derfor bør arbejdsbåndet i bunden af ​​tandroden være det korteste, med en værdi på 0,3~0,6 mm, og arbejdsbåndet ved de tilstødende dele bør øges med 0,3 mm. Princippet er at øge med 0,4~0,5 hver 10~15 mm mod midten; for det andet bør arbejdsbåndet ved den største solide del af midten ikke overstige 7 mm. Ellers, hvis længdeforskellen på arbejdsbåndet er for stor, vil der opstå store fejl i bearbejdningen af ​​kobberelektroder og EDM-bearbejdningen af ​​arbejdsbåndet. Denne fejl kan let forårsage, at tandudbøjningen knækker under ekstruderingsprocessen. Arbejdsbåndet er vist i figur 5.

 

(3) Indsatsens ydre diameter og tykkelse. For traditionelle shuntforme er tykkelsen af ​​​​indsatsen i matricehullet tykkelsen af ​​​​den nederste form. For solsikke-radiatorformen vil profilen dog let støde sammen med formen under ekstrudering og udladning, hvis den effektive tykkelse af matricehullet er for stor, hvilket resulterer i ujævne tænder, ridser eller endda tandfastklemning. Dette vil forårsage, at tænderne knækker.

Derudover, hvis tykkelsen af ​​​​matricehullet er for lang, er behandlingstiden lang under EDM-processen, og på den anden side er det let at forårsage elektrisk korrosionsafvigelse, og det er også let at forårsage tandafvigelse under ekstrudering. Hvis matricehullets tykkelse er for lille, kan tændernes styrke naturligvis ikke garanteres. Derfor viser erfaringen, under hensyntagen til disse to faktorer, at matricehullets indsatsgrad i den nederste form generelt er 40 til 50; og den ydre diameter af matricehullets indsats skal være 25 til 30 mm fra matricehullets største kant til indsatsens ydre cirkel.

For profilen vist i figur 1 er den ydre diameter og tykkelse af matricehulsblokken henholdsvis 225 mm og 50 mm. Matricehulsindsatsen er vist i figur 6. D i figuren er den faktiske størrelse, og den nominelle størrelse er 225 mm. Grænseafvigelsen for dens ydre dimensioner er tilpasset det indre hul i den nederste form for at sikre, at det ensidige mellemrum er inden for området 0,01~0,02 mm. Matricehulsblokken er vist i figur 6. Den nominelle størrelse af det indre hul i matricehulsblokken placeret på den nederste form er 225 mm. Baseret på den faktiske målte størrelse er matricehulsblokken tilpasset i henhold til princippet 0,01~0,02 mm pr. side. Den ydre diameter af matricehulsblokken kan opnås som D, men for at lette installationen kan den ydre diameter af matricehulsspejlblokken passende reduceres inden for området 0,1 m ved fødeenden, som vist i figuren.

4. Nøgleteknologier inden for formfremstilling

Bearbejdningen af ​​Sunflower-radiatorprofilformen er ikke meget anderledes end almindelige aluminiumsprofilforme. Den åbenlyse forskel afspejles primært i den elektriske bearbejdning.

(1) Med hensyn til trådskæring er det nødvendigt at forhindre deformation af kobberelektroden. Da kobberelektroden, der anvendes til EDM, er tung, tænderne er for små, selve elektroden er blød, har dårlig stivhed, og den lokale høje temperatur, der genereres ved trådskæring, forårsager, at elektroden let deformeres under trådskæringsprocessen. Når deformerede kobberelektroder anvendes til at bearbejde arbejdsbælter og tomme knive, vil der opstå skæve tænder, hvilket let kan forårsage, at formen skrapes under bearbejdningen. Derfor er det nødvendigt at forhindre deformation af kobberelektroderne under online-fremstillingsprocessen. De vigtigste forebyggende foranstaltninger er: før trådskæring, niveller kobberblokken med en bund; brug en måleur til at justere lodretheden i starten; ved trådskæring, start fra tanddelen først, og skær til sidst den tykke vægdel; brug engang imellem sølvtråd til at fylde de skårne dele; efter at tråden er lavet, brug en trådmaskine til at skære et kort stykke på ca. 4 mm langs længden af ​​den skårne kobberelektrode.

(2) Elektrisk udladningsbearbejdning er naturligvis forskellig fra almindelige forme. EDM er meget vigtig i forarbejdningen af ​​solsikke-radiatorprofilforme. Selv hvis designet er perfekt, vil en lille defekt i EDM forårsage, at hele formen kasseres. Elektrisk udladningsbearbejdning er ikke så afhængig af udstyr som trådskæring. Det afhænger i høj grad af operatørens betjeningsevner og færdigheder. Elektrisk udladningsbearbejdning fokuserer primært på følgende fem punkter:

①Elektrisk afladningsbearbejdningsstrøm. 7~10 A strøm kan bruges til indledende EDM-bearbejdning for at forkorte bearbejdningstiden; 5~7 A strøm kan bruges til finbearbejdning. Formålet med at bruge en lille strøm er at opnå en god overflade;

② Sørg for, at formens endeflade er fladhed, og at kobberelektroden er vertikal. Dårlig fladhed af formens endeflade eller utilstrækkelig vertikalitet af kobberelektroden gør det vanskeligt at sikre, at arbejdsbåndets længde efter EDM-behandling er i overensstemmelse med den designede arbejdsbåndslængde. Det er let for EDM-processen at fejle eller endda trænge ind i det tandede arbejdsbånd. Derfor skal begge ender af formen flades ud med en slibemaskine før bearbejdning for at opfylde nøjagtighedskravene, og en måleur skal bruges til at korrigere kobberelektrodens vertikalitet.

③ Sørg for, at afstanden mellem de tomme knive er jævn. Under den indledende bearbejdning skal du kontrollere, om det tomme værktøj er forskudt for hver 0,2 mm efter hver 3 til 4 mm bearbejdning. Hvis forskydningen er stor, vil det være vanskeligt at korrigere den med efterfølgende justeringer;

④Fjern de rester, der genereres under EDM-processen, rettidigt. Gnistudladningskorrosion vil producere en stor mængde rester, som skal fjernes i tide, ellers vil arbejdsbåndets længde være forskellig på grund af resternes forskellige højder;

⑤ Formen skal afmagnetiseres før gnistgnist.

5. Sammenligning af ekstruderingsresultater

Profilen vist i figur 1 blev testet ved hjælp af den traditionelle splitform og det nye designskema, der foreslås i denne artikel. Sammenligningen af ​​resultaterne er vist i tabel 1.

Det kan ses ud fra sammenligningsresultaterne, at formstrukturen har stor indflydelse på formens levetid. Formen designet ved hjælp af den nye ordning har åbenlyse fordele og forbedrer formens levetid betydeligt.

6. Konklusion

Ekstruderingsformen til solsikke-radiatorprofiler er en formtype, der er meget vanskelig at designe og fremstille, og dens design og fremstilling er relativt kompleks. Derfor skal følgende punkter opnås for at sikre ekstruderingssuccesraten og formens levetid:

(1) Formens strukturelle form skal vælges rimeligt. Formens struktur skal være egnet til at reducere ekstruderingskraften for at reducere belastningen på formens udkragning, der dannes af varmeafledningstænderne, og derved forbedre formens styrke. Nøglen er at bestemme antallet og placeringen af ​​shunthullerne samt arealet af shunthullerne og andre parametre på en rimelig måde: for det første bør bredden af ​​shuntbroen, der dannes mellem shunthullerne, ikke overstige 16 mm; for det andet bør splithullets areal bestemmes, så splitforholdet når op til 30 % af ekstruderingsforholdet så meget som muligt, samtidig med at formens styrke sikres.

(2) Vælg arbejdsbåndet med omhu og træf rimelige foranstaltninger under elektrisk bearbejdning, herunder kobberelektrodernes forarbejdningsteknologi og de elektriske standardparametre for elektrisk bearbejdning. Det første nøglepunkt er, at kobberelektroden skal overfladeslibes før trådskæring, og at indsættelsesmetoden skal anvendes under trådskæring for at sikre, at elektroderne ikke er løse eller deforme.

(3) Under den elektriske bearbejdningsprocessen skal elektroden justeres nøjagtigt for at undgå tandafvigelse. Naturligvis kan brugen af ​​højkvalitets varmbearbejdningsstål og vakuumvarmebehandlingsprocessen med tre eller flere temperamenter maksimere formens potentiale og opnå bedre resultater, baseret på et rimeligt design og fremstilling. Fra design og fremstilling til ekstrudering kan vi kun sikre, at solsikke-radiatorprofilformen ekstruderes, hvis hvert led er nøjagtigt.