Kaip suprojektuoti saulėgrąžų radiatoriaus ekstruzijos štampą aliuminio profiliui?

1. Aliuminio profilių konstrukcinių charakteristikų analizė

1 paveiksle parodytas tipinio saulėgrąžų formos radiatoriaus aliuminio profilio skerspjūvis. Profilio skerspjūvio plotas yra 7773,5 mm², iš viso yra 40 šilumos išsklaidymo dantų. Didžiausias tarp dantų susidarantis pakabinimo tarpas yra 4,46 mm. Atlikus skaičiavimus, dantų įlaidų santykis yra 15,7. Tuo pačiu metu profilio centre yra didelis ištisinis plotas, kurio plotas yra 3846,5 mm².

Sprendžiant iš profilio formos charakteristikų, tarpas tarp dantų gali būti laikomas pusiau tuščiaviduriu profiliu, o radiatoriaus profilis sudarytas iš kelių pusiau tuščiavidurių profilių. Todėl projektuojant liejimo formą, svarbiausia atsižvelgti į tai, kaip užtikrinti liejimo formos stiprumą. Nors pusiau tuščiaviduriams profiliams pramonė sukūrė įvairias brandžias liejimo formas, tokias kaip „dengta skaldymo forma“, „pjautinė skaldymo forma“, „pakabinamojo tilto skaldymo forma“ ir kt. Tačiau šios struktūros netaikomos gaminiams, sudarytiems iš kelių pusiau tuščiavidurių profilių. Tradicinis projektavimas atsižvelgia tik į medžiagas, tačiau ekstruzinio liejimo metu didžiausią įtaką stiprumui daro ekstruzijos jėga ekstruzijos proceso metu, o metalo formavimo procesas yra pagrindinis veiksnys, generuojantis ekstruzijos jėgą.

Dėl didelio centrinio saulės radiatoriaus profilio vientiso ploto ekstruzijos proceso metu labai lengva sukelti per didelį bendrą srauto greitį šioje srityje, o tarpdančių pakabos vamzdžio galvutėje atsiras papildomas tempimo įtempis, dėl kurio tarpdančių pakabos vamzdis gali sulūžti. Todėl projektuojant liejimo formą, turėtume sutelkti dėmesį į metalo srauto greičio ir debito reguliavimą, kad būtų sumažintas ekstruzijos slėgis ir pagerinta pakabinamo vamzdžio įtempio būsena tarp dantų, taip padidinant liejimo formos stiprumą.

2. Formos struktūros ir ekstruzijos preso talpos pasirinkimas

2.1 Liejimo struktūros forma

1 paveiksle parodytas saulėgrąžų radiatoriaus profilis, nors ir neturi tuščiavidurės dalies, turi būti padalintos formos, kaip parodyta 2 paveiksle. Skirtingai nuo tradicinės šuntavimo formos struktūros, metalinės litavimo stoties kamera yra viršutinėje formoje, o apatinėje formoje naudojama įdėklų struktūra. Tikslas – sumažinti formų sąnaudas ir sutrumpinti formų gamybos ciklą. Tiek viršutinė, tiek apatinė formų dalys yra universalios ir gali būti pakartotinai naudojamos. Dar svarbiau, kad štampo angų blokus galima apdoroti atskirai, o tai gali geriau užtikrinti štampo angų darbo juostos tikslumą. Apatinės formos vidinė skylė suprojektuota kaip laiptelis. Viršutinė dalis ir formos angos blokas yra pritaikytos laisvai, o tarpo vertė abiejose pusėse yra 0,06–0,1 m; apatinė dalis yra pritaikyta interferenciniam pritaikymui, o interferencinis dydis abiejose pusėse yra 0,02–0,04 m, o tai padeda užtikrinti koaksialumą ir palengvina surinkimą, todėl įdėklas yra kompaktiškesnis, tuo pačiu metu galima išvengti formos deformacijos, kurią sukelia terminis montavimo interferencinis pritaikymas.

2.2 Ekstruderio našumo pasirinkimas

Ekstruderio našumo parinkimas yra, viena vertus, skirtas nustatyti tinkamą ekstruzijos cilindro vidinį skersmenį ir maksimalų savitąjį ekstruderio slėgį ekstruzijos cilindro sekcijoje, kad būtų pasiektas slėgis metalo formavimo metu. Kita vertus, tai yra tinkamo ekstruzijos santykio nustatymas ir tinkamos formos dydžio specifikacijų parinkimas pagal kainą. Saulėgrąžų radiatoriaus aliuminio profilio ekstruzijos santykis negali būti per didelis. Pagrindinė priežastis yra ta, kad ekstruzijos jėga yra proporcinga ekstruzijos santykiui. Kuo didesnis ekstruzijos santykis, tuo didesnė ekstruzijos jėga. Tai labai kenkia saulėgrąžų radiatoriaus aliuminio profilio formai.

Patirtis rodo, kad saulėgrąžų radiatoriams skirtų aliuminio profilių ekstruzijos santykis yra mažesnis nei 25. 1 paveiksle parodytam profiliui buvo pasirinktas 20,0 MN ekstruderis, kurio vidinis ekstruzijos cilindro skersmuo yra 208 mm. Atlikus skaičiavimus, nustatyta, kad maksimalus ekstruderio savitasis slėgis yra 589 MPa, o tai yra tinkamesnė vertė. Jei savitasis slėgis per didelis, slėgis formoje bus didelis, o tai kenkia formos tarnavimo laikui; jei savitasis slėgis per mažas, ji negali atitikti ekstruzinio formavimo reikalavimų. Patirtis rodo, kad savitasis slėgis 550–750 MPa diapazone gali geriau atitikti įvairius proceso reikalavimus. Atlikus skaičiavimus, ekstruzijos koeficientas yra 4,37. Formos dydžio specifikacija pasirinkta kaip 350 mm x 200 mm (išorinis skersmuo x laipsniai).

3. Formos struktūrinių parametrų nustatymas

3.1 Viršutinės formos konstrukcijos parametrai

(1) Nukreipimo angų skaičius ir išdėstymas. Saulėgrąžų radiatoriaus profilio šuntavimo formoje kuo daugiau šuntavimo angų, tuo geriau. Panašaus apskritimo formos profiliams paprastai parenkamos 3–4 tradicinės šuntavimo angos. Dėl to šuntavimo tiltelio plotis yra didesnis. Paprastai, kai jis yra didesnis nei 20 mm, suvirinimo siūlių skaičius yra mažesnis. Tačiau renkantis štampo angos darbinę juostą, šuntavimo tiltelio apačioje esančios štampo angos darbinė juosta turi būti trumpesnė. Jei nėra tikslaus darbinės juostos parinkimo skaičiavimo metodo, natūraliai dėl darbinės juostos skirtumo štampo angos po tilteliu ir kitų dalių ekstruzijos metu srauto greitis nebus visiškai toks pats. Šis srauto greičio skirtumas sukels papildomą tempimo įtempį konsolėje ir sukels šilumos išsklaidymo dantų deformaciją. Todėl saulėgrąžų radiatoriaus ekstruzijos formoje su tankiu dantų skaičiumi labai svarbu užtikrinti, kad kiekvieno danties srauto greitis būtų vienodas. Didėjant šunto angų skaičiui, atitinkamai didės ir šunto tiltelių skaičius, o metalo srauto greitis ir srauto pasiskirstymas taps tolygesni. Taip yra todėl, kad didėjant šunto tiltelių skaičiui, atitinkamai galima sumažinti šunto tiltelių plotį.

Praktiniai duomenys rodo, kad šuntavimo angų skaičius paprastai yra 6 arba 8 ar net daugiau. Žinoma, kai kuriems dideliems saulėgrąžų šilumos išsklaidymo profiliams viršutinėje formoje šuntavimo angas galima išdėstyti ir pagal šuntavimo tiltelio pločio ≤ 14 mm principą. Skirtumas tas, kad norint iš anksto paskirstyti ir sureguliuoti metalo srautą, reikia pridėti priekinę skirstytuvo plokštę. Priekinėje skirstytuvo plokštėje nukreipiklio angų skaičius ir išdėstymas gali būti atliekamas tradiciniu būdu.

Be to, išdėstant šuntavimo angas, reikėtų atsižvelgti į tai, kad viršutinė forma tinkamai apsaugotų šilumos išsklaidymo danties konsolės galvutę, kad metalas tiesiogiai neliestų konsolės vamzdžio galvutės ir taip pagerintų konsolės vamzdžio įtempimo būseną. Užblokuota konsolės galvutės dalis tarp dantų gali būti 1/5–1/4 konsolės vamzdžio ilgio. Šuntavimo angų išdėstymas parodytas 3 paveiksle.

(2) Šuntavimo angos ploto santykis. Kadangi karšto danties šaknies sienelės storis yra mažas, o aukštis yra toli nuo centro, o fizinis plotas labai skiriasi nuo centro, sunkiausia formuoti metalą. Todėl svarbiausias saulėgrąžų radiatoriaus profilio formos projektavimo aspektas yra kuo mažesnis centrinės kietosios dalies srautas, kad metalas pirmiausia užpildytų danties šaknį. Norint pasiekti tokį efektą, viena vertus, reikia pasirinkti darbinį diržą, o dar svarbiau – nustatyti nukreipiklio angos plotą, daugiausia centrinės dalies, atitinkančios nukreipiklio angą, plotą. Bandymai ir empirinės vertės rodo, kad geriausias efektas pasiekiamas, kai centrinės nukreipiklio angos S1 plotas ir išorinės vienos nukreipiklio angos S2 plotas atitinka šį santykį: S1 = (0,52 ~ 0,72) S2

Be to, centrinės daliklio angos efektyvus metalo srauto kanalas turėtų būti 20–25 mm ilgesnis nei išorinės daliklio angos efektyvus metalo srauto kanalas. Šis ilgis taip pat atsižvelgia į pralaidumą ir galimybę taisyti formą.

(3) Suvirinimo kameros gylis. „Sunflower“ radiatoriaus profilio ekstruzijos forma skiriasi nuo tradicinės šuntavimo formos. Visa jos suvirinimo kamera turi būti viršutinėje formoje. Tai užtikrina apatinės formos skylių bloko apdorojimo tikslumą, ypač darbinio diržo tikslumą. Palyginti su tradicine šuntavimo forma, „Sunflower“ radiatoriaus profilio šuntavimo formos suvirinimo kameros gylis turi būti padidintas. Kuo didesnė ekstruzijos mašinos talpa, tuo labiau padidėja suvirinimo kameros gylis, kuris yra 15–25 mm. Pavyzdžiui, jei naudojama 20 MN ekstruzijos mašina, tradicinės šuntavimo formos suvirinimo kameros gylis yra 20–22 mm, o „Sunflower“ radiatoriaus profilio šuntavimo formos suvirinimo kameros gylis turėtų būti 35–40 mm. Šio metodo privalumas yra tas, kad metalas yra visiškai suvirinamas ir labai sumažėja pakabinamo vamzdžio įtempis. Viršutinės formos suvirinimo kameros konstrukcija parodyta 4 paveiksle.

3.2 Štampo skylės įdėklo konstrukcija

Štampo skylės bloko konstrukcija daugiausia apima štampo skylės dydį, darbinį diržą, išorinį veidrodžio bloko skersmenį ir storį ir kt.

(1) Štampo skylės dydžio nustatymas. Štampo skylės dydį galima nustatyti tradiciniu būdu, daugiausia atsižvelgiant į lydinio terminio apdorojimo mastą.

(2) Darbinio diržo parinkimas. Darbinio diržo parinkimo principas yra toks: pirmiausia reikia užtikrinti, kad viso metalo tiekimas danties šaknies apačioje būtų pakankamas, kad srauto greitis danties šaknies apačioje būtų didesnis nei kitose dalyse. Todėl darbinis diržas danties šaknies apačioje turėtų būti trumpiausias, 0,3–0,6 mm ilgio, o gretimų dalių darbinis diržas turėtų būti padidintas 0,3 mm. Principas yra didinti 0,4–0,5 mm kas 10–15 mm centro link; antra, darbinis diržas didžiausioje vientisoje centro dalyje neturėtų viršyti 7 mm. Priešingu atveju, jei darbinio diržo ilgio skirtumas yra per didelis, apdorojant varinius elektrodus ir apdorojant darbinį diržą EDM metodu, atsiras didelių klaidų. Dėl šios klaidos danties deformacija gali lengvai lūžti ekstruzijos proceso metu. Darbinis diržas parodytas 5 paveiksle.

 

(3) Įdėklo išorinis skersmuo ir storis. Tradicinių šuntavimo formų atveju štampo skylės įdėklo storis yra lygus apatinės formos storiui. Tačiau saulėgrąžų formos radiatoriaus formos atveju, jei štampo skylės efektyvus storis yra per didelis, profilis ekstruzijos ir išleidimo metu lengvai susidurs su forma, todėl dantys bus nelygūs, įbrėžimai ar net užstrigs. Dėl to dantys gali sulūžti.

Be to, jei štampo skylės storis yra per didelis, viena vertus, EDM proceso metu apdorojimo laikas yra ilgas, kita vertus, lengva sukelti elektros korozijos nuokrypį, o ekstruzijos metu taip pat lengva sukelti dantų nuokrypį. Žinoma, jei štampo skylės storis yra per mažas, dantų stiprumas negali būti garantuotas. Todėl, atsižvelgiant į šiuos du veiksnius, patirtis rodo, kad apatinės formos štampo skylės įdėklo laipsnis paprastai yra 40–50; o štampo skylės įdėklo išorinis skersmuo turėtų būti 25–30 mm nuo didžiausio štampo skylės krašto iki išorinio įdėklo apskritimo.

1 paveiksle parodyto profilio išorinis skylės bloko skersmuo ir storis yra atitinkamai 225 mm ir 50 mm. Štampo skylės įdėklas parodytas 6 paveiksle. Paveiksle D yra tikrasis dydis, o nominalus dydis – 225 mm. Jo išorinių matmenų ribinis nuokrypis suderintas pagal apatinės formos vidinę skylę, siekiant užtikrinti, kad vienpusis tarpas būtų 0,01–0,02 mm diapazone. Štampo skylės blokas parodytas 6 paveiksle. Ant apatinės formos uždėto štampo skylės bloko vidinės skylės nominalus dydis yra 225 mm. Remiantis faktiniu išmatuotu dydžiu, štampo skylės blokas suderintas pagal 0,01–0,02 mm kiekvienoje pusėje principą. Štampo skylės bloko išorinis skersmuo gali būti D, tačiau, siekiant patogiau montuoti, štampo skylės veidrodinio bloko išorinis skersmuo padavimo gale gali būti atitinkamai sumažintas iki 0,1 m diapazono, kaip parodyta paveiksle.

4. Pagrindinės liejimo formų gamybos technologijos

„Sunflower“ radiatoriaus profilio liejimo formos apdirbimas nedaug skiriasi nuo įprastų aliuminio profilio liejimo formų. Akivaizdus skirtumas daugiausia atsispindi elektriniame apdirbime.

(1) Pjaunant vielą, būtina užkirsti kelią vario elektrodo deformacijai. Kadangi EDM naudojamas vario elektrodas yra sunkus, dantys per maži, pats elektrodas minkštas, prasto standumo, o dėl vielos pjovimo metu susidarančios aukštos temperatūros elektrodas lengvai deformuojasi pjovimo proceso metu. Naudojant deformuotus vario elektrodus darbo diržams ir tuščiams peiliams apdirbti, atsiranda iškreipti dantys, dėl kurių apdirbimo metu forma gali lengvai sugesti. Todėl internetinio gamybos proceso metu būtina užkirsti kelią vario elektrodo deformacijai. Pagrindinės prevencinės priemonės yra šios: prieš pjaunant vielą, vario bloką išlyginti pagrindu; pradžioje vertikalumo reguliavimui naudoti indikatorių; pjaunant vielą, pirmiausia pradėti nuo dantyse esančios dalies ir galiausiai nupjauti storasienę dalį; retkarčiais nupjautas dalis užpildyti sidabro vielos atraižomis; pagaminus vielą, vielos pjovimo mašina nupjauti trumpą, maždaug 4 mm ilgio, atkarpą išilgai nupjauto vario elektrodo.

(2) Elektroerozinis apdirbimas akivaizdžiai skiriasi nuo įprastų formų. EDM yra labai svarbus apdorojant saulėgrąžų radiatorių profilių formas. Net jei konstrukcija yra tobula, nedidelis EDM defektas gali sukelti viso formos utilizavimą. Elektroerozinis apdirbimas nėra toks priklausomas nuo įrangos kaip vielos pjovimas. Tai labai priklauso nuo operatoriaus darbo įgūdžių ir meistriškumo. Elektroerozinis apdirbimas daugiausia dėmesio skiria šiems penkiems punktams:

① Elektros iškrovos apdirbimo srovė. Pradiniam EDM apdirbimui galima naudoti 7–10 A srovę, kad sutrumpėtų apdorojimo laikas; apdailos apdirbimui galima naudoti 5–7 A srovę. Mažos srovės naudojimo tikslas – gauti gerą paviršių;

2. Užtikrinkite formos galo plokštumos lygumą ir vario elektrodo vertikalumą. Dėl prasto formos galo plokštumos lygumo arba nepakankamo vario elektrodo vertikalumo sunku užtikrinti, kad po EDM apdorojimo darbo juostos ilgis atitiktų suprojektuotą darbo juostos ilgį. EDM procesas gali lengvai sugesti arba net pradurti dantytą darbo juostą. Todėl prieš apdorojant reikia naudoti šlifuoklį, kad būtų išlyginti abu formos galai, kad būtų įvykdyti tikslumo reikalavimai, o vario elektrodo vertikalumui koreguoti reikia naudoti indikatorių;

③ Įsitikinkite, kad tarpas tarp tuščių peilių yra vienodas. Pradinio apdirbimo metu patikrinkite, ar tuščias įrankis yra paslinktas kas 0,2 mm kas 3–4 apdirbimo mm. Jei poslinkis yra didelis, jį bus sunku ištaisyti atliekant vėlesnius reguliavimus;

④ Laiku pašalinkite EDM proceso metu susidariusias liekanas. Kibirkštinio išlydžio korozija sukels didelį kiekį liekanų, kurias reikia laiku pašalinti, kitaip dėl skirtingo liekanų aukščio darbo juostos ilgis skirsis;

⑤Prieš EDM formavimą formą reikia demagnetizuoti.

5. Ekstruzijos rezultatų palyginimas

1 paveiksle parodytas profilis buvo išbandytas naudojant tradicinę skaldomąją formą ir šiame straipsnyje pasiūlytą naują projektavimo schemą. Rezultatų palyginimas pateiktas 1 lentelėje.

Iš palyginimo rezultatų matyti, kad formos struktūra daro didelę įtaką formos tarnavimo laikui. Pagal naują schemą suprojektuota forma turi akivaizdžių pranašumų ir labai pagerina formos tarnavimo laiką.

6. Išvada

Saulėgrąžų radiatoriaus profilio ekstruzijos forma yra labai sunkiai projektuojama ir gaminama, o jos projektavimas ir gamyba yra gana sudėtingi. Todėl, norint užtikrinti ekstruzijos sėkmės rodiklį ir formos tarnavimo laiką, reikia laikytis šių punktų:

(1) Formos konstrukcinė forma turi būti parinkta pagrįstai. Formos konstrukcija turi būti palanki ekstruzijos jėgos mažinimui, kad sumažėtų šilumos išsklaidymo dantų suformuotos formos konsolės įtempis, taip pagerinant formos stiprumą. Svarbiausia yra pagrįstai nustatyti šuntavimo angų skaičių ir išdėstymą bei šuntavimo angų plotą ir kitus parametrus: pirma, šuntavimo angų, suformuotų tarp šuntavimo angų, plotis neturėtų viršyti 16 mm; antra, padalintos angos plotas turėtų būti nustatytas taip, kad padalinimo santykis kuo labiau pasiektų daugiau nei 30 % ekstruzijos santykio, tuo pačiu užtikrinant formos stiprumą.

(2) Elektros apdirbimo metu pagrįstai pasirinkite darbo diržą ir imkitės pagrįstų priemonių, įskaitant vario elektrodų apdorojimo technologiją ir elektros apdirbimo standartinius elektros parametrus. Pirmas svarbus dalykas yra tai, kad prieš pjaunant vielą vario elektrodas turi būti šlifuotas paviršiuje, o pjaunant vielą, reikia naudoti tinkamą įdėjimo metodą, kad elektrodai nebūtų atsilaisvinę ar deformuoti.

(3) Elektros apdirbimo proceso metu elektrodas turi būti tiksliai išlygintas, kad būtų išvengta dantų nukrypimo. Žinoma, remiantis protingu projektavimu ir gamyba, aukštos kokybės karštojo apdirbimo formos plieno naudojimas ir vakuuminio terminio apdorojimo procesas su trimis ar daugiau grūdinimo lygiais gali maksimaliai padidinti formos potencialą ir pasiekti geresnių rezultatų. Nuo projektavimo, gamybos iki ekstruzijos gamybos, tik jei kiekviena grandis yra tiksli, galime užtikrinti, kad saulėgrąžų radiatoriaus profilio forma būtų ekstruduota.