Hur man designar solrosradiatorns extruderingsmunstycke för aluminiumprofil?

1. Analys av strukturella egenskaper hos aluminiumprofilsektioner

Figur 1 visar tvärsnittet av en typisk aluminiumprofil för en solrosradiator. Profilens tvärsnittsarea är 7773,5 mm², med totalt 40 värmeavledande tänder. Den maximala hängande öppningsstorleken som bildas mellan tänderna är 4,46 mm. Efter beräkning är tungförhållandet mellan tänderna 15,7. Samtidigt finns det en stor solid area i mitten av profilen, med en area på 3846,5 mm².

Utifrån profilens formegenskaper kan utrymmet mellan tänderna betraktas som halvhåliga profiler, och radiatorprofilen består av flera halvhåliga profiler. Därför är det viktigt att beakta hur man säkerställer formens styrka när man utformar formstrukturen. Även om industrin för halvhåliga profiler har utvecklat en mängd olika mogna formstrukturer, såsom "täckt delningsform", "skuren delningsform", "hängbrodelningsform" etc. Dessa strukturer är dock inte tillämpliga på produkter som består av flera halvhåliga profiler. Traditionell design tar endast hänsyn till material, men vid extruderingsgjutning är extruderingskraften under extruderingsprocessen den största inverkan på styrkan, och metallformningsprocessen är den viktigaste faktorn som genererar extruderingskraften.

På grund av den stora centrala solida ytan på solradiatorns profil är det mycket lätt att orsaka att den totala flödeshastigheten i detta område blir för snabb under extruderingsprocessen, och den ytterligare dragspänningen kommer att genereras på huvudet på upphängningsröret mellan tänderna, vilket resulterar i att upphängningsröret mellan tänderna går sönder. Därför bör vi vid utformningen av formstrukturen fokusera på justering av metallflödeshastighet och flödeshastighet för att uppnå syftet att minska extruderingstrycket och förbättra spänningstillståndet hos det upphängda röret mellan tänderna, för att förbättra formens hållfasthet.

2. Val av formstruktur och extruderingspresskapacitet

2.1 Formstruktur

För solrosradiatorprofilen som visas i figur 1, även om den inte har en ihålig del, måste den använda den delade formstrukturen som visas i figur 2. Till skillnad från den traditionella shuntformstrukturen är metalllödstationskammaren placerad i den övre formen, och en insatsstruktur används i den nedre formen. Syftet är att minska formkostnaderna och förkorta formtillverkningscykeln. Både den övre och nedre formsatsen är universella och kan återanvändas. Ännu viktigare är att formhålsblocken kan bearbetas oberoende av varandra, vilket bättre kan säkerställa noggrannheten hos formhålsarbetsbältet. Det inre hålet i den nedre formen är utformat som ett steg. Den övre delen och formhålsblocket har en spelrumspassning, och gapet på båda sidor är 0,06~0,1 m; den nedre delen har en interferenspassning, och interferensmängden på båda sidor är 0,02~0,04 m, vilket hjälper till att säkerställa koaxialitet och underlättar montering, vilket gör insatspassningen mer kompakt, och samtidigt kan det undvika formdeformation orsakad av termisk installationsinterferenspassning.

2.2 Val av extruderkapacitet

Valet av extruderkapacitet är å ena sidan att bestämma lämplig innerdiameter för extruderingsröret och det maximala specifika trycket för extrudern på extruderingsrörets sektion för att möta trycket under metallformningen. Å andra sidan är det att bestämma lämpligt extruderingsförhållande och välja lämpliga formstorleksspecifikationer baserat på kostnaden. För aluminiumprofiler av solrosradiatorer får extruderingsförhållandet inte vara för stort. Den främsta anledningen är att extruderingskraften är proportionell mot extruderingsförhållandet. Ju större extruderingsförhållandet är, desto större är extruderingskraften. Detta är extremt skadligt för aluminiumprofilformen av solrosradiatorer.

Erfarenheten visar att extruderingsförhållandet för aluminiumprofiler för solrosradiatorer är mindre än 25. För profilen som visas i figur 1 valdes en 20,0 MN-extruder med en innerdiameter på 208 mm för extruderingscylindern. Efter beräkning är extruderns maximala specifika tryck 589 MPa, vilket är ett mer lämpligt värde. Om det specifika trycket är för högt blir trycket på formen stort, vilket är skadligt för formens livslängd; om det specifika trycket är för lågt kan den inte uppfylla kraven för extruderingsformning. Erfarenheten visar att ett specifikt tryck i intervallet 550~750 MPa bättre kan uppfylla olika processkrav. Efter beräkning är extruderingskoefficienten 4,37. Specifikationen för formstorlek är vald till 350 mm x 200 mm (ytterdiameter x grader).

3. Bestämning av formens strukturella parametrar

3.1 Strukturparametrar för övre form

(1) Antal och arrangemang av avledningshål. För shuntformen för solrosradiatorprofilen är det bättre att ha fler shunthål. För profiler med liknande cirkulära former väljs vanligtvis 3 till 4 traditionella shunthål. Resultatet blir att shuntbryggans bredd är större. Generellt sett är antalet svetsar mindre när den är större än 20 mm. Men när man väljer arbetsbältet för matrishålet måste arbetsbältet för matrishålet längst ner på shuntbryggan vara kortare. Om det inte finns någon exakt beräkningsmetod för valet av arbetsbälte kommer det naturligtvis att leda till att matrishålet under bryggan och andra delar inte uppnår exakt samma flödeshastighet under extruderingen på grund av skillnaden i arbetsbältet. Denna skillnad i flödeshastighet kommer att producera ytterligare dragspänning på utskjutande delen och orsaka avböjning av värmeavledningständerna. Därför är det mycket viktigt att säkerställa att flödeshastigheten för varje tand är konsekvent för extruderingsformen för solrosradiatorer med ett tätt antal tänder. Allt eftersom antalet shunthål ökar, kommer antalet shuntbryggor att öka i motsvarande grad, och flödeshastigheten och flödesfördelningen av metallen blir jämnare. Detta beror på att när antalet shuntbryggor ökar, kan shuntbryggornas bredd minskas i motsvarande grad.

Praktiska data visar att antalet shunthål i allmänhet är 6 eller 8, eller ännu fler. Naturligtvis kan den övre formen för vissa stora solrosformade värmeavledningsprofiler också arrangera shunthålen enligt principen att shuntbryggans bredd ≤ 14 mm. Skillnaden är att en främre delningsplatta måste läggas till för att förfördela och justera metallflödet. Antalet och arrangemanget av avledningshålen i den främre avledningsplattan kan utföras på traditionellt sätt.

Dessutom, när shunthålen arrangeras, bör man överväga att använda den övre formen för att på lämpligt sätt skydda huvudet på utskjutande delen av värmeavledningstanden för att förhindra att metallen träffar direkt huvudet på utskjutande röret och därigenom förbättra spänningstillståndet hos utskjutande rör. Den blockerade delen av utskjutande huvudet mellan tänderna kan vara 1/5 ~ 1/4 av utskjutande rörets längd. Shunthålens layout visas i figur 3.

(2) Shunthålets areaförhållande. Eftersom väggtjockleken på roten av den varma tanden är liten och höjden är långt från centrum, och den fysiska arean skiljer sig mycket från centrum, är det den svåraste delen att forma metall till. Därför är en viktig punkt i utformningen av solrosradiatorprofilformen att göra flödeshastigheten för den centrala solida delen så långsam som möjligt för att säkerställa att metallen först fyller tandens rot. För att uppnå en sådan effekt är det å ena sidan valet av arbetsband, och ännu viktigare, bestämningen av arean av avledningshålet, främst arean av den centrala delen som motsvarar avledningshålet. Tester och empiriska värden visar att den bästa effekten uppnås när arean av det centrala avledningshålet S1 och arean av det externa enda avledningshålet S2 uppfyller följande förhållande: S1= (0,52 ~0,72) S2

Dessutom bör den effektiva metallflödeskanalen i det centrala splitterhålet vara 20–25 mm längre än den effektiva metallflödeskanalen i det yttre splitterhålet. Denna längd tar också hänsyn till marginalen och möjligheten till mögelreparation.

(3) Svetskammarens djup. Sunflower-radiatorprofilens extruderingsform skiljer sig från den traditionella shuntformen. Hela svetskammaren måste placeras i den övre formen. Detta för att säkerställa noggrannheten i hålblocksbearbetningen av den nedre formen, särskilt noggrannheten hos arbetsbandet. Jämfört med den traditionella shuntformen måste djupet på svetskammaren i Sunflower-radiatorprofilens shuntform ökas. Ju större extruderingsmaskinens kapacitet är, desto större ökning av svetskammarens djup är 15~25 mm. Om till exempel en 20 MN extruderingsmaskin används är djupet på svetskammaren i den traditionella shuntformen 20~22 mm, medan djupet på svetskammaren i shuntformen i Sunflower-radiatorprofilen bör vara 35~40 mm. Fördelen med detta är att metallen är helsvetsad och belastningen på det upphängda röret minskas kraftigt. Strukturen hos den övre formens svetskammare visas i figur 4.

3.2 Utformning av matrishålinsats

Utformningen av matrishålsblocket inkluderar huvudsakligen matrishålets storlek, arbetsbältet, spegelblockets ytterdiameter och tjocklek etc.

(1) Bestämning av formhålets storlek. Formhålets storlek kan bestämmas på ett traditionellt sätt, huvudsakligen med hänsyn till skalning av legeringens termiska bearbetning.

(2) Val av arbetsband. Principen för val av arbetsband är att först säkerställa att all metalltillförseln vid tandrotens botten är tillräcklig, så att flödeshastigheten vid tandrotens botten är snabbare än vid andra delar. Därför bör arbetsbandet vid tandrotens botten vara det kortaste, med ett värde på 0,3~0,6 mm, och arbetsbandet vid angränsande delar bör ökas med 0,3 mm. Principen är att öka med 0,4~0,5 mm var 10~15 mm mot mitten; för det andra bör arbetsbandet vid den största solida delen av mitten inte överstiga 7 mm. Annars, om längdskillnaden mellan arbetsbandet är för stor, kommer stora fel att uppstå vid bearbetningen av kopparelektroder och EDM-bearbetningen av arbetsbandet. Detta fel kan lätt orsaka att tandböjningen går sönder under extruderingsprocessen. Arbetsbandet visas i figur 5.

 

(3) Insatsens ytterdiameter och tjocklek. För traditionella shuntformar är tjockleken på matrishålsinsatsen lika med tjockleken på den nedre formen. Men för solrosradiatorformen, om matrishålets effektiva tjocklek är för stor, kommer profilen lätt att kollidera med formen under extrudering och urladdning, vilket resulterar i ojämna tänder, repor eller till och med tandkärv. Detta kommer att orsaka att tänderna går sönder.

Om tjockleken på formhålet är för lång, blir bearbetningstiden å ena sidan lång under gnistgnistningsprocessen, och å andra sidan är det lätt att orsaka elektrisk korrosionsavvikelse, och det är också lätt att orsaka tandavvikelse under extrudering. Naturligtvis, om formhålets tjocklek är för liten, kan tändernas hållfasthet inte garanteras. Med hänsyn till dessa två faktorer visar erfarenheten därför att formhålets insättningsgrad i den nedre formen i allmänhet är 40 till 50; och ytterdiametern på formhålsinsatsen bör vara 25 till 30 mm från formhålets största kant till insatsens yttre cirkel.

För profilen som visas i figur 1 är ytterdiametern och tjockleken på matrishålsblocket 225 mm respektive 50 mm. Matrishålsinsatsen visas i figur 6. D i figuren är den faktiska storleken och den nominella storleken är 225 mm. Gränsavvikelsen för dess ytterdimensioner matchas enligt det inre hålet i den nedre formen för att säkerställa att det ensidiga gapet ligger inom intervallet 0,01~0,02 mm. Matrishålsblocket visas i figur 6. Den nominella storleken på det inre hålet i matrishålsblocket placerat på den nedre formen är 225 mm. Baserat på den faktiska uppmätta storleken matchas matrishålsblocket enligt principen 0,01~0,02 mm per sida. Matrishålsblockets ytterdiameter kan erhållas som D, men för enkel installation kan ytterdiametern på matrishålsspegelblocket på lämpligt sätt minskas inom intervallet 0,1 m vid matningsänden, såsom visas i figuren.

4. Viktiga teknologier för formtillverkning

Bearbetningen av Sunflower-radiatorprofilformen skiljer sig inte mycket från den hos vanliga aluminiumprofilformar. Den uppenbara skillnaden återspeglas främst i den elektriska bearbetningen.

(1) När det gäller trådskärning är det nödvändigt att förhindra deformation av kopparelektroden. Eftersom kopparelektroden som används för EDM är tung, tänderna är för små, själva elektroden är mjuk, har dålig styvhet och den lokala höga temperaturen som genereras av trådskärning gör att elektroden lätt deformeras under trådskärningsprocessen. När deformerade kopparelektroder används för att bearbeta arbetsband och tomma knivar kommer sneda tänder att uppstå, vilket lätt kan orsaka att formen skrapas under bearbetningen. Därför är det nödvändigt att förhindra deformation av kopparelektroderna under online-tillverkningsprocessen. De viktigaste förebyggande åtgärderna är: före trådskärning, jämna ut kopparblocket med en bädd; använd en mätare för att justera vertikaliteten i början; vid trådskärning, börja från tanddelen först och skär slutligen den tjockväggiga delen; använd då och då skrot av silvertråd för att fylla de skurna delarna; efter att tråden är tillverkad, använd en trådmaskin för att skära av en kort sektion på cirka 4 mm längs den skurna kopparelektroden.

(2) Elektrisk urladdningsbearbetning skiljer sig uppenbarligen från vanliga formar. Gnistgnist är mycket viktig vid bearbetning av solrosradiatorprofilformar. Även om designen är perfekt kommer en liten defekt i gnistgnist att leda till att hela formen skrotas. Elektrisk urladdningsbearbetning är inte lika beroende av utrustning som trådskärning. Det beror till stor del på operatörens arbetsförmåga och skicklighet. Elektrisk urladdningsbearbetning fokuserar huvudsakligen på följande fem punkter:

①Elektrisk urladdningsbearbetningsström. 7~10 A ström kan användas för initial gnistbearbetning för att förkorta bearbetningstiden; 5~7 A ström kan användas för finbearbetning. Syftet med att använda låg ström är att få en bra yta;

② Säkerställ att formens ändyta är plan och kopparelektrodens vertikalitet. Dålig planhet på formens ändyta eller otillräcklig vertikalitet hos kopparelektroden gör det svårt att säkerställa att arbetsbandets längd efter gnistbearbetning överensstämmer med den avsedda arbetsbandets längd. Det är lätt att gnistprocessen misslyckas eller till och med penetrerar det tandade arbetsbandet. Därför måste en slipmaskin användas för att platta till båda ändarna av formen före bearbetning för att uppfylla noggrannhetskraven, och en mätklocka måste användas för att korrigera kopparelektrodens vertikalitet.

③ Se till att avståndet mellan de tomma knivarna är jämnt. Kontrollera vid den första bearbetningen om det tomma verktyget är förskjutet med 0,2 mm mellanrum och var 3:e till 4:e mm bearbetning. Om förskjutningen är stor blir det svårt att korrigera den med efterföljande justeringar;

④Avlägsna rester som genereras under gnistgnistningsprocessen i tid. Gnistbildningskorrosion kommer att producera en stor mängd rester, som måste rengöras i tid, annars kommer arbetsbandets längd att variera på grund av resternas olika höjder;

⑤ Formen måste avmagnetiseras före gnistgnistning.

5. Jämförelse av extruderingsresultat

Profilen som visas i figur 1 testades med hjälp av den traditionella delade formen och det nya designschemat som föreslås i denna artikel. Jämförelsen av resultaten visas i tabell 1.

Av jämförelseresultaten framgår att formens struktur har stor inverkan på formens livslängd. Formen som utformats med det nya systemet har uppenbara fördelar och förbättrar formens livslängd avsevärt.

6. Slutsats

Extruderingsformen för solrosradiatorprofiler är en form som är mycket svår att designa och tillverka, och dess design och tillverkning är relativt komplex. För att säkerställa extruderingens framgångsgrad och formens livslängd måste följande punkter uppnås:

(1) Formens strukturella form måste väljas rimligt. Formens struktur måste bidra till att minska extruderingskraften för att minska spänningen på formens utskjutande del som bildas av värmeavledningständerna, vilket förbättrar formens hållfasthet. Nyckeln är att rimligt bestämma antalet och arrangemanget av shunthålen samt arean av shunthålen och andra parametrar: för det första bör bredden på shuntbryggan som bildas mellan shunthålen inte överstiga 16 mm; för det andra bör delningshålets area bestämmas så att delningsförhållandet når mer än 30 % av extruderingsförhållandet så mycket som möjligt samtidigt som formens hållfasthet säkerställs.

(2) Välj arbetsbältet på ett rimligt sätt och vidta rimliga åtgärder vid elektrisk bearbetning, inklusive bearbetningstekniken för kopparelektroder och de elektriska standardparametrarna för elektrisk bearbetning. Den första viktiga punkten är att kopparelektroden ska slipas ytligt före trådskärning, och införingsmetoden ska användas vid trådskärning för att säkerställa att elektroderna inte är lösa eller deformerade.

(3) Under den elektriska bearbetningsprocessen måste elektroden justeras noggrant för att undvika tandavvikelser. Naturligtvis kan användningen av högkvalitativt varmbearbetningsstål och vakuumvärmebehandlingsprocessen med tre eller fler härdningar maximera formens potential och uppnå bättre resultat, baserat på rimlig design och tillverkning. Från design och tillverkning till extruderingsproduktion kan vi endast säkerställa att solrosradiatorprofilformen extruderas om varje länk är korrekt.