Cum să proiectați matrița de extrudare pentru radiatorul de floarea soarelui pentru profil de aluminiu?

1. Analiza caracteristicilor structurale ale profilurilor din aluminiu

Figura 1 prezintă secțiunea transversală a unui profil de aluminiu tipic de radiator de floarea-soarelui. Secțiunea transversală a profilului este de 7773,5 mm², cu un total de 40 de dinți de disipare a căldurii. Dimensiunea maximă a deschiderii de suspendare formată între dinți este de 4,46 mm. După calcul, raportul limbii dintre dinți este de 15,7. În același timp, există o zonă solidă mare în centrul profilului, cu o suprafață de 3846,5 mm².

Judecând după caracteristicile de formă ale profilului, spațiul dintre dinți poate fi considerat ca profile semi-cav, iar profilul radiatorului este compus din mai multe profile semi-cav. Prin urmare, atunci când proiectați structura matriței, cheia este să luați în considerare modul de asigurare a rezistenței matriței. Deși pentru profilele semi-gol, industria a dezvoltat o varietate de structuri mature de matriță, cum ar fi „forma de despicare acoperită”, „forma de despicare tăiată”, „forma de despicare a podului suspendat”, etc. Cu toate acestea, aceste structuri nu sunt aplicabile produselor. compus din mai multe profile semi-cav. Designul tradițional ia în considerare doar materialele, dar în turnarea prin extrudare, cel mai mare impact asupra rezistenței este forța de extrudare în timpul procesului de extrudare, iar procesul de formare a metalului este principalul factor care generează forța de extrudare.

Datorită suprafeței solide centrale mari a profilului radiatorului solar, este foarte ușor să faceți ca debitul general în această zonă să fie prea rapid în timpul procesului de extrudare, iar tensiunea suplimentară de întindere va fi generată pe capul suspensiei interdinților. tub, rezultând fractura tubului de suspensie interdintar. Prin urmare, în proiectarea structurii matriței, ar trebui să ne concentrăm pe ajustarea debitului de metal și a debitului pentru a atinge scopul de a reduce presiunea de extrudare și de a îmbunătăți starea de stres a țevii suspendate între dinți, astfel încât să îmbunătățim rezistența mucegaiul.

2. Selectarea structurii matriței și a capacității presei de extrudare

2.1 Forma structurii matriței

Pentru profilul radiatorului de floarea soarelui prezentat în figura 1, deși nu are o parte goală, acesta trebuie să adopte structura matriței despicate, așa cum se arată în figura 2. Spre deosebire de structura tradițională a matriței în șunt, camera stației de lipit din metal este plasată în partea superioară. matriță și o structură de inserție este utilizată în matrița inferioară. Scopul este de a reduce costurile matriței și de a scurta ciclul de fabricare a matriței. Atât matrița superioară, cât și seturile inferioare sunt universale și pot fi reutilizate. Mai important, blocurile de orificii ale matriței pot fi procesate independent, ceea ce poate asigura mai bine precizia curelei de lucru pentru orificii matriței. Orificiul interior al matriței inferioare este proiectat ca o treaptă. Partea superioară și blocul orificiului matriței adoptă o potrivire liberă, iar valoarea decalajului pe ambele părți este de 0,06 ~ 0,1 m; partea inferioară adoptă o potrivire prin interferență, iar cantitatea de interferență pe ambele părți este de 0,02 ~ 0,04 m, ceea ce ajută la asigurarea coaxialității și facilitează asamblarea, făcând potrivirea inlay mai compactă și, în același timp, poate evita deformarea mucegaiului cauzată de instalarea termică. potrivire prin interferență.

2.2 Selectarea capacității extruderului

Selectarea capacității extruderului este, pe de o parte, de a determina diametrul interior adecvat al cilindrului de extrudare și presiunea specifică maximă a extruderului pe secțiunea cilindrului de extrudare pentru a îndeplini presiunea în timpul formării metalului. Pe de altă parte, este de a determina raportul de extrudare adecvat și de a selecta specificațiile adecvate pentru dimensiunea matriței în funcție de cost. Pentru profilul din aluminiu radiator floarea soarelui, raportul de extrudare nu poate fi prea mare. Motivul principal este că forța de extrudare este proporțională cu raportul de extrudare. Cu cât raportul de extrudare este mai mare, cu atât forța de extrudare este mai mare. Acest lucru este extrem de dăunător pentru matrița din profil de aluminiu pentru radiatorul de floarea soarelui.

Experiența arată că raportul de extrudare al profilelor de aluminiu pentru radiatoarele de floarea soarelui este mai mic de 25. Pentru profilul prezentat în Figura 1, a fost selectat un extruder de 20,0 MN cu un diametru interior al cilindrului de extrudare de 208 mm. După calcul, presiunea specifică maximă a extruderului este de 589MPa, care este o valoare mai adecvată. Dacă presiunea specifică este prea mare, presiunea asupra matriței va fi mare, ceea ce dăunează duratei de viață a matriței; dacă presiunea specifică este prea scăzută, nu poate îndeplini cerințele de extrudare. Experiența arată că o presiune specifică în intervalul 550~750 MPa poate îndeplini mai bine diferitele cerințe de proces. După calcul, coeficientul de extrudare este 4,37. Specificația dimensiunii matriței este selectată ca 350 mmx200 mm (diametru exterior x grade).

3. Determinarea parametrilor structurali ai matriței

3.1 Parametrii structurali ai matriței superioare

(1) Numărul și dispunerea orificiilor de deviere. Pentru matrița de șunt cu profil de radiator de floarea soarelui, cu cât este mai mare numărul de găuri de șunt, cu atât mai bine. Pentru profilele cu forme circulare similare, se selectează în general 3 până la 4 găuri tradiționale de șunt. Rezultatul este că lățimea podului de șunt este mai mare. În general, când este mai mare de 20 mm, numărul de suduri este mai mic. Cu toate acestea, la selectarea curelei de lucru a găurii matriței, centura de lucru a găurii matriței din partea inferioară a podului de șunt trebuie să fie mai scurtă. Cu condiția că nu există o metodă de calcul precisă pentru selectarea curelei de lucru, aceasta va face în mod natural ca orificiul matriței de sub punte și alte părți să nu atingă exact același debit în timpul extrudarii din cauza diferenței dintre cureaua de lucru, Această diferență de debit va produce o tensiune suplimentară de întindere pe cantilever și va cauza deformarea dinților de disipare a căldurii. Prin urmare, pentru matrița de extrudare a radiatorului de floarea soarelui cu un număr dens de dinți, este foarte important să se asigure că debitul fiecărui dinte este constant. Pe măsură ce numărul de găuri de șunt crește, numărul de punți de șunt va crește în consecință, iar debitul și distribuția debitului metalului vor deveni mai uniforme. Acest lucru se datorează faptului că, pe măsură ce numărul de punți de șunt crește, lățimea punților de șunt poate fi redusă corespunzător.

Datele practice arată că numărul de găuri de șunt este în general 6 sau 8, sau chiar mai mult. Desigur, pentru unele profile mari de disipare a căldurii de floarea-soarelui, matrița superioară poate aranja și găurile de șunt conform principiului lățimii podului de șunt ≤ 14 mm. Diferența este că trebuie adăugată o placă de despărțire frontală pentru a pre-distribui și regla fluxul de metal. Numărul și dispunerea orificiilor de deviere din placa de deviere frontală pot fi realizate în mod tradițional.

În plus, la aranjarea găurilor de șunt, ar trebui să se ia în considerare utilizarea matriței superioare pentru a proteja în mod corespunzător capul cantileverului dintelui de disipare a căldurii pentru a preveni ca metalul să lovească direct capul tubului cantilever și astfel să îmbunătățească starea de stres. a tubului cantilever. Partea blocată a capului cantilever dintre dinți poate fi de 1/5~1/4 din lungimea tubului cantilever. Dispunerea găurilor de șunt este prezentată în Figura 3

(2) Relația de suprafață a găurii de șunt. Deoarece grosimea peretelui rădăcinii dintelui fierbinte este mică, iar înălțimea este departe de centru, iar zona fizică este foarte diferită de centru, este cea mai dificilă parte de a forma metal. Prin urmare, un punct cheie în proiectarea matriței profilului radiatorului de floarea-soarelui este de a face ca debitul părții solide centrale să fie cât mai lent posibil pentru a se asigura că metalul umple mai întâi rădăcina dintelui. Pentru a obține un astfel de efect, pe de o parte, este selectarea curelei de lucru și, mai important, determinarea ariei găurii de deviere, în principal a zonei părții centrale corespunzătoare găurii de deviere. Testele și valorile empirice arată că cel mai bun efect este obținut atunci când aria găurii de deviere centrală S1 și aria găurii de deviere unică externă S2 satisfac următoarea relație: S1= (0,52 ~ 0,72) S2

În plus, canalul efectiv de curgere a metalului al orificiului de despărțire centrală ar trebui să fie cu 20 ~ 25 mm mai lung decât canalul efectiv de curgere a metalului al orificiului de despărțire exterioară. Această lungime ține cont și de marja și posibilitatea de reparare a mucegaiului.

(3) Adâncimea camerei de sudare. Matrița de extrudare a profilului radiatorului Floarea-soarelui este diferită de matrița tradițională de șunt. Întreaga sa cameră de sudare trebuie să fie amplasată în matrița superioară. Acest lucru este pentru a asigura acuratețea procesării blocului de găuri a matriței inferioare, în special precizia curelei de lucru. În comparație cu matrița de șunt tradițională, adâncimea camerei de sudură a matriței de șunt cu profil de radiator Floarea-soarelui trebuie mărită. Cu cât capacitatea mașinii de extrudare este mai mare, cu atât este mai mare creșterea adâncimii camerei de sudare, care este de 15 ~ 25 mm. De exemplu, dacă se folosește o mașină de extrudare de 20 MN, adâncimea camerei de sudură a matriței tradiționale de șunt este de 20 ~ 22 mm, în timp ce adâncimea camerei de sudare a matriței de sudură a profilului radiatorului de floarea soarelui ar trebui să fie de 35 ~ 40 mm. . Avantajul acestui lucru este că metalul este complet sudat și presiunea asupra țevii suspendate este mult redusă. Structura camerei superioare de sudare a matriței este prezentată în Figura 4.

3.2 Proiectarea inserției găurii matriței

Designul blocului de orificii matriței include în principal dimensiunea orificiului matriței, centura de lucru, diametrul exterior și grosimea blocului de oglindă etc.

(1) Determinarea dimensiunii găurii matriței. Dimensiunea găurii matriței poate fi determinată într-un mod tradițional, luând în considerare în principal scalarea prelucrării termice a aliajului.

(2) Selectarea centurii de lucru. Principiul selecției curelei de lucru este să vă asigurați mai întâi că alimentarea cu tot metalul în partea inferioară a rădăcinii dintelui este suficientă, astfel încât debitul în partea inferioară a rădăcinii dintelui să fie mai rapid decât alte părți. Prin urmare, centura de lucru din partea inferioară a rădăcinii dintelui ar trebui să fie cea mai scurtă, cu o valoare de 0,3 ~ 0,6 mm, iar centura de lucru la părțile adiacente ar trebui să fie mărită cu 0,3 mm. Principiul este de a crește cu 0,4~0,5 la fiecare 10~15mm spre centru; în al doilea rând, centura de lucru la cea mai mare parte solidă a centrului nu trebuie să depășească 7 mm. În caz contrar, dacă diferența de lungime a curelei de lucru este prea mare, vor apărea erori mari la prelucrarea electrozilor de cupru și la prelucrarea EDM a curelei de lucru. Această eroare poate provoca cu ușurință ruperea deformarii dinților în timpul procesului de extrudare. Centura de lucru este prezentată în Figura 5.

 

(3) Diametrul exterior și grosimea insertului. Pentru matrițele tradiționale de șunt, grosimea inserției orificiului matriței este grosimea matriței inferioare. Cu toate acestea, pentru matrița cu radiator de floarea soarelui, dacă grosimea efectivă a găurii matriței este prea mare, profilul se va ciocni cu ușurință de matriță în timpul extrudarii și descărcării, rezultând dinți neuniformi, zgârieturi sau chiar blocarea dinților. Acestea vor face ca dinții să se rupă.

În plus, dacă grosimea găurii matriței este prea mare, pe de o parte, timpul de procesare este lung în timpul procesului de electroeroziune și, pe de altă parte, este ușor să provocați abateri la coroziune electrică și, de asemenea, este ușor de provoacă abaterea dinților în timpul extrudarii. Desigur, dacă grosimea găurii matriței este prea mică, rezistența dinților nu poate fi garantată. Prin urmare, luând în considerare acești doi factori, experiența arată că gradul de inserție al orificiului matriței al matriței inferioare este, în general, de la 40 la 50; iar diametrul exterior al inserției orificiului matriței trebuie să fie de 25 până la 30 mm de la cea mai mare margine a găurii matriței până la cercul exterior al inserției.

Pentru profilul prezentat în Figura 1, diametrul exterior și grosimea blocului de orificii ale matriței sunt de 225 mm și, respectiv, 50 mm. Inserția pentru orificiul matriței este prezentată în Figura 6. D din figură este dimensiunea reală și dimensiunea nominală este de 225 mm. Abaterea limită a dimensiunilor sale exterioare este potrivită în funcție de orificiul interior al matriței inferioare pentru a se asigura că spațiul unilateral este în intervalul 0,01 ~ 0,02 mm. Blocul de gaură a matriței este prezentat în Figura 6. Dimensiunea nominală a găurii interioare a blocului de gaură a matriței plasat pe matrița inferioară este de 225 mm. Pe baza dimensiunii măsurate efective, blocul de gaură a matriței este potrivit principiului de 0,01 ~ 0,02 mm pe latură. Diametrul exterior al blocului de orificiu matriță poate fi obținut ca D, dar pentru comoditatea instalării, diametrul exterior al blocului de oglindă a orificiului matriță poate fi redus în mod corespunzător în intervalul de 0,1 m la capătul de alimentare, așa cum se arată în figură. .

4. Tehnologii cheie de fabricare a matrițelor

Prelucrarea matriței de profil pentru radiator Floarea soarelui nu este mult diferită de cea a matrițelor obișnuite de profil din aluminiu. Diferența evidentă se reflectă în principal în procesarea electrică.

(1) În ceea ce privește tăierea sârmei, este necesar să se prevină deformarea electrodului de cupru. Deoarece electrodul de cupru utilizat pentru EDM este greu, dinții sunt prea mici, electrodul în sine este moale, are rigiditate slabă și temperatura locală ridicată generată de tăierea firului face ca electrodul să fie ușor deformat în timpul procesului de tăiere a firului. Când folosiți electrozi de cupru deformați pentru a procesa curele de lucru și cuțite goale, vor apărea dinți înclinați, ceea ce poate duce cu ușurință la casarea matriței în timpul procesării. Prin urmare, este necesar să se prevină deformarea electrozilor de cupru în timpul procesului de fabricație online. Principalele măsuri preventive sunt: ​​înainte de tăierea sârmei, nivelați blocul de cupru cu un pat; utilizați un cadran indicator pentru a regla verticalitatea la început; la tăierea sârmei, începeți mai întâi de la partea dinților și, în final, tăiați partea cu perete gros; Din când în când, utilizați resturi de sârmă de argint pentru a umple piesele tăiate; după ce este realizat firul, utilizați o mașină de sârmă pentru a tăia o secțiune scurtă de aproximativ 4 mm pe lungimea electrodului de cupru tăiat.

(2) Prelucrarea cu descărcare electrică este în mod evident diferită de matrițele obișnuite. EDM este foarte importantă în prelucrarea matrițelor de profile radiatoare de floarea soarelui. Chiar dacă designul este perfect, un mic defect în EDM va duce la casarea întregului matriță. Prelucrarea cu descărcare electrică nu este la fel de dependentă de echipament precum tăierea cu sârmă. Depinde în mare măsură de abilitățile de operare și de competența operatorului. Prelucrarea cu descărcare electrică acordă în principal atenție următoarelor cinci puncte:

①Curentul de prelucrare cu descărcare electrică. Curentul de 7 ~ 10 A poate fi utilizat pentru prelucrarea EDM inițială pentru a scurta timpul de procesare; Curentul de 5~7 A poate fi utilizat pentru finisarea prelucrarii. Scopul folosirii unui curent mic este de a obține o suprafață bună;

② Asigurați planeitatea feței de capăt a matriței și verticalitatea electrodului de cupru. Planeitatea slabă a feței de capăt a matriței sau verticalitatea insuficientă a electrodului de cupru fac dificilă asigurarea că lungimea benzii de lucru după prelucrarea EDM este în concordanță cu lungimea benzii de lucru proiectate. Este ușor ca procesul de electroeroziune să eșueze sau chiar să pătrundă în cureaua de lucru dințată. Prin urmare, înainte de prelucrare, trebuie folosită o polizor pentru a aplatiza ambele capete ale matriței pentru a îndeplini cerințele de precizie, iar un indicator cadran trebuie utilizat pentru a corecta verticalitatea electrodului de cupru;

③ Asigurați-vă că spațiul dintre cuțitele goale este uniform. În timpul prelucrării inițiale, verificați dacă scula goală este decalată la fiecare 0,2 mm la fiecare 3 până la 4 mm de prelucrare. Dacă offset-ul este mare, va fi dificil să îl corectați cu ajustări ulterioare;

④ Îndepărtați reziduurile generate în timpul procesului EDM în timp util. Coroziunea prin descărcare de scânteie va produce o cantitate mare de reziduuri, care trebuie curățată la timp, altfel lungimea curelei de lucru va fi diferită din cauza înălțimii diferite ale reziduului;

⑤Matrița trebuie demagnetizată înainte de EDM.

5. Compararea rezultatelor extrudarii

Profilul prezentat în Figura 1 a fost testat folosind matrița tradițională despicată și noua schemă de design propusă în acest articol. Comparația rezultatelor este prezentată în Tabelul 1.

Din rezultatele comparației se poate observa că structura matriței are o mare influență asupra duratei de viață a matriței. Matrița proiectată folosind noua schemă are avantaje evidente și îmbunătățește foarte mult durata de viață a matriței.

6. Concluzie

Forma de extrudare a profilului radiatorului de floarea-soarelui este un tip de matriță care este foarte dificil de proiectat și fabricat, iar proiectarea și fabricarea acestuia sunt relativ complexe. Prin urmare, pentru a asigura rata de succes a extrudarii și durata de viață a matriței, trebuie atinse următoarele puncte:

(1) Forma structurală a matriței trebuie selectată în mod rezonabil. Structura matriței trebuie să favorizeze reducerea forței de extrudare pentru a reduce stresul asupra cantileverului matriței format de dinții de disipare a căldurii, îmbunătățind astfel rezistența matriței. Cheia este să determinați în mod rezonabil numărul și aranjarea găurilor de șunt și zona găurilor de șunt și alți parametri: în primul rând, lățimea podului de șunt format între găurile de șunt nu trebuie să depășească 16 mm; În al doilea rând, aria găurii despicate trebuie determinată astfel încât raportul de despicare să atingă mai mult de 30% din raportul de extrudare cât mai mult posibil, asigurând în același timp rezistența matriței.

(2) Selectați în mod rezonabil centura de lucru și adoptați măsuri rezonabile în timpul prelucrării electrice, inclusiv tehnologia de prelucrare a electrozilor de cupru și parametrii standard electrici ai prelucrării electrice. Primul punct cheie este că electrodul de cupru trebuie să fie măcinat la suprafață înainte de tăierea sârmei, iar metoda de inserare ar trebui utilizată în timpul tăierii sârmei pentru a o asigura. Electrozii nu sunt slăbiți sau deformați.

(3) În timpul procesului de prelucrare electrică, electrodul trebuie să fie aliniat cu precizie pentru a evita abaterea dinților. Desigur, pe baza unui design și fabricație rezonabile, utilizarea oțelului de înaltă calitate pentru prelucrare la cald și a procesului de tratament termic în vid de trei sau mai multe tempere poate maximiza potențialul matriței și poate obține rezultate mai bune. De la proiectare, fabricație până la producția de extrudare, doar dacă fiecare legătură este exactă ne putem asigura că matrița de profil pentru radiatorul de floarea-soarelui este extrudată.