Hvordan designe ekstruderingsdysen for solsikkeradiatorer for aluminiumsprofil?

1. Analyse av strukturelle egenskaper ved aluminiumsprofilseksjoner

Figur 1 viser tverrsnittet av en typisk aluminiumsprofil for en solsikkeradiator. Profilens tverrsnittsareal er 7773,5 mm², med totalt 40 varmeavledningstenner. Maksimal hengende åpningsstørrelse mellom tennene er 4,46 mm. Etter beregning er tungeforholdet mellom tennene 15,7. Samtidig er det et stort solid område i midten av profilen, med et areal på 3846,5 mm².

Ut fra profilens formegenskaper kan mellomrommet mellom tennene betraktes som halvhule profiler, og radiatorprofilen er sammensatt av flere halvhule profiler. Derfor er nøkkelen til å vurdere hvordan man sikrer formens styrke når man designer formstrukturen. Selv om industrien har utviklet en rekke modne formstrukturer for halvhule profiler, for eksempel "dekket splitterform", "kuttet splitterform", "hengebro-splitterform", osv. Disse strukturene er imidlertid ikke anvendelige for produkter som består av flere halvhule profiler. Tradisjonell design tar bare hensyn til materialer, men i ekstruderingsstøping er den største innvirkningen på styrken ekstruderingskraften under ekstruderingsprosessen, og metallformingsprosessen er den viktigste faktoren som genererer ekstruderingskraften.

På grunn av det store sentrale, solide området i solradiatorprofilen, er det svært lett å forårsake for høy totalstrømningshastighet i dette området under ekstruderingsprosessen, og det vil genereres ekstra strekkspenning på hodet på opphengsrøret mellom tennene, noe som resulterer i brudd i opphengsrøret mellom tennene. Derfor bør vi i utformingen av formstrukturen fokusere på justering av metallstrømningshastighet og strømningshastighet for å oppnå formålet med å redusere ekstruderingstrykket og forbedre spenningstilstanden til det opphengte røret mellom tennene, for å forbedre formens styrke.

2. Valg av formstruktur og ekstruderingspressekapasitet

2.1 Formstruktur

For solsikke-radiatorprofilen vist i figur 1, selv om den ikke har en hul del, må den bruke den delte støpestrukturen som vist i figur 2. I motsetning til den tradisjonelle shunt-støpestrukturen er metallloddestasjonskammeret plassert i den øvre støpeformen, og en innsatsstruktur brukes i den nedre støpeformen. Formålet er å redusere støpekostnadene og forkorte støpeproduksjonssyklusen. Både den øvre og den nedre støpeformen er universelle og kan gjenbrukes. Enda viktigere er det at formhullblokkene kan behandles uavhengig, noe som bedre kan sikre nøyaktigheten til formhullets arbeidsbelte. Det indre hullet i den nedre støpeformen er utformet som et trinn. Den øvre delen og formhullblokken har klaringspasning, og gapverdien på begge sider er 0,06 ~ 0,1 m; den nedre delen har interferenspasning, og interferensmengden på begge sider er 0,02 ~ 0,04 m, noe som bidrar til å sikre koaksialitet og forenkler montering, noe som gjør innleggspasningen mer kompakt, og samtidig kan det unngå støpeformdeformasjon forårsaket av termisk installasjonsinterferenspasning.

2.2 Valg av ekstruderkapasitet

Valget av ekstruderkapasitet er på den ene siden å bestemme den passende indre diameteren på ekstruderingsfatet og det maksimale spesifikke trykket ekstruderen har på ekstruderingsfatseksjonen for å møte trykket under metallforming. På den andre siden er det å bestemme det passende ekstruderingsforholdet og velge passende støpestørrelsesspesifikasjoner basert på kostnad. For aluminiumsprofilen til solsikkeradiatoren kan ikke ekstruderingsforholdet være for stort. Hovedårsaken er at ekstruderingskraften er proporsjonal med ekstruderingsforholdet. Jo større ekstruderingsforholdet er, desto større er ekstruderingskraften. Dette er ekstremt skadelig for aluminiumsprofilformen til solsikkeradiatoren.

Erfaring viser at ekstruderingsforholdet for aluminiumsprofiler for solsikkeradiatorer er mindre enn 25. For profilen vist i figur 1 ble en 20,0 MN ekstruder med en indre diameter på ekstruderingsfatet på 208 mm valgt. Etter beregning er det maksimale spesifikke trykket for ekstruderen 589 MPa, som er en mer passende verdi. Hvis det spesifikke trykket er for høyt, vil trykket på formen være stort, noe som er skadelig for formens levetid. Hvis det spesifikke trykket er for lavt, kan den ikke oppfylle kravene til ekstruderingsforming. Erfaring viser at et spesifikt trykk i området 550~750 MPa bedre kan oppfylle ulike prosesskrav. Etter beregning er ekstruderingskoeffisienten 4,37. Spesifikasjonen for formstørrelse er valgt som 350 mm x 200 mm (ytre diameter x grader).

3. Bestemmelse av formstrukturparametre

3.1 Strukturelle parametere for øvre form

(1) Antall og plassering av avlederhull. For shuntformen til solsikkeradiatorprofilen er det bedre med flere shunthull. For profiler med lignende sirkulære former velges vanligvis 3 til 4 tradisjonelle shunthull. Resultatet er at bredden på shuntbroen er større. Generelt sett er antallet sveiser mindre når den er større enn 20 mm. Når man velger arbeidsbeltet til dysehullet, må imidlertid arbeidsbeltet til dysehullet nederst på shuntbroen være kortere. Hvis det ikke finnes noen presis beregningsmetode for valg av arbeidsbelte, vil det naturlig føre til at dysehullet under broen og andre deler ikke oppnår nøyaktig samme strømningshastighet under ekstrudering på grunn av forskjellen i arbeidsbeltet. Denne forskjellen i strømningshastighet vil gi ekstra strekkspenning på utkragingen og forårsake avbøyning av varmeavledningstennene. Derfor er det svært viktig å sikre at strømningshastigheten til hver tann er konsistent for ekstruderingsdyser til solsikkeradiator med et tett antall tenner. Etter hvert som antallet shunthull øker, vil antallet shuntbroer øke tilsvarende, og strømningshastigheten og strømningsfordelingen av metallet vil bli jevnere. Dette er fordi når antallet shuntbroer øker, kan bredden på shuntbroene reduseres tilsvarende.

Praktiske data viser at antallet shunthull vanligvis er 6 eller 8, eller enda flere. For noen store solsikke-varmespredningsprofiler kan selvfølgelig den øvre formen også arrangere shunthullene i henhold til prinsippet om at shuntbrobredden ≤ 14 mm. Forskjellen er at en frontdelerplate må legges til for å forhåndsfordele og justere metallstrømmen. Antallet og arrangementet av avlederhullene i den fremre avlederplaten kan utføres på en tradisjonell måte.

I tillegg, når man arrangerer shunthullene, bør man vurdere å bruke den øvre formen for å skjerme hodet på utkraget til varmeavledningstannen på en passende måte for å forhindre at metallet treffer hodet på utkraget, og dermed forbedre spenningstilstanden til utkraget. Den blokkerte delen av utkraget mellom tennene kan være 1/5~1/4 av lengden på utkraget. Utformingen av shunthullene er vist i figur 3.

(2) Arealforholdet til shunthullet. Fordi veggtykkelsen på roten til den varme tannen er liten og høyden er langt fra sentrum, og det fysiske arealet er svært forskjellig fra sentrum, er det den vanskeligste delen å forme metall til. Derfor er et nøkkelpunkt i utformingen av solsikke-radiatorprofilformen å gjøre strømningshastigheten til den sentrale solide delen så lav som mulig for å sikre at metallet først fyller roten av tannen. For å oppnå en slik effekt er det på den ene siden valg av arbeidsbelte, og enda viktigere, bestemmelse av arealet av avlederhullet, hovedsakelig arealet av den sentrale delen som tilsvarer avlederhullet. Tester og empiriske verdier viser at den beste effekten oppnås når arealet av det sentrale avlederhullet S1 og arealet av det eksterne enkeltavlederhullet S2 tilfredsstiller følgende forhold: S1= (0,52 ~0,72) S2

I tillegg bør den effektive metallstrømningskanalen i det sentrale splitterhullet være 20–25 mm lengre enn den effektive metallstrømningskanalen i det ytre splitterhullet. Denne lengden tar også hensyn til marginen og muligheten for muggreparasjon.

(3) Dybden på sveisekammeret. Ekstruderingsdysen til Sunflower-radiatorprofilen er forskjellig fra den tradisjonelle shuntdysen. Hele sveisekammeret må plasseres i den øvre dysen. Dette er for å sikre nøyaktigheten av hullblokkbehandlingen av den nedre dysen, spesielt nøyaktigheten til arbeidsbåndet. Sammenlignet med den tradisjonelle shuntformen, må dybden på sveisekammeret i Sunflower-radiatorprofilshuntformen økes. Jo større ekstruderingsmaskinens kapasitet er, desto større økning i dybden på sveisekammeret, som er 15~25 mm. Hvis for eksempel en 20 MN ekstruderingsmaskin brukes, er dybden på sveisekammeret i den tradisjonelle shuntdysen 20~22 mm, mens dybden på sveisekammeret i shuntdysen til Sunflower-radiatorprofilen bør være 35~40 mm. Fordelen med dette er at metallet er fullsveiset og belastningen på det opphengte røret reduseres betraktelig. Strukturen til det øvre formsveisekammeret er vist i figur 4.

3.2 Utforming av dysehullinnsats

Utformingen av dysehullblokken inkluderer hovedsakelig dysehullstørrelsen, arbeidsbeltet, ytre diameter og tykkelse på speilblokken, etc.

(1) Bestemmelse av dysehullstørrelse. Dysehullstørrelsen kan bestemmes på en tradisjonell måte, hovedsakelig med tanke på skalering av legeringens termiske prosessering.

(2) Valg av arbeidsbelte. Prinsippet for valg av arbeidsbelte er først å sikre at tilførselen av alt metall nederst på tannroten er tilstrekkelig, slik at strømningshastigheten nederst på tannroten er raskere enn andre deler. Derfor bør arbeidsbeltet nederst på tannroten være det korteste, med en verdi på 0,3~0,6 mm, og arbeidsbeltet på de tilstøtende delene bør økes med 0,3 mm. Prinsippet er å øke med 0,4~0,5 hver 10~15 mm mot midten; for det andre bør arbeidsbeltet på den største solide delen av midten ikke overstige 7 mm. Ellers, hvis lengdeforskjellen på arbeidsbeltet er for stor, vil det oppstå store feil i bearbeidingen av kobberelektroder og EDM-bearbeidingen av arbeidsbeltet. Denne feilen kan lett føre til at tannavbøyningen brytes under ekstruderingsprosessen. Arbeidsbeltet er vist i figur 5.

 

(3) Ytre diameter og tykkelse på innsatsen. For tradisjonelle shuntformer er tykkelsen på innsatsen i dysehullet tykkelsen på den nedre formen. For solsikkeformede radiatorformer, hvis den effektive tykkelsen på dysehullet er for stor, vil profilen lett kollidere med formen under ekstrudering og utlading, noe som resulterer i ujevne tenner, riper eller til og med tenner som setter seg fast. Dette vil føre til at tennene brekker.

I tillegg, hvis tykkelsen på dysehullet er for lang, er behandlingstiden lang under EDM-prosessen, og på den annen side er det lett å forårsake elektrisk korrosjonsavvik, og det er også lett å forårsake tannavvik under ekstrudering. Hvis dysehullets tykkelse er for liten, kan selvfølgelig ikke tennenes styrke garanteres. Derfor, med tanke på disse to faktorene, viser erfaring at dysehullets innsettingsgrad i den nedre formen vanligvis er 40 til 50; og den ytre diameteren på dysehullets innsetting bør være 25 til 30 mm fra den største kanten av dysehullet til den ytre sirkelen av innsatsen.

For profilen vist i figur 1 er den ytre diameteren og tykkelsen på dysehullblokken henholdsvis 225 mm og 50 mm. Dysehullinnsatsen er vist i figur 6. D i figuren er den faktiske størrelsen og den nominelle størrelsen er 225 mm. Grenseavviket for de ytre dimensjonene er tilpasset det indre hullet i den nedre formen for å sikre at det ensidige gapet er innenfor området 0,01~0,02 mm. Dysehullblokken er vist i figur 6. Den nominelle størrelsen på det indre hullet i dysehullblokken plassert på den nedre formen er 225 mm. Basert på den faktiske målte størrelsen, er dysehullblokken tilpasset i henhold til prinsippet om 0,01~0,02 mm per side. Den ytre diameteren på dysehullblokken kan fås som D, men for enkelhets skyld ved installasjon kan den ytre diameteren på dysehullspeilblokken reduseres passende innenfor området 0,1 m ved mateenden, som vist i figuren.

4. Viktige teknologier for formproduksjon

Maskineringen av Sunflower-radiatorprofilformen er ikke mye forskjellig fra vanlige aluminiumsprofilformer. Den åpenbare forskjellen gjenspeiles hovedsakelig i den elektriske bearbeidingen.

(1) Når det gjelder trådkutting, er det nødvendig å forhindre deformasjon av kobberelektroden. Fordi kobberelektroden som brukes til EDM er tung, tennene er for små, selve elektroden er myk, har dårlig stivhet, og den lokale høye temperaturen som genereres av trådkutting fører til at elektroden lett deformeres under trådkuttingsprosessen. Når deformerte kobberelektroder brukes til å bearbeide arbeidsbelter og tomme kniver, vil det oppstå skjeve tenner, noe som lett kan føre til at formen skrapes under behandlingen. Derfor er det nødvendig å forhindre deformasjon av kobberelektrodene under online produksjonsprosessen. De viktigste forebyggende tiltakene er: før trådkutting, vater kobberblokken med en seng; bruk en måleur for å justere vertikaliteten i begynnelsen; når du trådkutter, start fra tanndelen først, og kutt til slutt delen med tykk vegg; bruk av og til sølvtråd for å fylle de kuttede delene; etter at tråden er laget, bruk en trådmaskin til å kutte av en kort seksjon på ca. 4 mm langs lengden av den kuttede kobberelektroden.

(2) Maskinering med elektrisk utladning er åpenbart forskjellig fra vanlige former. EDM er svært viktig i behandlingen av solsikke-radiatorprofilformer. Selv om designet er perfekt, vil en liten feil i EDM føre til at hele formen skrapes. Maskinering med elektrisk utladning er ikke like avhengig av utstyr som trådkutting. Det avhenger i stor grad av operatørens driftsferdigheter og dyktighet. Maskinering med elektrisk utladning fokuserer hovedsakelig på følgende fem punkter:

①Elektrisk utladningsstrøm for maskinering. 7~10 A strøm kan brukes til innledende EDM-maskinering for å forkorte behandlingstiden; 5~7 A strøm kan brukes til etterbehandling. Formålet med å bruke liten strøm er å oppnå en god overflate;

② Sørg for at formens endeflate er flat og at kobberelektroden er vertikal. Dårlig flathet i formens endeflate eller utilstrekkelig vertikalitet på kobberelektroden gjør det vanskelig å sikre at lengden på arbeidsbåndet etter EDM-prosessering er i samsvar med den designede arbeidsbåndlengden. Det er lett for EDM-prosessen å mislykkes eller til og med trenge inn i tannarbeidsbåndet. Derfor må begge ender av formen flates ut med en slipemaskin før bearbeiding for å oppfylle nøyaktighetskravene, og en måleur må brukes til å korrigere kobberelektrodens vertikalitet.

③ Sørg for at avstanden mellom de tomme knivene er jevn. Under første bearbeiding, sjekk om det tomme verktøyet er forskjøvet hver 0,2 mm etter hver 3. til 4. mm bearbeiding. Hvis forskyvningen er stor, vil det være vanskelig å korrigere den med senere justeringer;

④Fjern rester som genereres under EDM-prosessen i tide. Gnistkorrosjon vil produsere en stor mengde rester, som må fjernes i tide, ellers vil lengden på arbeidsbåndet være forskjellig på grunn av de forskjellige høydene på restene;

⑤ Formen må avmagnetiseres før EDM.

5. Sammenligning av ekstruderingsresultater

Profilen vist i figur 1 ble testet ved hjelp av den tradisjonelle delte formen og det nye designskjemaet som er foreslått i denne artikkelen. Sammenligningen av resultatene er vist i tabell 1.

Det kan sees fra sammenligningsresultatene at formstrukturen har stor innflytelse på formens levetid. Formen som er designet med den nye ordningen har åpenbare fordeler og forbedrer formens levetid betraktelig.

6. Konklusjon

Ekstruderingsformen for solsikkeradiatorprofiler er en formtype som er svært vanskelig å designe og produsere, og design og produksjon er relativt kompleks. Derfor må følgende punkter oppnås for å sikre ekstruderingssuksessraten og levetiden til formen:

(1) Formens strukturelle form må velges med omhu. Formens struktur må bidra til å redusere ekstruderingskraften for å redusere belastningen på formens utkragning som dannes av varmeavledningstennene, og dermed forbedre formens styrke. Nøkkelen er å bestemme antall og arrangement av shunthullene og arealet av shunthullene og andre parametere med omhu: for det første bør bredden på shuntbroen som dannes mellom shunthullene ikke overstige 16 mm; for det andre bør arealet av delt hull bestemmes slik at deltforholdet når mer enn 30 % av ekstruderingsforholdet så mye som mulig, samtidig som formens styrke sikres.

(2) Velg arbeidsbeltet på en fornuftig måte og iverksett rimelige tiltak under elektrisk maskinering, inkludert prosesseringsteknologien til kobberelektroder og de elektriske standardparametrene for elektrisk maskinering. Det første viktige punktet er at kobberelektroden bør slipes overflate før trådkutting, og det bør brukes innsettingsmetoder under trådkutting for å sikre at elektrodene ikke er løse eller deformerte.

(3) Under den elektriske maskineringsprosessen må elektroden justeres nøyaktig for å unngå tannavvik. Basert på rimelig design og produksjon kan bruk av høykvalitets varmbearbeidingsstål og vakuumvarmebehandlingsprosessen med tre eller flere temperamenter maksimere formens potensial og oppnå bedre resultater. Fra design og produksjon til ekstruderingsproduksjon, bare hvis hver ledd er nøyaktig, kan vi sikre at solsikke-radiatorprofilformen ekstruderes.