Оскільки алюмінієві сплави легкі, красиві, мають добру стійкість до корозії, а також відмінну теплопровідність та технологічні характеристики, вони широко використовуються як компоненти для розсіювання тепла в ІТ-індустрії, електроніці та автомобільній промисловості, особливо в індустрії світлодіодів, що зараз розвивається. Ці компоненти для розсіювання тепла з алюмінієвих сплавів мають хороші функції розсіювання тепла. У виробництві ключем до ефективного екструзійного виробництва цих радіаторних профілів є форма. Оскільки ці профілі зазвичай мають характеристики великих і щільних зубців для розсіювання тепла та довгих підвісних трубок, традиційна структура плоскої матриці, структура розрізної матриці та структура напівпорожнистого профілю не можуть належним чином відповідати вимогам міцності форми та екструзійного формування.
Наразі підприємства більше покладаються на якість сталі для прес-форм. Щоб покращити міцність прес-форм, вони не вагаються використовувати дорогу імпортну сталь. Вартість прес-форми дуже висока, а фактичний середній термін служби прес-форми становить менше 3 тонн, що призводить до відносно високої ринкової ціни на радіатор, що серйозно обмежує просування та популяризацію світлодіодних ламп. Тому екструзійні матриці для виготовлення профілів радіаторів у формі соняшника привернули велику увагу інженерно-технічного персоналу галузі.
У цій статті представлені різні технології екструзійної матриці для профілю радіатора соняшникового кольору, отримані в результаті багаторічних кропітких досліджень та багаторазового пробного виробництва на прикладах реального виробництва, для ознайомлення колег.
1. Аналіз структурних характеристик алюмінієвих профільних секцій
На рисунку 1 показано поперечний переріз типового алюмінієвого профілю радіатора сорту «соняшник». Площа поперечного перерізу профілю становить 7773,5 мм², із загальною кількістю 40 зубців для розсіювання тепла. Максимальний розмір отвору для підвішування, що утворюється між зубцями, становить 4,46 мм. Після розрахунку співвідношення язичка між зубцями становить 15,7. У той же час у центрі профілю є велика суцільна площа площею 3846,5 мм².
Судячи з характеристик форми профілю, простір між зубцями можна вважати напівпорожнистим профілем, а профіль радіатора складається з кількох напівпорожнистих профілів. Тому під час проектування структури прес-форми ключовим є врахування того, як забезпечити міцність форми. Хоча для напівпорожнистих профілів промисловість розробила різноманітні зрілі структури прес-форм, такі як «покрита роздільна форма», «розрізана роздільна форма», «роздільна форма підвісного мосту» тощо. Однак ці структури не застосовні до виробів, що складаються з кількох напівпорожнистих профілів. Традиційне проектування враховує лише матеріали, але при екструзійному формуванні найбільший вплив на міцність має сила екструзії під час процесу екструзії, а процес формування металу є основним фактором, що генерує силу екструзії.
Через велику центральну тверду площу профілю сонячного радіатора, під час процесу екструзії дуже легко призвести до занадто високої загальної швидкості потоку в цій зоні, і на головці міжзубчастої підвісної трубки буде створюватися додаткове напруження розтягу, що призведе до її руйнування. Тому під час проектування форми слід зосередитися на регулюванні швидкості потоку металу та швидкості потоку, щоб досягти мети зниження тиску екструзії та покращення напруженого стану підвісної трубки між зубцями, щоб підвищити міцність форми.
2. Вибір структури прес-форми та потужності екструзійного преса
2.1 Форма структури прес-форми
Для профілю радіатора соняшника, показаного на рисунку 1, хоча він і не має порожнистої частини, він повинен мати структуру роздільної форми, як показано на рисунку 2. На відміну від традиційної структури шунтової форми, камера металевої паяльної станції розміщена у верхній формі, а вставна структура використовується в нижній формі. Метою є зниження витрат на форму та скорочення циклу виготовлення форми. Як верхній, так і нижній комплекти форм є універсальними та можуть бути використані повторно. Що ще важливіше, блоки отворів для матриці можна обробляти незалежно, що може краще забезпечити точність робочого пояса отвору для матриці. Внутрішній отвір нижньої форми виконаний у вигляді сходинки. Верхня частина та блок отвору для матриці мають зазор, а значення зазору з обох боків становить 0,06~0,1 м; нижня частина має натяг, а величина натягу з обох боків становить 0,02~0,04 м, що допомагає забезпечити співвісність та полегшує складання, роблячи посадку вставки більш компактною, і водночас це може уникнути деформації форми, спричиненої термічним натягом при монтажі.
2.2 Вибір потужності екструдера
Вибір потужності екструдера полягає, з одного боку, у визначенні відповідного внутрішнього діаметра екструзійного барабана та максимального питомого тиску екструдера на секцію екструзійного барабана для забезпечення тиску під час формування металу. З іншого боку, це визначення відповідного коефіцієнта екструзії та вибір відповідних специфікацій розміру форми на основі вартості. Для алюмінієвого профілю радіатора соняшника коефіцієнт екструзії не може бути занадто великим. Основна причина полягає в тому, що сила екструзії пропорційна коефіцієнту екструзії. Чим більший коефіцієнт екструзії, тим більша сила екструзії. Це надзвичайно шкідливо для форми алюмінієвого профілю радіатора соняшника.
Досвід показує, що коефіцієнт екструзії алюмінієвих профілів для радіаторів соняшнику менше 25. Для профілю, показаного на рисунку 1, було обрано екструдер 20,0 МН з внутрішнім діаметром екструзійного барабана 208 мм. Після розрахунку максимальний питомий тиск екструдера становить 589 МПа, що є більш доцільним значенням. Якщо питомий тиск занадто високий, тиск на форму буде великим, що негативно впливає на термін служби форми; якщо питомий тиск занадто низький, вона не може задовольнити вимоги екструзійного формування. Досвід показує, що питомий тиск у діапазоні 550~750 МПа може краще відповідати різним вимогам процесу. Після розрахунку коефіцієнт екструзії становить 4,37. Специфікація розміру форми обрана як 350 мм x 200 мм (зовнішній діаметр x градуси).
3. Визначення структурних параметрів форми
3.1 Структурні параметри верхньої форми
(1) Кількість та розташування відвідних отворів. Для шунтової форми профілю радіатора соняшника чим більше шунтових отворів, тим краще. Для профілів з подібною круглою формою зазвичай вибирають від 3 до 4 традиційних шунтових отворів. В результаті ширина шунтового містка більша. Як правило, коли вона перевищує 20 мм, кількість зварних швів менша. Однак, при виборі робочого пояса отвору матриці, робочий пояс отвору матриці внизу шунтового містка повинен бути коротшим. За умови відсутності точного методу розрахунку для вибору робочого пояса, це, природно, призведе до того, що отвір матриці під мостом та інші деталі не досягнуть абсолютно однакової швидкості потоку під час екструзії через різницю в робочому поясі. Ця різниця у швидкості потоку створить додаткове напруження розтягу на консолі та спричинить прогин зубців тепловідведення. Тому для екструзійної матриці радіатора соняшника з великою кількістю зубців дуже важливо забезпечити стабільну швидкість потоку кожного зубця. Зі збільшенням кількості шунтуючих отворів відповідно збільшуватиметься кількість шунтуючих містків, а швидкість потоку та розподіл потоку металу стануть більш рівномірними. Це пояснюється тим, що зі збільшенням кількості шунтуючих містків їх ширину можна відповідно зменшити.
Практичні дані показують, що кількість шунтуючих отворів зазвичай становить 6 або 8, або навіть більше. Звичайно, для деяких великих профілів тепловіддачі соняшнику, верхня форма також може розташовувати шунтуючі отвори за принципом ширини шунтуючого мосту ≤ 14 мм. Різниця полягає в тому, що для попереднього розподілу та регулювання потоку металу необхідно додати передню розділювальну пластину. Кількість та розташування відвідних отворів у передній відвідній пластині можна виконати традиційним способом.
Крім того, під час розташування отворів для шунтування слід враховувати використання верхньої форми для належного захисту головки консолі зубця тепловіддачі, щоб запобігти безпосередньому удару металу об головку консольної трубки та таким чином покращити напружений стан консольної трубки. Заблокована частина головки консолі між зубцями може становити 1/5~1/4 довжини консольної трубки. Розташування отворів для шунтування показано на рисунку 3.
(2) Співвідношення площі отвору шунта. Оскільки товщина стінки кореня гарячого зуба мала, а висота знаходиться далеко від центру, а фізична площа дуже відрізняється від центру, це найскладніша для формування металу частина. Тому ключовим моментом у проектуванні форми профілю радіатора соняшнику є якомога повільніше зменшувати швидкість потоку центральної твердої частини, щоб забезпечити, щоб метал спочатку заповнив корінь зуба. Для досягнення такого ефекту, з одного боку, важливо вибрати робочий пояс, а головне - визначити площу отвору відведення, головним чином площу центральної частини, що відповідає отвору відведення. Випробування та емпіричні значення показують, що найкращий ефект досягається, коли площа центрального отвору відведення S1 та площа зовнішнього одинарного отвору відведення S2 задовольняють наступне співвідношення: S1 = (0,52 ~0,72) S2
Крім того, ефективний канал потоку металу центрального розділювального отвору повинен бути на 20~25 мм довший за ефективний канал потоку металу зовнішнього розділювального отвору. Ця довжина також враховує запас та можливість ремонту форми.
(3) Глибина зварювальної камери. Екструзійна матриця для профілю радіатора Sunflower відрізняється від традиційної шунтової матриці. Вся її зварювальна камера повинна бути розташована у верхній матриці. Це забезпечує точність обробки отворів нижньої матриці, особливо точність робочого пояса. Порівняно з традиційною шунтовою формою, глибину зварювальної камери шунтової форми для профілю радіатора Sunflower необхідно збільшити. Чим більша потужність екструзійної машини, тим більше збільшується глибина зварювальної камери, яка становить 15~25 мм. Наприклад, якщо використовується екструзійна машина 20 MN, глибина зварювальної камери традиційної шунтової матриці становить 20~22 мм, тоді як глибина зварювальної камери шунтової матриці профілю радіатора Sunflower повинна становити 35~40 мм. Перевагою цього є те, що метал повністю зварюється, а навантаження на підвісну трубу значно зменшується. Структура зварювальної камери верхньої форми показана на рисунку 4.
3.2 Конструкція вставки для отвору матриці
Конструкція блоку отворів матриці головним чином включає розмір отвору матриці, робочий пояс, зовнішній діаметр та товщину блоку дзеркала тощо.
(1) Визначення розміру отвору матриці. Розмір отвору матриці можна визначити традиційним способом, головним чином враховуючи масштабування термічної обробки сплаву.
(2) Вибір робочої стрічки. Принцип вибору робочої стрічки полягає в тому, щоб, по-перше, забезпечити достатню подачу всього металу внизу кореня зуба, щоб швидкість потоку внизу кореня зуба була швидшою, ніж в інших частинах. Тому робоча стрічка внизу кореня зуба повинна бути найкоротшою, зі значенням 0,3~0,6 мм, а робоча стрічка на сусідніх частинах повинна бути збільшена на 0,3 мм. Принцип полягає в тому, щоб збільшувати на 0,4~0,5 кожні 10~15 мм у напрямку до центру; по-друге, робоча стрічка в найбільшій суцільній частині центру не повинна перевищувати 7 мм. В іншому випадку, якщо різниця в довжині робочої стрічки занадто велика, виникнуть великі похибки під час обробки мідних електродів та електроерозійної обробки робочої стрічки. Ця похибка може легко призвести до поломки зуба під час процесу екструзії. Робоча стрічка показана на рисунку 5.
(3) Зовнішній діаметр і товщина вставки. Для традиційних шунтових форм товщина вставки отвору матриці дорівнює товщині нижньої форми. Однак для форми для радіатора соняшника, якщо ефективна товщина отвору матриці занадто велика, профіль легко зіткнеться з формою під час екструзії та вивантаження, що призведе до нерівних зубців, подряпин або навіть заклинювання зубців. Це призведе до поломки зубців.
Крім того, якщо товщина отвору матриці занадто велика, то, з одного боку, час обробки під час електроерозійної обробки буде тривалим, а з іншого боку, легко спричинити відхилення від електричної корозії, а також легко спричинити відхилення зуба під час екструзії. Звичайно, якщо товщина отвору матриці занадто мала, міцність зуба не може бути гарантована. Тому, враховуючи ці два фактори, досвід показує, що кут заглиблення вставки отвору матриці нижньої форми зазвичай становить від 40 до 50, а зовнішній діаметр вставки отвору матриці повинен становити від 25 до 30 мм від найбільшого краю отвору матриці до зовнішнього кола вставки.
Для профілю, показаного на рисунку 1, зовнішній діаметр та товщина блоку отвору матриці становлять 225 мм та 50 мм відповідно. Вставка отвору матриці показана на рисунку 6. D на рисунку позначає фактичний розмір, а номінальний розмір – 225 мм. Граничне відхилення його зовнішніх розмірів підібрано відповідно до внутрішнього отвору нижньої форми, щоб забезпечити односторонній зазор у межах 0,01~0,02 мм. Блок отвору матриці показаний на рисунку 6. Номінальний розмір внутрішнього отвору блоку отвору матриці, розміщеного на нижній формі, становить 225 мм. Виходячи з фактично виміряного розміру, блок отвору матриці підібрано за принципом 0,01~0,02 мм на сторону. Зовнішній діаметр блоку отвору матриці можна отримати як D, але для зручності встановлення зовнішній діаметр блоку дзеркала отвору матриці можна відповідно зменшити в межах 0,1 м на кінці подачі, як показано на рисунку.
4. Ключові технології виготовлення прес-форм
Обробка форми для профілю радіатора Sunflower не сильно відрізняється від обробки звичайних алюмінієвих профілів. Очевидна різниця головним чином відображається в електричній обробці.
(1) Щодо різання дротом, необхідно запобігти деформації мідного електрода. Оскільки мідний електрод, який використовується для електроерозійної обробки, важкий, зубці занадто малі, сам електрод м'який, має низьку жорсткість, а локальна висока температура, що виникає під час різання дротом, призводить до легкої деформації електрода під час процесу різання. Під час використання деформованих мідних електродів для обробки робочих стрічок та порожніх ножів утворюються перекошені зубці, що може легко призвести до пошкодження форми під час обробки. Тому необхідно запобігти деформації мідних електродів під час виробничого процесу. Основні профілактичні заходи: перед різанням дротом вирівняйте мідний блок за допомогою ліжка; використовуйте індикатор годинникового типу для регулювання вертикальності на початку; під час різання дротом спочатку починайте з зубчастої частини, а потім вирізайте деталь з товстою стінкою; час від часу використовуйте обрізки срібного дроту для заповнення вирізаних деталей; після виготовлення дроту використовуйте дрітовий верстат, щоб відрізати короткий відрізок приблизно 4 мм вздовж довжини вирізаного мідного електрода.
(2) Електроерозійна обробка, очевидно, відрізняється від звичайних форм. Електроерозійна обробка дуже важлива при обробці форм для профілю радіатора соняшнику. Навіть якщо конструкція ідеальна, незначний дефект в електроерозійній обробці призведе до браку всієї форми. Електроерозійна обробка не так залежить від обладнання, як різання дротом. Вона значною мірою залежить від навичок та майстерності оператора. Електроерозійна обробка в основному звертає увагу на такі п'ять пунктів:
①Струм електроерозійної обробки. Для початкової електроерозійної обробки можна використовувати струм 7~10 А, щоб скоротити час обробки; для чистової обробки можна використовувати струм 5~7 А. Метою використання малого струму є отримання якісної поверхні;
② Забезпечте площинність торця форми та вертикальність мідного електрода. Погана площинність торця форми або недостатня вертикальність мідного електрода ускладнюють забезпечення відповідності довжини робочого стрічки після електроерозійної обробки проектній довжині робочого стрічки. Процес електроерозійної обробки може легко вийти з ладу або навіть пробити зубчастий робочий стрічковий стрічковий кінець. Тому перед обробкою необхідно використовувати шліфувальний верстат для вирівнювання обох кінців форми для досягнення вимог точності, а для корекції вертикальності мідного електрода необхідно використовувати індикатор годинникового типу;
③ Переконайтеся, що зазор між порожніми ножами рівний. Під час початкової обробки перевірте, чи зміщений порожній інструмент на кожні 0,2 мм через кожні 3-4 мм обробки. Якщо зміщення велике, його буде важко виправити наступними налаштуваннями;
④Своєчасно видаляйте залишки, що утворюються під час процесу електроерозійної обробки. Іскрова корозія призведе до утворення великої кількості залишків, які необхідно вчасно видаляти, інакше довжина робочого стрічки буде різною через різну висоту залишків;
⑤Перед електроерозійною обробкою форму необхідно розмагнітити.
5. Порівняння результатів екструзії
Профіль, показаний на рисунку 1, був випробуваний з використанням традиційної розрізної форми та нової схеми проектування, запропонованої в цій статті. Порівняння результатів наведено в таблиці 1.
З результатів порівняння видно, що структура форми має великий вплив на термін служби форми. Форма, розроблена за новою схемою, має очевидні переваги та значно підвищує термін служби форми.
6. Висновок
Екструзійна форма для профілю радіатора соняшника – це тип форми, яку дуже важко спроектувати та виготовити, а її конструкція та виробництво є відносно складними. Тому, щоб забезпечити успішну екструзію та термін служби форми, необхідно досягти наступних пунктів:
(1) Структурна форма форми повинна бути обрана розумно. Структура форми повинна сприяти зменшенню сили екструзії, щоб зменшити навантаження на консоль форми, утворену зубцями тепловідведення, тим самим підвищуючи міцність форми. Ключовим є розумне визначення кількості та розташування шунтуючих отворів, а також їх площі та інших параметрів: по-перше, ширина шунтуючого містка, утвореного між шунтуючими отворами, не повинна перевищувати 16 мм; по-друге, площа розділеного отвору повинна бути визначена таким чином, щоб коефіцієнт розділення досягав якомога більше 30% від коефіцієнта екструзії, забезпечуючи при цьому міцність форми.
(2) Розумно вибирайте робочий ремінь та вживайте розумних заходів під час електрообробки, включаючи технологію обробки мідних електродів та стандартні електричні параметри електрообробки. Перший ключовий момент полягає в тому, що поверхня мідного електрода повинна бути відшліфована перед різанням дроту, а під час різання дроту слід використовувати метод введення, щоб переконатися, що електроди не ослаблені та не деформовані.
(3) Під час процесу електрообробки електрод повинен бути точно вирівняний, щоб уникнути відхилення зуба. Звичайно, на основі розумного проектування та виробництва, використання високоякісної гарячеоброблюваної сталі та процесу вакуумної термічної обробки трьох або більше рівнів загартування може максимально розкрити потенціал форми та досягти кращих результатів. Від проектування, виробництва до екструзійного виробництва, лише якщо кожна ланка є точною, ми можемо гарантувати, що форма для профілю радіатора соняшнику буде екструдована.
Час публікації: 01 серпня 2024 р.
