Поскольку алюминиевые сплавы легкие, красивые, обладают хорошей коррозионной стойкостью, а также превосходной теплопроводностью и производительностью обработки, они широко используются в качестве компонентов рассеивания тепла в ИТ-индустрии, электронной и автомобильной промышленности, особенно в развивающейся в настоящее время светодиодной промышленности. Эти компоненты теплоотвода из алюминиевого сплава обладают хорошими функциями рассеивания тепла. В производстве ключом к эффективному экструзионному производству этих профилей радиаторов является пресс-форма. Поскольку эти профили обычно имеют характеристики больших и плотных теплоотводящих зубьев и длинных подвесных трубок, традиционная конструкция плоской матрицы, конструкция разъемной матрицы и структура матрицы с полуполым профилем не могут полностью соответствовать требованиям прочности формы и экструзионного формования.
В настоящее время предприятия больше полагаются на качество литейной стали. Для повышения прочности формы не гнушаются использовать дорогую импортную сталь. Стоимость формы очень высока, а фактический средний срок службы формы составляет менее 3 тонн, в результате чего рыночная цена радиатора относительно высока, что серьезно ограничивает продвижение и популяризацию светодиодных ламп. Поэтому экструзионные штампы для радиаторных профилей в форме подсолнуха привлекли большое внимание инженерно-технического персонала отрасли.
В этой статье представлены различные технологии экструзии профиля радиатора подсолнечника, полученные в результате многолетних кропотливых исследований и неоднократного пробного производства, на примерах реального производства для справки коллег.
1. Анализ структурных характеристик секций алюминиевого профиля.
На рисунке 1 показано поперечное сечение типичного алюминиевого профиля радиатора «подсолнечник». Площадь поперечного сечения профиля составляет 7773,5 мм², всего имеется 40 зубцов для отвода тепла. Максимальный размер висячего отверстия, образующегося между зубами, составляет 4,46 мм. После расчета соотношение языка между зубами равно 15,7. В то же время в центре профиля имеется большая сплошная зона площадью 3846,5 мм².
Судя по характеристикам формы профиля, пространство между зубьями можно рассматривать как полупустотелые профили, а профиль радиатора состоит из множества полупустотелых профилей. Поэтому при проектировании конструкции пресс-формы важно учитывать, как обеспечить ее прочность. Несмотря на то, что для полупустых профилей промышленность разработала множество готовых конструкций пресс-форм, таких как «форма с закрытым разделителем», «форма с вырезанным разделителем», «форма для разделения подвесного моста» и т. д. Однако эти конструкции не применимы к изделиям. состоит из нескольких полупустотных профилей. Традиционный дизайн учитывает только материалы, но при экструзионном формовании наибольшее влияние на прочность оказывает сила экструзии во время процесса экструзии, а процесс формовки металла является основным фактором, генерирующим силу экструзии.
Из-за большой центральной сплошной площади профиля солнечного радиатора очень легко сделать общую скорость потока в этой области во время процесса экструзии слишком высокой, и на головке межзубчатой подвески будет создаваться дополнительное растягивающее напряжение. трубки, в результате чего произошел перелом трубки межзубного подвеса. Поэтому при проектировании конструкции формы мы должны сосредоточиться на регулировке скорости потока металла и скорости потока для достижения цели снижения давления экструзии и улучшения напряженного состояния подвешенной трубы между зубьями, чтобы улучшить прочность плесень.
2. Выбор конструкции пресс-формы и мощности экструзионного пресса.
2.1 Форма конструкции пресс-формы
Для профиля радиатора подсолнечника, показанного на рисунке 1, хотя он и не имеет полой части, он должен иметь конструкцию разъемной формы, как показано на рисунке 2. В отличие от традиционной конструкции шунтирующей формы, металлическая камера паяльной станции расположена в верхней части. пресс-форма, а в нижней пресс-форме используется вставная конструкция. Целью является снижение затрат на пресс-формы и сокращение цикла производства пресс-форм. Наборы как верхней, так и нижней форм универсальны и могут использоваться повторно. Что еще более важно, блоки отверстий для штампов можно обрабатывать независимо, что может лучше гарантировать точность рабочего ремня с отверстиями для штампов. Внутреннее отверстие нижней формы выполнено в виде ступеньки. Верхняя часть и блок отверстий формы имеют посадку с зазором, а величина зазора с обеих сторон составляет 0,06 ~ 0,1 м; нижняя часть имеет посадку с натягом, а величина натяга с обеих сторон составляет 0,02–0,04 м, что помогает обеспечить соосность и облегчает сборку, делая вставку более компактной и в то же время позволяет избежать деформации формы, вызванной термической установкой. посадка с натягом.
2.2 Выбор мощности экструдера
Выбор производительности экструдера заключается, с одной стороны, в определении подходящего внутреннего диаметра экструзионного цилиндра и максимального удельного давления экструдера на секцию экструзионного цилиндра для удовлетворения давления при формовке металла. С другой стороны, необходимо определить соответствующий коэффициент экструзии и выбрать соответствующие размеры формы с учетом стоимости. Для алюминиевого профиля радиатора «Подсолнух» коэффициент экструзии не может быть слишком большим. Основная причина заключается в том, что сила экструзии пропорциональна коэффициенту экструзии. Чем больше коэффициент экструзии, тем больше сила экструзии. Это крайне губительно для формы алюминиевого профиля радиатора «Подсолнух».
Опыт показывает, что коэффициент экструзии алюминиевых профилей для радиаторов «подсолнечник» составляет менее 25. Для профиля, показанного на рисунке 1, был выбран экструдер 20,0 МН с внутренним диаметром экструзионного цилиндра 208 мм. После расчета максимальное удельное давление экструдера составляет 589 МПа, что является более подходящим значением. Если удельное давление слишком велико, давление на форму будет большим, что отрицательно скажется на сроке службы формы; если удельное давление слишком низкое, оно не может соответствовать требованиям экструзионного формования. Опыт показывает, что удельное давление в диапазоне 550–750 МПа может лучше соответствовать различным технологическим требованиям. После расчета коэффициент экструзии составляет 4,37. Спецификация размера формы выбрана как 350 мм x 200 мм (внешний диаметр x градусы).
3. Определение конструктивных параметров пресс-формы.
3.1 Конструктивные параметры верхней формы
(1) Количество и расположение переключающих отверстий. Для шунтовой формы профиля радиатора «подсолнух» чем больше шунтирующих отверстий, тем лучше. Для профилей схожей круглой формы обычно выбирают от 3 до 4 традиционных шунтирующих отверстий. В результате ширина шунтирующего моста увеличивается. Обычно, когда он больше 20 мм, количество сварных швов меньше. Однако при выборе рабочего пояса отверстия матрицы рабочий пояс отверстия матрицы внизу шунтирующего моста должен быть короче. При условии, что не существует точного метода расчета для выбора рабочего ремня, это, естественно, приведет к тому, что отверстие матрицы под мостом и другие детали не смогут достичь точно одинаковой скорости потока во время экструзии из-за разницы в рабочем ремне. Эта разница в скорости потока создаст дополнительное растягивающее напряжение на кантилевере и вызовет отклонение зубцов для отвода тепла. Поэтому для экструзионной головки радиатора подсолнечника с большим количеством зубьев очень важно обеспечить постоянство скорости потока на каждом зубце. По мере увеличения количества шунтовых отверстий соответственно увеличится и количество шунтирующих перемычек, а скорость течения и распределение потока металла станут более равномерными. Это связано с тем, что по мере увеличения количества шунтирующих перемычек ширина шунтирующих перемычек может соответственно уменьшаться.
Практические данные показывают, что число шунтирующих отверстий обычно составляет 6 или 8, а то и больше. Конечно, для некоторых крупных профилей рассеивания тепла подсолнечника верхняя форма также может располагать шунтирующие отверстия в соответствии с принципом ширины шунтирующего моста ≤ 14 мм. Разница в том, что необходимо добавить переднюю разделительную пластину для предварительного распределения и регулировки потока металла. Количество и расположение распределительных отверстий в передней распределительной пластине можно выполнить традиционным способом.
Кроме того, при расположении шунтирующих отверстий следует уделить внимание использованию верхней формы для надлежащего экранирования головки кантилевера зубца теплоотвода, чтобы предотвратить прямое попадание металла на головку консольной трубки и тем самым улучшить напряженное состояние. консольной трубки. Заблокированная часть головки кантилевера между зубьями может составлять 1/5–1/4 длины трубки кантилевера. Расположение шунтовых отверстий показано на рисунке 3.
(2) Соотношение площадей шунтирующего отверстия. Поскольку толщина стенки корня горячего зуба невелика, а высота находится далеко от центра, а физическая область сильно отличается от центра, формовать металл сложнее всего. Поэтому ключевым моментом при проектировании формы профиля радиатора «подсолнечник» является максимально медленная скорость потока центральной твердой части, чтобы гарантировать, что металл сначала заполнит корень зуба. Для достижения такого эффекта, с одной стороны, это подбор рабочего ремня, а главное, определение площади отклоняющего отверстия, преимущественно площади центральной части, соответствующей отклоняющему отверстию. Тесты и эмпирические значения показывают, что наилучший эффект достигается, когда площадь центрального отверстия S1 и площадь внешнего одиночного отверстия S2 удовлетворяют следующему соотношению: S1= (0,52 ~ 0,72) S2
Кроме того, эффективный канал потока металла центрального отверстия разделителя должен быть на 20–25 мм длиннее, чем эффективный канал потока металла внешнего отверстия разделителя. В этой длине также учитывается запас и возможность ремонта пресс-формы.
(3) Глубина сварочной камеры. Экструзионная матрица для профиля радиатора «Подсолнух» отличается от традиционной шунтирующей матрицы. Вся его сварочная камера должна располагаться в верхней матрице. Это необходимо для обеспечения точности обработки блока отверстий нижней матрицы, особенно точности рабочего ремня. По сравнению с традиционной шунтовой формой необходимо увеличить глубину сварочной камеры шунтирующей формы радиаторного профиля «Подсолнух». Чем больше мощность экструзионной машины, тем больше увеличивается глубина сварочной камеры, которая составляет 15–25 мм. Например, если используется экструзионная машина мощностью 20 МН, глубина сварочной камеры традиционного шунтирующего штампа составляет 20–22 мм, а глубина сварочной камеры шунтирующего штампа профиля радиатора подсолнечника должна составлять 35–40 мм. . Преимущество этого в том, что металл полностью сваривается и нагрузка на подвешенную трубу значительно снижается. Конструкция верхней сварочной камеры формы представлена на рисунке 4.
3.2 Конструкция вставки с отверстием матрицы
Конструкция блока отверстий матрицы в основном включает в себя размер отверстия матрицы, рабочий пояс, внешний диаметр и толщину зеркального блока и т. Д.
(1) Определение размера отверстия матрицы. Размер отверстия матрицы можно определить традиционным способом, главным образом с учетом масштабов термической обработки сплава.
(2) Выбор рабочего ремня. Принцип выбора рабочего ремня заключается в том, чтобы сначала обеспечить достаточную подачу всего металла в нижней части корня зуба, чтобы скорость потока в нижней части корня зуба была выше, чем в других частях. Поэтому рабочий поясок в нижней части корня зуба должен быть самым коротким, со значением 0,3~0,6 мм, а рабочий поясок в прилегающих частях должен быть увеличен на 0,3 мм. Принцип заключается в увеличении на 0,4–0,5 каждые 10–15 мм к центру; во-вторых, рабочий поясок в самой крупной твердой части центра не должен превышать 7 мм. В противном случае, если разница длин рабочего ремня слишком велика, возникнут большие ошибки при обработке медными электродами и электроэрозионной обработке рабочего ремня. Эта ошибка может легко привести к поломке зуба во время процесса экструзии. Рабочий ремень показан на рисунке 5.
(3) Внешний диаметр и толщина вставки. Для традиционных шунтовых форм толщина вставки отверстия матрицы равна толщине нижней формы. Однако в случае формы радиатора подсолнечника, если эффективная толщина отверстия матрицы слишком велика, профиль легко столкнется с формой во время экструзии и выгрузки, что приведет к неровным зубьям, царапинам или даже заклиниванию зубьев. Это приведет к поломке зубов.
Кроме того, если толщина отверстия штампа слишком велика, с одной стороны, время обработки в процессе электроэрозионной обработки увеличивается, а с другой стороны, легко вызвать отклонение от электрической коррозии, а также легко вызвать отклонение зуба во время экструзии. Конечно, если толщина отверстия штампа слишком мала, прочность зубьев не может быть гарантирована. Таким образом, принимая во внимание эти два фактора, опыт показывает, что степень вставки отверстия матрицы нижней формы обычно составляет от 40 до 50; а внешний диаметр вставки отверстия матрицы должен составлять от 25 до 30 мм от наибольшего края отверстия матрицы до внешнего круга вставки.
Для профиля, показанного на рисунке 1, внешний диаметр и толщина блока отверстий матрицы составляют 225 мм и 50 мм соответственно. Вставка с отверстием матрицы показана на рисунке 6. D на рисунке соответствует фактическому размеру, а номинальный размер составляет 225 мм. Предельное отклонение внешних размеров соответствует внутреннему отверстию нижней формы, чтобы гарантировать, что односторонний зазор находится в диапазоне 0,01 ~ 0,02 мм. Блок отверстий для штампов показан на рисунке 6. Номинальный размер внутреннего отверстия блока отверстий для штампов, размещенного на нижней форме, составляет 225 мм. На основе фактического измеренного размера блок отверстий матрицы подбирается по принципу 0,01–0,02 мм на сторону. Внешний диаметр блока отверстий матрицы можно получить как D, но для удобства установки внешний диаметр зеркального блока отверстия матрицы можно соответствующим образом уменьшить в пределах 0,1 м на подающем конце, как показано на рисунке. .
4. Ключевые технологии изготовления пресс-форм.
Обработка формы профиля радиатора «Подсолнух» мало чем отличается от обработки обычных форм алюминиевого профиля. Очевидная разница в основном отражается на электрической обработке.
(1) При резке проволоки необходимо предотвратить деформацию медного электрода. Поскольку медный электрод, используемый для электроэрозионной обработки, тяжелый, зубья слишком маленькие, сам электрод мягкий, имеет низкую жесткость, а локальная высокая температура, возникающая при резке проволоки, приводит к легкой деформации электрода в процессе резки проволоки. При использовании деформированных медных электродов для обработки рабочих лент и пустых ножей возникает перекос зубьев, что может легко привести к слому формы в процессе обработки. Поэтому необходимо предотвратить деформацию медных электродов в процессе онлайн-производства. Основные меры профилактики: перед резкой проволоки выровняйте медный блок станиной; вначале используйте циферблатный индикатор для регулировки вертикальности; при резке проволокой сначала начните с части зуба и, наконец, разрежьте деталь с толстой стенкой; Время от времени используйте обрезки серебряной проволоки, чтобы заполнить вырезанные части; После того, как проволока изготовлена, с помощью проволочного станка отрежьте небольшой участок примерно 4 мм по длине разрезанного медного электрода.
(2) Электроэрозионная обработка явно отличается от обработки обычных форм. Электроэрозионная обработка очень важна при обработке форм профиля радиатора подсолнечника. Даже если конструкция идеальна, небольшой дефект электроэрозионной обработки приведет к списанию всей формы. Электроэрозионная обработка не так зависит от оборудования, как резка проволокой. Это во многом зависит от навыков и квалификации оператора. Электроэрозионная обработка в основном уделяет внимание следующим пяти пунктам:
①Ток электроэрозионной обработки. Для начальной электроэрозионной обработки можно использовать ток 7–10 А, чтобы сократить время обработки; Ток 5–7 А можно использовать для чистовой обработки. Целью использования малого тока является получение хорошей поверхности;
② Обеспечьте плоскостность торца формы и вертикальность медного электрода. Плохая плоскостность торца формы или недостаточная вертикальность медного электрода затрудняют обеспечение соответствия длины рабочего ремня после электроэрозионной обработки проектной длине рабочего ремня. Процесс электроэрозионной обработки может легко выйти из строя или даже пробить зубчатый рабочий ремень. Поэтому перед обработкой необходимо с помощью шлифовальной машины сплющить оба конца формы для соблюдения требований точности, а для корректировки вертикальности медного электрода использовать циферблатный индикатор;
③ Убедитесь, что зазор между пустыми ножами одинаковый. Во время начальной обработки проверяйте, смещается ли пустой инструмент каждые 0,2 мм через каждые 3–4 мм обработки. Если смещение большое, исправить его при последующих регулировках будет сложно;
④Своевременно удаляйте остатки, образующиеся в процессе электроэрозионной обработки. Искровая коррозия приведет к образованию большого количества остатков, которые необходимо своевременно убирать, иначе длина рабочей ленты будет разной из-за разной высоты остатков;
⑤Перед электроэрозионной обработкой пресс-форма должна быть размагничена.
5. Сравнение результатов экструзии
Профиль, показанный на рисунке 1, был протестирован с использованием традиционной разъемной формы и новой схемы конструкции, предложенной в этой статье. Сравнение результатов представлено в таблице 1.
Из результатов сравнения видно, что структура пресс-формы оказывает большое влияние на срок ее службы. Форма, созданная по новой схеме, имеет очевидные преимущества и значительно увеличивает срок службы формы.
6. Заключение
Пресс-форма для экструзии профиля радиатора подсолнечника представляет собой тип формы, которую очень сложно спроектировать и изготовить, а ее проектирование и изготовление относительно сложны. Таким образом, чтобы обеспечить успешную экструзию и срок службы формы, необходимо достичь следующих условий:
(1) Конструктивная форма формы должна быть выбрана разумно. Структура пресс-формы должна способствовать уменьшению силы экструзии, чтобы уменьшить нагрузку на консоль пресс-формы, образованную зубцами для рассеивания тепла, тем самым улучшая прочность пресс-формы. Ключевым моментом является разумное определение количества и расположения шунтовых отверстий, площади шунтовых отверстий и других параметров: во-первых, ширина шунтирующего моста, образованного между шунтирующими отверстиями, не должна превышать 16 мм; Во-вторых, площадь разделенного отверстия должна быть определена таким образом, чтобы коэффициент разделения достигал как можно более 30% от коэффициента экструзии, обеспечивая при этом прочность формы.
(2) Разумно выбирайте рабочий ремень и принимайте разумные меры во время электрообработки, включая технологию обработки медных электродов и стандартные электрические параметры электромеханической обработки. Первый ключевой момент заключается в том, что медный электрод должен быть зашлифован перед резкой проволоки, и для обеспечения этого во время резки проволоки следует использовать метод вставки. Электроды не расшатаны и не деформированы.
(3) Во время процесса электрической обработки электрод должен быть точно выровнен, чтобы избежать отклонения зубьев. Конечно, на основе разумного проектирования и производства, использование высококачественной стали для горячей обработки и процесса вакуумной термообработки трех или более отпусков может максимизировать потенциал формы и достичь лучших результатов. От проектирования, производства до экструзионного производства, только если каждое звено является точным, мы можем гарантировать, что форма профиля радиатора подсолнечника будет экструдирована.
Время публикации: 01 августа 2024 г.
