Ponieważ stopy aluminium są lekkie, piękne, mają dobrą odporność na korozję i doskonałą przewodność cieplną i wydajność przetwarzania, są szeroko stosowane jako elementy rozpraszające ciepło w przemyśle IT, elektronicznym i motoryzacyjnym, szczególnie w obecnie rozwijającym się przemyśle LED. Te elementy rozpraszające ciepło ze stopu aluminium mają dobre funkcje rozpraszania ciepła. W produkcji kluczem do wydajnej produkcji wytłaczania tych profili grzejnikowych jest forma. Ponieważ te profile mają na ogół cechy dużych i gęstych zębów rozpraszających ciepło i długich rurek zawieszenia, tradycyjna płaska struktura matrycy, struktura matrycy dzielonej i struktura matrycy profilu półpustego nie mogą dobrze spełniać wymagań wytrzymałości formy i formowania wytłaczanego.
Obecnie przedsiębiorstwa polegają bardziej na jakości stali formowej. Aby zwiększyć wytrzymałość formy, nie wahają się używać drogiej importowanej stali. Koszt formy jest bardzo wysoki, a rzeczywista średnia żywotność formy wynosi mniej niż 3 tony, co powoduje, że cena rynkowa grzejnika jest stosunkowo wysoka, poważnie ograniczając promocję i popularyzację lamp LED. Dlatego też matryce do wytłaczania profili grzejnikowych w kształcie słonecznika przyciągnęły dużą uwagę inżynierów i personelu technicznego w branży.
W artykule tym przedstawiono różne technologie wytłaczania profili chłodnicy w kształcie słonecznika, opracowane na podstawie wieloletnich, żmudnych badań i wielokrotnych prób produkcyjnych, na podstawie przykładów z rzeczywistej produkcji, którymi mogą się posłużyć koledzy.
1. Analiza charakterystyk konstrukcyjnych przekrojów profili aluminiowych
Rysunek 1 przedstawia przekrój poprzeczny typowego aluminiowego profilu grzejnika słonecznikowego. Powierzchnia przekroju poprzecznego profilu wynosi 7773,5 mm², przy łącznej liczbie 40 zębów rozpraszających ciepło. Maksymalny rozmiar otworu wiszącego utworzonego między zębami wynosi 4,46 mm. Po obliczeniu stosunek języka między zębami wynosi 15,7. Jednocześnie w środku profilu znajduje się duży obszar stały o powierzchni 3846,5 mm².
Sądząc po charakterystyce kształtu profilu, przestrzeń między zębami można uznać za profile półpuste, a profil grzejnika składa się z wielu profili półpustych. Dlatego przy projektowaniu struktury formy kluczowe jest rozważenie, w jaki sposób zapewnić wytrzymałość formy. Chociaż w przypadku profili półpustych branża opracowała wiele dojrzałych struktur form, takich jak „forma rozdzielacza z pokrywą”, „forma rozdzielacza z cięciem”, „forma rozdzielacza mostu wiszącego” itp. Jednak struktury te nie mają zastosowania do produktów składających się z wielu profili półpustych. Tradycyjny projekt uwzględnia tylko materiały, ale w formowaniu ekstruzyjnym największy wpływ na wytrzymałość ma siła wytłaczania podczas procesu wytłaczania, a proces formowania metalu jest głównym czynnikiem generującym siłę wytłaczania.
Ze względu na duży centralny obszar stały profilu promiennika słonecznego, bardzo łatwo jest spowodować, że ogólna szybkość przepływu w tym obszarze będzie zbyt duża podczas procesu wytłaczania, a dodatkowe naprężenie rozciągające zostanie wygenerowane na głowicy rury zawieszenia międzyzębnego, co spowoduje pęknięcie rury zawieszenia międzyzębnego. Dlatego w projektowaniu struktury formy powinniśmy skupić się na dostosowaniu szybkości przepływu metalu i natężenia przepływu, aby osiągnąć cel zmniejszenia ciśnienia wytłaczania i poprawy stanu naprężenia rury zawieszonej między zębami, tak aby poprawić wytrzymałość formy.
2. Wybór konstrukcji formy i wydajności prasy wytłaczającej
2.1 Forma struktury formy
W przypadku profilu grzejnika słonecznikowego pokazanego na rysunku 1, mimo że nie ma on pustej części, musi on przyjąć strukturę formy dzielonej, jak pokazano na rysunku 2. W odróżnieniu od tradycyjnej struktury formy bocznikowej, komora stacji lutowniczej metalu jest umieszczona w górnej formie, a struktura wkładki jest używana w dolnej formie. Celem jest obniżenie kosztów formy i skrócenie cyklu produkcji formy. Zarówno górna, jak i dolna forma są uniwersalne i mogą być ponownie użyte. Co ważniejsze, bloki otworów matrycy mogą być przetwarzane niezależnie, co może lepiej zapewnić dokładność pasa roboczego otworu matrycy. Wewnętrzny otwór dolnej formy jest zaprojektowany jako stopień. Górna część i blok otworów formy przyjmują pasowanie luzu, a wartość szczeliny po obu stronach wynosi 0,06~0,1 m; dolna część przyjmuje pasowanie interferencyjne, a wielkość interferencji po obu stronach wynosi 0,02~0,04 m, co pomaga zapewnić współosiowość i ułatwia montaż, dzięki czemu wkładka jest bardziej zwarta, a jednocześnie może uniknąć odkształcenia formy spowodowanego przez pasowanie interferencyjne instalacji termicznej.
2.2 Wybór wydajności wytłaczarki
Wybór wydajności wytłaczarki ma na celu z jednej strony określenie odpowiedniej średnicy wewnętrznej cylindra wytłaczającego i maksymalnego ciśnienia właściwego wytłaczarki na sekcji cylindra wytłaczającego, aby sprostać ciśnieniu podczas formowania metalu. Z drugiej strony, ma na celu określenie odpowiedniego współczynnika wytłaczania i wybranie odpowiednich specyfikacji rozmiaru formy na podstawie kosztów. W przypadku profilu aluminiowego grzejnika słonecznikowego współczynnik wytłaczania nie może być zbyt duży. Głównym powodem jest to, że siła wytłaczania jest proporcjonalna do współczynnika wytłaczania. Im większy współczynnik wytłaczania, tym większa siła wytłaczania. Jest to niezwykle szkodliwe dla formy profilu aluminiowego grzejnika słonecznikowego.
Doświadczenie pokazuje, że współczynnik wytłaczania profili aluminiowych do grzejników słonecznikowych jest mniejszy niż 25. Do profilu pokazanego na rysunku 1 wybrano wytłaczarkę 20,0 MN z wewnętrzną średnicą cylindra wytłaczarki 208 mm. Po obliczeniach maksymalne ciśnienie właściwe wytłaczarki wynosi 589 MPa, co jest bardziej odpowiednią wartością. Jeśli ciśnienie właściwe jest zbyt wysokie, ciśnienie na formie będzie duże, co jest szkodliwe dla żywotności formy; jeśli ciśnienie właściwe jest zbyt niskie, nie może ono spełnić wymagań formowania wytłaczanego. Doświadczenie pokazuje, że ciśnienie właściwe w zakresie 550~750 MPa może lepiej spełnić różne wymagania procesowe. Po obliczeniach współczynnik wytłaczania wynosi 4,37. Specyfikacja rozmiaru formy została wybrana jako 350 mm x 200 mm (średnica zewnętrzna x stopnie).
3. Określenie parametrów konstrukcyjnych formy
3.1 Parametry konstrukcyjne górnej formy
(1) Liczba i rozmieszczenie otworów odchylających. W przypadku formy bocznikowej profilu grzejnika słonecznikowego im więcej otworów bocznikowych, tym lepiej. W przypadku profili o podobnych kształtach okrągłych zazwyczaj wybiera się 3 do 4 tradycyjnych otworów bocznikowych. W rezultacie szerokość mostka bocznikowego jest większa. Generalnie, gdy jest on większy niż 20 mm, liczba spoin jest mniejsza. Jednak przy wyborze pasa roboczego otworu matrycy pas roboczy otworu matrycy na dole mostka bocznikowego musi być krótszy. Pod warunkiem, że nie ma precyzyjnej metody obliczeniowej doboru pasa roboczego, naturalnie spowoduje to, że otwór matrycy pod mostkiem i inne części nie osiągną dokładnie tej samej szybkości przepływu podczas wytłaczania z powodu różnicy w pasie roboczym. Ta różnica w szybkości przepływu spowoduje dodatkowe naprężenie rozciągające na wsporniku i spowoduje ugięcie zębów rozpraszających ciepło. Dlatego w przypadku matrycy do wytłaczania grzejnika słonecznikowego z gęstą liczbą zębów bardzo ważne jest zapewnienie, że szybkość przepływu każdego zęba jest spójna. W miarę wzrostu liczby otworów bocznikowych liczba mostków bocznikowych odpowiednio wzrośnie, a natężenie przepływu i rozkład przepływu metalu staną się bardziej równomierne. Dzieje się tak, ponieważ w miarę wzrostu liczby mostków bocznikowych szerokość mostków bocznikowych może zostać odpowiednio zmniejszona.
Dane praktyczne pokazują, że liczba otworów bocznikowych wynosi zazwyczaj 6 lub 8, a nawet więcej. Oczywiście, w przypadku niektórych dużych profili rozpraszania ciepła słonecznika, górna forma może również rozmieścić otwory bocznikowe zgodnie z zasadą szerokości mostka bocznikowego ≤ 14 mm. Różnica polega na tym, że należy dodać przednią płytę rozdzielającą, aby wstępnie rozprowadzić i wyregulować przepływ metalu. Liczbę i rozmieszczenie otworów odchylających w przedniej płycie odchylającej można przeprowadzić w tradycyjny sposób.
Ponadto, podczas rozmieszczania otworów bocznikowych, należy wziąć pod uwagę użycie górnej formy, aby odpowiednio osłonić główkę wspornika zęba rozpraszającego ciepło, aby zapobiec bezpośredniemu uderzeniu metalu w główkę rury wspornikowej, a tym samym poprawić stan naprężenia rury wspornikowej. Zablokowana część główki wspornika między zębami może wynosić 1/5~1/4 długości rury wspornikowej. Układ otworów bocznikowych pokazano na rysunku 3.
(2) Relacja powierzchni otworu bocznikowego. Ponieważ grubość ścianki korzenia gorącego zęba jest mała, a wysokość jest daleko od środka, a powierzchnia fizyczna jest bardzo różna od środka, jest to najtrudniejsza część do uformowania z metalu. Dlatego kluczowym punktem w projektowaniu formy profilu grzejnika słonecznikowego jest jak najwolniejsze natężenie przepływu centralnej części stałej, aby zapewnić, że metal najpierw wypełni korzeń zęba. Aby osiągnąć taki efekt, z jednej strony należy wybrać pas roboczy, a co ważniejsze, określić powierzchnię otworu odchylającego, głównie powierzchnię części centralnej odpowiadającą otworowi odchylającemu. Testy i wartości empiryczne pokazują, że najlepszy efekt uzyskuje się, gdy powierzchnia centralnego otworu odchylającego S1 i powierzchnia zewnętrznego pojedynczego otworu odchylającego S2 spełniają następującą zależność: S1 = (0,52 ~ 0,72) S2
Ponadto efektywny kanał przepływu metalu centralnego otworu rozdzielacza powinien być o 20~25 mm dłuższy niż efektywny kanał przepływu metalu zewnętrznego otworu rozdzielacza. Ta długość uwzględnia również margines i możliwość naprawy formy.
(3) Głębokość komory spawalniczej. Matryca wytłaczająca profil chłodnicy Sunflower różni się od tradycyjnej matrycy bocznikowej. Cała jej komora spawalnicza musi znajdować się w górnej matrycy. Ma to na celu zapewnienie dokładności obróbki bloku otworów dolnej matrycy, zwłaszcza dokładności pasa roboczego. W porównaniu z tradycyjną formą bocznikową głębokość komory spawalniczej formy bocznikowej profilu chłodnicy Sunflower musi zostać zwiększona. Im większa wydajność maszyny do wytłaczania, tym większy wzrost głębokości komory spawalniczej, która wynosi 15~25 mm. Na przykład, jeśli używana jest maszyna do wytłaczania 20 MN, głębokość komory spawalniczej tradycyjnej matrycy bocznikowej wynosi 20~22 mm, podczas gdy głębokość komory spawalniczej matrycy bocznikowej profilu chłodnicy Sunflower powinna wynosić 35~40 mm. Zaletą tego jest to, że metal jest w pełni zespawany, a naprężenie na zawieszonej rurze jest znacznie zmniejszone. Struktura górnej komory spawalniczej formy jest pokazana na rysunku 4.
3.2 Projekt wkładki otworu matrycy
Projekt bloku otworów matrycy obejmuje głównie rozmiar otworów matrycy, pas roboczy, średnicę zewnętrzną i grubość bloku lustrzanego itp.
(1) Określenie rozmiaru otworu matrycy. Rozmiar otworu matrycy można określić w tradycyjny sposób, biorąc pod uwagę głównie skalowanie obróbki cieplnej stopu.
(2) Wybór pasa roboczego. Zasada wyboru pasa roboczego polega na tym, aby najpierw upewnić się, że podaż całego metalu na dole korzenia zęba jest wystarczająca, tak aby natężenie przepływu na dole korzenia zęba było szybsze niż w innych częściach. Dlatego pas roboczy na dole korzenia zęba powinien być najkrótszy, o wartości 0,3~0,6 mm, a pas roboczy w sąsiednich częściach powinien być zwiększony o 0,3 mm. Zasada polega na zwiększaniu o 0,4~0,5 co 10~15 mm w kierunku środka; po drugie, pas roboczy w największej części stałej środka nie powinien przekraczać 7 mm. W przeciwnym razie, jeśli różnica długości pasa roboczego będzie zbyt duża, wystąpią duże błędy w obróbce elektrod miedzianych i obróbce EDM pasa roboczego. Ten błąd może łatwo spowodować pęknięcie ugięcia zęba podczas procesu wytłaczania. Pas roboczy pokazano na rysunku 5.
(3) Średnica zewnętrzna i grubość wkładki. W przypadku tradycyjnych form bocznikowych grubość wkładki otworu matrycy jest grubością dolnej formy. Jednak w przypadku formy grzejnika słonecznikowego, jeśli efektywna grubość otworu matrycy jest zbyt duża, profil będzie łatwo kolidował z formą podczas wytłaczania i rozładowywania, co spowoduje nierówne zęby, zarysowania, a nawet zakleszczenie zębów. Spowoduje to pęknięcie zębów.
Ponadto, jeśli grubość otworu matrycy jest zbyt duża, z jednej strony, czas przetwarzania jest długi podczas procesu EDM, a z drugiej strony, łatwo jest spowodować odchylenie korozji elektrycznej, a także łatwo jest spowodować odchylenie zębów podczas wytłaczania. Oczywiście, jeśli grubość otworu matrycy jest zbyt mała, wytrzymałość zębów nie może być zagwarantowana. Dlatego też, biorąc pod uwagę te dwa czynniki, doświadczenie pokazuje, że stopień wkładki otworu matrycy dolnej formy wynosi na ogół od 40 do 50; a średnica zewnętrzna wkładki otworu matrycy powinna wynosić od 25 do 30 mm od największej krawędzi otworu matrycy do zewnętrznego okręgu wkładki.
Dla profilu pokazanego na Rysunku 1, zewnętrzna średnica i grubość bloku otworów matrycy wynoszą odpowiednio 225 mm i 50 mm. Wkładka otworu matrycy jest pokazana na Rysunku 6. D na rysunku to rzeczywisty rozmiar, a rozmiar nominalny to 225 mm. Graniczne odchylenie jego zewnętrznych wymiarów jest dopasowane do wewnętrznego otworu dolnej formy, aby zapewnić, że jednostronna szczelina mieści się w zakresie 0,01~0,02 mm. Blok otworów matrycy jest pokazany na Rysunku 6. Nominalny rozmiar wewnętrznego otworu bloku otworów matrycy umieszczonego na dolnej formie wynosi 225 mm. Na podstawie rzeczywistego zmierzonego rozmiaru, blok otworów matrycy jest dopasowany zgodnie z zasadą 0,01~0,02 mm na stronę. Średnicę zewnętrzną bloku otworów matrycy można uzyskać jako D, ale dla wygody instalacji, zewnętrzną średnicę bloku lustrzanego otworu matrycy można odpowiednio zmniejszyć w zakresie 0,1 m na końcu podawania, jak pokazano na rysunku.
4. Kluczowe technologie produkcji form
Obróbka formy profilu grzejnika Sunflower nie różni się zbytnio od obróbki zwykłych form profili aluminiowych. Oczywista różnica jest widoczna głównie w obróbce elektrycznej.
(1) W przypadku cięcia drutu konieczne jest zapobieganie deformacji elektrody miedzianej. Ponieważ elektroda miedziana używana do EDM jest ciężka, zęby są zbyt małe, sama elektroda jest miękka, ma słabą sztywność, a lokalna wysoka temperatura generowana przez cięcie drutu powoduje, że elektroda łatwo się deformuje podczas procesu cięcia drutu. Podczas używania zdeformowanych elektrod miedzianych do obróbki pasów roboczych i pustych noży, zęby będą skośne, co może łatwo spowodować złomowanie formy podczas przetwarzania. Dlatego konieczne jest zapobieganie deformacji elektrod miedzianych podczas procesu produkcji online. Główne środki zapobiegawcze to: przed cięciem drutu wyrównaj blok miedziany za pomocą łoża; użyj czujnika zegarowego, aby na początku wyregulować pionowość; podczas cięcia drutu zacznij najpierw od części zębatej, a na końcu odetnij część o grubej ściance; od czasu do czasu użyj złomu srebrnego drutu do wypełnienia odciętych części; po wykonaniu drutu użyj maszyny do cięcia drutu, aby odciąć krótki odcinek około 4 mm wzdłuż długości odciętej elektrody miedzianej.
(2) Obróbka elektroerozyjna różni się oczywiście od zwykłych form. EDM jest bardzo ważne w obróbce form profili grzejników słonecznikowych. Nawet jeśli projekt jest idealny, niewielki defekt w EDM spowoduje złomowanie całej formy. Obróbka elektroerozyjna nie jest tak zależna od sprzętu jak cięcie drutem. Zależy w dużej mierze od umiejętności operacyjnych i biegłości operatora. Obróbka elektroerozyjna zwraca uwagę głównie na następujące pięć punktów:
①Prąd obróbki wyładowczej. Prąd 7~10 A może być używany do wstępnej obróbki EDM w celu skrócenia czasu obróbki; prąd 5~7 A może być używany do obróbki wykańczającej. Celem stosowania małego prądu jest uzyskanie dobrej powierzchni;
② Upewnij się, że powierzchnia czołowa formy jest płaska, a pionowość elektrody miedzianej. Słaba płaskość powierzchni czołowej formy lub niewystarczająca pionowość elektrody miedzianej utrudnia zapewnienie, że długość pasa roboczego po obróbce EDM jest zgodna z zaprojektowaną długością pasa roboczego. Łatwo jest, aby proces EDM się nie powiódł lub nawet przebił zębaty pas roboczy. Dlatego przed obróbką należy użyć szlifierki, aby spłaszczyć oba końce formy, aby spełnić wymagania dokładności, a także należy użyć czujnika zegarowego, aby skorygować pionowość elektrody miedzianej;
③ Upewnij się, że odstęp między pustymi nożami jest równy. Podczas wstępnej obróbki sprawdź, czy puste narzędzie jest przesunięte co 0,2 mm co 3 do 4 mm obróbki. Jeśli przesunięcie jest duże, trudno będzie je skorygować za pomocą późniejszych regulacji;
④Usuwaj pozostałości powstałe podczas procesu EDM w odpowiednim czasie. Korozja spowodowana wyładowaniem iskrowym wytworzy dużą ilość pozostałości, które należy usunąć na czas, w przeciwnym razie długość pasa roboczego będzie różna ze względu na różną wysokość pozostałości;
⑤Przed obróbką elektroerozyjną formę należy rozmagnesować.
5. Porównanie wyników wytłaczania
Profil pokazany na Rysunku 1 został przetestowany przy użyciu tradycyjnej formy dzielonej i nowego schematu projektowego zaproponowanego w tym artykule. Porównanie wyników pokazano w Tabeli 1.
Z wyników porównania wynika, że struktura formy ma duży wpływ na jej żywotność. Forma zaprojektowana przy użyciu nowego schematu ma oczywiste zalety i znacznie wydłuża żywotność formy.
6. Wnioski
Forma do wytłaczania profilu grzejnika słonecznikowego jest typem formy, którą bardzo trudno zaprojektować i wyprodukować, a jej projekt i produkcja są stosunkowo skomplikowane. Dlatego, aby zapewnić wskaźnik powodzenia wytłaczania i żywotność formy, należy spełnić następujące wymagania:
(1) Struktura formy musi być dobrana rozsądnie. Struktura formy musi sprzyjać zmniejszeniu siły wytłaczania, aby zmniejszyć naprężenie na wsporniku formy utworzonym przez zęby rozpraszające ciepło, tym samym poprawiając wytrzymałość formy. Kluczem jest rozsądne określenie liczby i rozmieszczenia otworów bocznikowych oraz powierzchni otworów bocznikowych i innych parametrów: po pierwsze, szerokość mostka bocznikowego utworzonego między otworami bocznikowymi nie powinna przekraczać 16 mm; Po drugie, powierzchnia otworu rozdzielonego powinna być określona tak, aby współczynnik podziału osiągnął więcej niż 30% współczynnika wytłaczania, tak bardzo jak to możliwe, zapewniając jednocześnie wytrzymałość formy.
(2) Rozsądnie wybierz pas roboczy i podejmij rozsądne środki podczas obróbki elektrycznej, w tym technologię przetwarzania elektrod miedzianych i standardowe parametry elektryczne obróbki elektrycznej. Pierwszym kluczowym punktem jest to, że elektroda miedziana powinna być szlifowana powierzchniowo przed cięciem drutu, a metoda wkładania powinna być stosowana podczas cięcia drutu, aby to zapewnić. Elektrody nie są luźne ani zdeformowane.
(3) Podczas procesu obróbki elektrycznej elektroda musi być dokładnie wyrównana, aby uniknąć odchylenia zębów. Oczywiście, na podstawie rozsądnego projektu i produkcji, użycie wysokiej jakości stali do formowania na gorąco i proces obróbki cieplnej próżniowej trzech lub więcej stopni odpuszczania może zmaksymalizować potencjał formy i osiągnąć lepsze rezultaty. Od projektu, produkcji do produkcji wytłaczanej, tylko jeśli każde ogniwo jest dokładne, możemy zapewnić, że forma profilu grzejnika słonecznikowego zostanie wytłoczona.
Czas publikacji: 01-08-2024
