Jak zaprojektować matrycę do wytłaczania chłodnicy słonecznika dla profilu aluminiowego?

1. Analiza właściwości konstrukcyjnych profili aluminiowych

Rysunek 1 przedstawia przekrój typowego profilu aluminiowego grzejnika słonecznikowego. Pole przekroju poprzecznego profilu wynosi 7773,5 mm², łącznie 40 zębów odprowadzających ciepło. Maksymalny rozmiar otworu wiszącego utworzonego pomiędzy zębami wynosi 4,46 mm. Po obliczeniu stosunek języka między zębami wynosi 15,7. Jednocześnie w środku profilu znajduje się duża, pełna powierzchnia o powierzchni 3846,5 mm².

Sądząc po cechach kształtu profilu, przestrzeń pomiędzy zębami można uznać za profile półpuste, a profil grzejnika składa się z wielu profili półpustych. Dlatego przy projektowaniu konstrukcji formy kluczem jest rozważenie, w jaki sposób zapewnić wytrzymałość formy. Chociaż w przypadku profili półpustych w przemyśle opracowano wiele dojrzałych konstrukcji form, takich jak „osłonięta forma rozdzielająca”, „wycinana forma rozdzielająca”, „forma rozdzielająca most zawieszenia” itp. Struktury te nie mają jednak zastosowania do produktów składa się z wielu półpustych profili. Tradycyjne projektowanie uwzględnia tylko materiały, ale w przypadku formowania przez wytłaczanie największy wpływ na wytrzymałość ma siła wytłaczania podczas procesu wytłaczania, a proces formowania metalu jest głównym czynnikiem wytwarzającym siłę wytłaczania.

Ze względu na dużą, centralną, stałą powierzchnię profilu grzejnika słonecznego, bardzo łatwo jest spowodować, że całkowite natężenie przepływu w tym obszarze będzie zbyt duże podczas procesu wytłaczania, a na główce zawieszenia międzyzębowego powstaną dodatkowe naprężenia rozciągające rurkę, co skutkuje pęknięciem rurki zawieszenia międzyzębowego. Dlatego przy projektowaniu konstrukcji formy powinniśmy skupić się na regulacji natężenia przepływu metalu i natężenia przepływu, aby osiągnąć cel polegający na zmniejszeniu ciśnienia wytłaczania i poprawie stanu naprężenia zawieszonej rury między zębami, aby poprawić wytrzymałość pleśń.

2. Dobór konstrukcji formy i wydajności prasy wytłaczającej

2.1 Formularz struktury formy

W przypadku profilu grzejnika słonecznikowego pokazanego na rysunku 1, mimo że nie ma on pustej części, musi przyjąć konstrukcję dzielonej formy, jak pokazano na rysunku 2. W odróżnieniu od tradycyjnej konstrukcji formy bocznikowej, metalowa komora stacji lutowniczej jest umieszczona w górnej części formy, a w dolnej formie zastosowano strukturę wkładki. Celem jest zmniejszenie kosztów form i skrócenie cyklu produkcyjnego form. Zarówno zestaw form górnych, jak i dolnych są uniwersalne i nadają się do ponownego wykorzystania. Co ważniejsze, bloki otworów matrycy można przetwarzać niezależnie, co może lepiej zapewnić dokładność pasa roboczego otworu matrycy. Wewnętrzny otwór dolnej formy zaprojektowany jest jako stopień. Górna część i blok otworu formy przyjmują luz, a wartość szczeliny po obu stronach wynosi 0,06 ~ 0,1 m; dolna część przyjmuje pasowanie wciskowe, a wielkość wcisku po obu stronach wynosi 0,02 ~ 0,04 m, co pomaga zapewnić współosiowość i ułatwia montaż, dzięki czemu wkładka jest bardziej zwarta, a jednocześnie pozwala uniknąć deformacji formy spowodowanej instalacją termiczną dopasowanie interferencyjne.

2.2 Dobór wydajności wytłaczarki

Dobór wydajności wytłaczarki polega z jednej strony na określeniu odpowiedniej średnicy wewnętrznej cylindra wytłaczarki oraz maksymalnego nacisku właściwego wytłaczarki na odcinek bębna wytłaczarki, aby sprostać ciśnieniu podczas formowania metalu. Z drugiej strony należy określić odpowiedni współczynnik wytłaczania i wybrać odpowiednie specyfikacje wielkości formy w oparciu o koszt. W przypadku aluminiowego profilu grzejnika słonecznikowego stopień 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 aluminiowej profilu chłodnicy słonecznika.

Doświadczenie pokazuje, że stopień 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 wytłaczającego 208 mm. Po obliczeniu maksymalne ciśnienie właściwe wytłaczarki wynosi 589 MPa, co jest wartością bardziej odpowiednią. Jeśli ciśnienie właściwe jest zbyt wysokie, nacisk na formę będzie duży, co jest szkodliwe dla żywotności formy; jeśli ciśnienie właściwe jest zbyt niskie, nie może spełnić wymagań formowania przez wytłaczanie. Doświadczenie pokazuje, że określone ciśnienie w zakresie 550 ~ 750 MPa może lepiej spełniać różne wymagania procesowe. Po obliczeniu współczynnik wytłaczania wynosi 4,37. Specyfikacja rozmiaru formy wynosi 350 mm x 200 mm (średnica zewnętrzna x stopnie).

3. Wyznaczanie parametrów konstrukcyjnych form

3.1 Parametry konstrukcyjne górnej formy

(1) Liczba i rozmieszczenie otworów przełączających. W przypadku formy bocznikowej do profilu grzejnika słonecznikowego im większa liczba otworów bocznikowych, tym lepiej. W przypadku profili o podobnych okrągłych kształtach zazwyczaj wybiera się 3 do 4 tradycyjnych otworów bocznikowych. W rezultacie szerokość mostka bocznikowego jest większa. Generalnie, gdy jest większa niż 20 mm, liczba spoin jest mniejsza. Jednakże przy doborze 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, w naturalny sposób spowoduje to, że otwór matrycy pod mostem i inne części nie osiągną dokładnie tego samego natężenia przepływu podczas wytłaczania ze względu na różnicę w pasie roboczym, Ta różnica w natężeniu przepływu spowoduje dodatkowe naprężenie rozciągające na wsporniku i spowoduje ugięcie zębów rozpraszających ciepło. Dlatego w przypadku matrycy do wytłaczania chłodnicy słonecznika z dużą liczbą zębów bardzo ważne jest zapewnienie stałego natężenia przepływu każdego zęba. Wraz ze wzrostem liczby otworów bocznikowych liczba mostków bocznikowych odpowiednio wzrośnie, a natężenie przepływu i rozkład przepływu metalu staną się bardziej równomierne. Dzieje się tak dlatego, że wraz ze wzrostem liczby mostków bocznikowych można odpowiednio zmniejszyć szerokość mostków bocznikowych.

Z danych praktycznych wynika, że ​​liczba otworów bocznikowych wynosi zazwyczaj 6 lub 8, a nawet więcej. Oczywiście w przypadku niektórych dużych profili odprowadzania 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 płytkę rozdzielającą, aby wstępnie rozprowadzić i wyregulować przepływ metalu. Liczbę i rozmieszczenie otworów zwrotnicy w przedniej płycie zwrotnicy można wykonać w sposób tradycyjny.

Dodatkowo przy układaniu otworów bocznikowych należy zwrócić uwagę na zastosowanie górnej formy w celu odpowiedniego osłonięcia łba wspornika zęba odprowadzającego ciepło, aby zapobiec bezpośredniemu uderzeniu metalu w łeb rury wspornika i tym samym poprawić stan naprężeń rury wspornikowej. Zablokowana część głowicy wspornika pomiędzy zębami może stanowić 1/5 ~ 1/4 długości rury wspornika. Rozmieszczenie otworów bocznikowych pokazano na rysunku 3

(2) Zależność powierzchni otworu bocznikowego. Ponieważ grubość ścianki korzenia gorącego zęba jest niewielka, a wysokość jest daleko od środka, a obszar fizyczny bardzo różni się od środka, najtrudniej jest uformować metal. Dlatego kluczowym punktem przy projektowaniu formy profilowej grzejnika słonecznikowego jest możliwie najmniejsze natężenie przepływu środkowej części stałej, aby metal najpierw wypełnił korzeń zęba. Aby uzyskać taki efekt, z jednej strony należy dobrać pas roboczy, a co ważniejsze określić powierzchnię otworu zwrotnicy, głównie powierzchnię części środkowej odpowiadającej otworowi zwrotnicy. Badania i wartości empiryczne pokazują, że najlepszy efekt uzyskuje się, gdy powierzchnia centralnego otworu rozdzielacza S1 i powierzchnia zewnętrznego pojedynczego otworu rozdzielacza S2 spełniają zależność: S1= (0,52 ~0,72) S2

Ponadto efektywny kanał przepływu metalu w centralnym otworze rozdzielacza powinien być o 20 ~ 25 mm dłuższy niż efektywny kanał przepływu metalu w zewnętrznym otworze rozdzielacza. Długość ta uwzględnia również margines i możliwość naprawy formy.

(3) Głębokość komory zgrzewania. Matryca do wytłaczania profilu grzejnika Sunflower różni się od tradycyjnej matrycy bocznikowej. Cała jego komora zgrzewania musi znajdować się w górnej matrycy. Ma to na celu zapewnienie dokładności obróbki bloku otworów matrycy dolnej, a w szczególności dokładności pasa roboczego. W porównaniu z tradycyjną formą bocznikową należy zwiększyć głębokość komory spawania formy bocznikowej z profilem grzejnika Sunflower. Im większa wydajność wytłaczarki, tym większy wzrost głębokości komory zgrzewającej, która wynosi 15 ~ 25 mm. Przykładowo w przypadku zastosowania wytłaczarki 20 MN głębokość komory zgrzewania tradycyjnej matrycy bocznikowej wynosi 20~22mm, natomiast głębokość komory zgrzewania matrycy bocznikowej profilu grzejnika słonecznikowego powinna wynosić 35~40 mm . Zaletą tego jest to, że metal jest całkowicie zespawany, a naprężenia działające na zawieszoną rurę są znacznie zmniejszone. Konstrukcję górnej komory zgrzewania formy pokazano na rysunku 4.

3.2 Konstrukcja wkładki z otworem matrycy

Konstrukcja bloku otworów matrycy obejmuje głównie rozmiar otworu matrycy, pas roboczy, średnicę zewnętrzną i grubość bloku lustra itp.

(1) Określenie rozmiaru otworu matrycy. Wielkość otworu matrycy można określić w sposób tradycyjny, głównie biorąc pod uwagę skalowanie obróbki cieplnej stopu.

(2) Wybór pasa roboczego. Zasada doboru pasa roboczego polega na tym, aby w pierwszej kolejności zapewnić wystarczający dopływ całego metalu w dolnej części korzenia zęba, tak aby natężenie przepływu w dolnej części korzenia zęba było większe niż w innych częściach. Dlatego pas roboczy w dolnej części korzenia zęba powinien być jak najkrótszy i wynosić 0,3~0,6mm, natomiast pas roboczy w częściach sąsiadujących powinien być wydłużony o 0,3mm. Zasadą jest zwiększanie o 0,4 ~ 0,5 co 10 ~ 15 mm w kierunku środka; po drugie, szerokość pasa roboczego w największej stałej części środkowej nie powinna przekraczać 7mm. W przeciwnym razie, jeżeli różnica długości pasa roboczego będzie zbyt duża, wystąpią duże błędy w obróbce elektrod miedzianych i obróbce EDM pasa roboczego. Błąd ten 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 z otworem matrycy jest grubością dolnej formy. Jednakże w przypadku formy do grzejników słonecznikowych, jeśli efektywna grubość otworu matrycy będzie zbyt duża, profil będzie łatwo kolidował z formą podczas wytłaczania i rozładowywania, powodując nierówne uzębienie, zarysowania, a nawet zakleszczenie zębów. Spowodują one pękanie zębów.

Ponadto, jeśli grubość otworu matrycy jest zbyt duża, z jednej strony czas obróbki w procesie EDM jest długi, z drugiej strony łatwo jest spowodować odchylenie od korozji elektrycznej, a także łatwo jest powodować odchylenie zębów podczas ekstruzji. Oczywiście, jeśli grubość otworu matrycy jest zbyt mała, nie można zagwarantować wytrzymałości zębów. Dlatego też, biorąc pod uwagę te dwa czynniki, doświadczenie pokazuje, że stopień włożenia otworu matrycy w dolnej formie wynosi zazwyczaj 40 do 50; a zewnętrzna średnica wkładki z otworem matrycy powinna wynosić 25 do 30 mm od największej krawędzi otworu matrycy do zewnętrznego okręgu wkładki.

W przypadku profilu pokazanego na rysunku 1 średnica zewnętrzna i grubość bloku otworu matrycy wynoszą odpowiednio 225 mm i 50 mm. Wkładkę z otworem matrycy pokazano na rysunku 6. D na rysunku to rozmiar rzeczywisty, a rozmiar nominalny to 225 mm. Graniczne odchylenie jego wymiarów zewnętrznych jest dopasowane do wewnętrznego otworu dolnej formy, aby zapewnić, że jednostronna szczelina mieści się w zakresie 0,01 ~ 0,02 mm. Blok otworów matrycy pokazano na rysunku 6. Nominalny rozmiar wewnętrznego otworu bloku otworów matrycy umieszczonego na dolnej formie wynosi 225 mm. W oparciu o faktycznie zmierzony rozmiar blok otworów matrycy jest dopasowywany zgodnie z zasadą 0,01 ~ 0,02 mm na stronę. Zewnętrzną średnicę bloku zwierciadlanego z otworem matrycy można uzyskać jako D, jednak dla wygody montażu średnicę zewnętrzną bloku zwierciadła z otworem matrycy można odpowiednio zmniejszyć w zakresie 0,1 m na końcu zasilającym, jak pokazano na rysunku .

4. Kluczowe technologie wytwarzania form

Obróbka formy do profili grzejnikowych Sunflower nie różni się zbytnio od obróbki zwykłych form do profili aluminiowych. Oczywista różnica znajduje odzwierciedlenie głównie w obróbce elektrycznej.

(1) Podczas cięcia drutu należy zapobiegać odkształceniom elektrody miedzianej. Ponieważ elektroda miedziana stosowana w obróbce elektroerozyjnej jest ciężka, zęby są za małe, sama elektroda jest miękka, ma słabą sztywność, a lokalnie wysoka temperatura wytwarzana podczas cięcia drutu powoduje, że elektroda łatwo ulega deformacji podczas procesu cięcia drutu. W przypadku stosowania zdeformowanych elektrod miedzianych do obróbki pasów roboczych i pustych noży mogą wystąpić przekrzywione zęby, co może łatwo spowodować zeskrobanie formy podczas obróbki. Dlatego konieczne jest zapobieganie deformacji elektrod miedzianych podczas procesu produkcyjnego online. Główne środki zapobiegawcze to: przed cięciem drutu wypoziomuj blok miedziany łożem; użyj czujnika zegarowego, aby na początku wyregulować pionowość; podczas cięcia drutu zacznij najpierw od części zęba, a na koniec odetnij część o grubej ścianie; Od czasu do czasu użyj złomu srebrnego drutu do wypełnienia wyciętych części; po wykonaniu drutu za pomocą maszyny drutowej odetnij krótki odcinek o długości około 4 mm wzdłuż długości przeciętej elektrody miedzianej.

(2) Obróbka elektroerozyjna różni się oczywiście od zwykłych form. EDM jest bardzo ważna w obróbce form profili grzejników słonecznikowych. Nawet jeśli projekt jest idealny, niewielka wada w obróbce elektroerozyjnej spowoduje złomowanie całej formy. Obróbka elektroerozyjna nie jest tak zależna od sprzętu jak cięcie drutem. Zależy to w dużej mierze od umiejętności obsługi i biegłości operatora. Obróbka elektroerozyjna skupia się głównie na następujących pięciu punktach:

①Prąd obróbki wyładowań elektrycznych. Do wstępnej obróbki EDM można zastosować prąd 7~10 A, aby skrócić czas obróbki; Do obróbki wykańczającej można zastosować prąd 5~7 A. Celem stosowania małego prądu jest uzyskanie dobrej powierzchni;

② Zapewnij płaskość powierzchni czołowej formy i pionowość elektrody miedzianej. Zła płaskość powierzchni czołowej formy lub niewystarczająca pionowość elektrody miedzianej powoduje, że trudno jest zapewnić zgodność długości pasa roboczego po obróbce EDM z zaprojektowaną długością pasa roboczego. Proces EDM łatwo może zawieść lub nawet przebić zębaty pas roboczy. Dlatego przed obróbką należy spłaszczyć oba końce formy za pomocą szlifierki, aby spełnić wymagania dotyczące dokładności, oraz zastosować czujnik zegarowy w celu skorygowania pionowości elektrody miedzianej;

③ Upewnij się, że odstęp między pustymi nożami jest równy. Podczas wstępnej obróbki należy sprawdzić, 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 kolejnych korekt;

④Usuń w odpowiednim czasie pozostałości powstałe podczas procesu EDM. Korozja wywołana iskrą spowoduje powstanie dużej ilości pozostałości, które należy usunąć na czas, w przeciwnym razie długość pasa roboczego będzie różna ze względu na różną wysokość pozostałości;

⑤ Formę należy rozmagnesować przed obróbką EDM.

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 przedstawiono w tabeli 1.

Z wyników porównania wynika, że ​​duży wpływ na trwałość formy ma konstrukcja formy. Forma zaprojektowana według nowego schematu ma oczywiste zalety i znacznie poprawia żywotność formy.

6. Wniosek

Forma do wytłaczania profili grzejników słonecznikowych jest rodzajem formy, która jest bardzo trudna do zaprojektowania i wyprodukowania, a jej konstrukcja i produkcja są stosunkowo złożone. Dlatego, aby zapewnić skuteczność wytłaczania i żywotność formy, należy osiągnąć następujące punkty:

(1) Formę konstrukcyjną formy należy wybrać rozsądnie. Struktura formy musi sprzyjać zmniejszeniu siły wytłaczania, aby zmniejszyć naprężenia na wsporniku formy utworzone przez zęby rozpraszające ciepło, poprawiając w ten sposób wytrzymałość formy. Kluczem jest rozsądne określenie liczby i rozmieszczenia otworów bocznikowych oraz powierzchni otworów bocznikowych i pozostałych parametrów: po pierwsze, szerokość mostka bocznikowego utworzonego pomiędzy otworami bocznikowymi nie powinna przekraczać 16mm; Po drugie, należy określić powierzchnię podziału otworu tak, aby stopień podziału osiągał w miarę możliwości więcej niż 30% stopnia wytłaczania, zapewniając jednocześnie wytrzymałość formy.

(2) Rozsądnie wybierz pas roboczy i zastosuj rozsądne środki podczas obróbki elektrycznej, w tym technologię przetwarzania elektrod miedzianych i standardowe parametry elektryczne obróbki elektrycznej. Pierwszą kluczową kwestią jest to, że elektroda miedziana powinna być uziemiona powierzchniowo przed cięciem drutu, a podczas cięcia drutu należy zastosować metodę wstawiania, aby to zapewnić. Elektrody nie są luźne ani zdeformowane.

(3) Podczas procesu obróbki elektrycznej elektroda musi być dokładnie ustawiona, aby uniknąć odchylenia zębów. Oczywiście, w oparciu o rozsądny projekt i produkcję, zastosowanie wysokiej jakości stali formierskiej do pracy na gorąco oraz proces próżniowej obróbki cieplnej trzech lub więcej stanów może zmaksymalizować potencjał formy i osiągnąć lepsze wyniki. Od projektu, przez produkcję, po produkcję metodą wytłaczania, tylko wtedy, gdy każde ogniwo jest dokładne, możemy zapewnić, że forma profilu grzejnika słonecznikowego zostanie wytłaczana.