Kuinka suunnitella auringonkukan jäähdyttimen puristusmuotti alumiiniprofiilille?

1. Alumiiniprofiilien rakenteellisten ominaisuuksien analyysi

Kuva 1 esittää tyypillisen auringonkukanmuotoisen jäähdyttimen alumiiniprofiilin poikkileikkauksen. Profiilin poikkileikkauspinta-ala on 7773,5 mm², ja siinä on yhteensä 40 lämmönpoistohammasta. Hampaiden väliin muodostuva suurin roikkuva aukko on 4,46 mm. Laskennan jälkeen hampaiden välinen kielisuhde on 15,7. Samalla profiilin keskellä on suuri umpinainen alue, jonka pinta-ala on 3846,5 mm².

Profiilin muoto-ominaisuuksien perusteella hampaiden välistä tilaa voidaan pitää puolionttoina profiileina, ja jäähdytinprofiili koostuu useista puolionttoista profiileista. Siksi muotin rakennetta suunniteltaessa on tärkeää miettiä, miten muotin lujuus varmistetaan. Vaikka puolionttojen profiilien osalta teollisuus on kehittänyt useita kypsiä muottirakenteita, kuten "peitetty halkaisumuotti", "leikattu halkaisumuotti", "riippusillan halkaisumuotti" jne. Nämä rakenteet eivät kuitenkaan sovellu useista puolionttoista profiileista koostuviin tuotteisiin. Perinteinen suunnittelu ottaa huomioon vain materiaalit, mutta ekstruusiomuovauksessa suurin vaikutus lujuuteen on ekstruusioprosessin aikana tapahtuva ekstruusiovoima, ja metallin muovausprosessi on tärkein ekstruusiovoimaa tuottava tekijä.

Aurinkopatterin profiilin suuren keskiosan kiinteän alueen vuoksi on erittäin helppo aiheuttaa liian nopea kokonaisvirtausnopeus tällä alueella puristusprosessin aikana, ja hampaiden välisen ripustusputken päähän syntyy lisää vetojännitystä, mikä johtaa hampaiden välisen ripustusputken murtumiseen. Siksi muotin rakenteen suunnittelussa tulisi keskittyä metallin virtausnopeuden ja virtausnopeuden säätöön, jotta voidaan vähentää puristuspainetta ja parantaa hampaiden välisen ripustusputken jännitystilaa muotin lujuuden parantamiseksi.

2. Muotin rakenteen ja puristimen kapasiteetin valinta

2.1 Muotin rakennemuoto

Kuvassa 1 esitetyssä auringonkukankukan muotoisessa jäähdyttimen profiilissa, vaikka siinä ei olekaan onttoa osaa, on käytettävä jaettua muottirakennetta, kuten kuvassa 2 on esitetty. Perinteisestä shunt-muottirakenteesta poiketen metallin juotosasemakammio on sijoitettu ylempään muottiin ja alemmassa muotissa käytetään inserttirakennetta. Tarkoituksena on vähentää muotin kustannuksia ja lyhentää muotin valmistussykliä. Sekä ylempi että alempi muottisarja ovat yleismallisia ja niitä voidaan käyttää uudelleen. Vielä tärkeämpää on, että muottireiän lohkot voidaan käsitellä erikseen, mikä varmistaa paremmin muottireiän työhihnan tarkkuuden. Alemman muotin sisäreikä on suunniteltu porrastetuksi. Yläosa ja muottireiän lohko sopivat välykseen, ja rakoarvo molemmilla puolilla on 0,06–0,1 m; alaosa käyttää interferenssisovitetta, ja interferenssin määrä molemmilla puolilla on 0,02–0,04 m, mikä auttaa varmistamaan koaksiaalisuuden ja helpottaa kokoonpanoa, mikä tekee inserttisovituksesta kompaktimman ja samalla estää lämpöasennuksen interferenssisovituksesta johtuvan muotin muodonmuutoksen.

2.2 Ekstruuderin kapasiteetin valinta

Ekstruuderin kapasiteetin valinta on yhtäältä määrittämään ekstruusioputken sopiva sisähalkaisija ja ekstruuderin suurin ominaispaine ekstruusioputken osassa metallin muovauksen paineen täyttämiseksi. Toisaalta se on määritettävä sopiva ekstruusiosuhde ja valittava sopiva muotin koko kustannusten perusteella. Auringonkukan jäähdyttimen alumiiniprofiilin ekstruusiosuhde ei saa olla liian suuri. Tärkein syy on se, että ekstruusiovoima on verrannollinen ekstruusiosuhteeseen. Mitä suurempi ekstruusiosuhde, sitä suurempi ekstruusiovoima. Tämä on erittäin haitallista auringonkukan jäähdyttimen alumiiniprofiilimuotin kannalta.

Kokemus osoittaa, että auringonkukkapattereiden alumiiniprofiilien suulakepuristussuhde on alle 25. Kuvassa 1 esitetylle profiilille valittiin 20,0 MN:n suulakepuristin, jonka suulakepuristussylinterin sisähalkaisija oli 208 mm. Laskennan jälkeen suulakepuristimen suurin ominaispaine on 589 MPa, mikä on sopivampi arvo. Jos ominaispaine on liian korkea, muotin paine on suuri, mikä on haitallista muotin käyttöiän kannalta. Jos ominaispaine on liian alhainen, se ei pysty täyttämään suulakepuristusmuovauksen vaatimuksia. Kokemus osoittaa, että 550–750 MPa:n ominaispaine voi paremmin täyttää erilaisia ​​prosessivaatimuksia. Laskennan jälkeen suulakepuristuskerroin on 4,37. Muotin kooksi on valittu 350 mm x 200 mm (ulkohalkaisija x astetta).

3. Muotin rakenneparametrien määrittäminen

3.1 Ylämuotin rakenneparametrit

(1) Ohjainreikien lukumäärä ja järjestely. Auringonkukan jäähdyttimen profiilin sunttimuottiin on parempi, mitä enemmän sunttireikiä on. Samanmuotoisille profiileille valitaan yleensä 3–4 perinteistä sunttireikää. Tuloksena on, että sunttisillan leveys on suurempi. Yleensä, jos se on yli 20 mm, hitsausliitosten määrä on pienempi. Suuttimen reiän työhihnaa valittaessa suutinreiän työhihnan on kuitenkin oltava lyhyempi suutinsillan pohjassa olevan suutinreiän työhihnan. Jos työhihnan valinnalle ei ole tarkkaa laskentamenetelmää, se luonnollisesti aiheuttaa sen, että suutinreikä sillan alla ja muut osat eivät saavuta täsmälleen samaa virtausnopeutta puristuksen aikana työhihnan eron vuoksi. Tämä virtausnopeuden ero aiheuttaa lisää vetojännitystä ulokkeeseen ja aiheuttaa lämmönpoistohampaiden taipumista. Siksi auringonkukan jäähdyttimen suulakepuristusmuotin, jossa on tiheä määrä hampaita, on erittäin tärkeää varmistaa, että jokaisen hampaan virtausnopeus on tasainen. Kun shunttireikien määrä kasvaa, shunttisiltojen määrä kasvaa vastaavasti, ja metallin virtausnopeus ja virtausjakauma tasaantuvat. Tämä johtuu siitä, että shunttisiltojen määrän kasvaessa shunttisiltojen leveyttä voidaan pienentää vastaavasti.

Käytännön tiedot osoittavat, että shunttireikien lukumäärä on yleensä 6 tai 8 tai jopa enemmän. Tietenkin joissakin suurissa auringonkukan lämmönpoistoprofiileissa ylempi muotti voi myös järjestää shunttireiät periaatteen mukaisesti, jonka mukaan shunttisillan leveys on ≤ 14 mm. Ero on siinä, että metallin virtauksen esijakamiseksi ja säätämiseksi on lisättävä etujakolevy. Etuosan suuntauslevyn suuntausreikien lukumäärä ja järjestely voidaan suorittaa perinteisellä tavalla.

Lisäksi shunttireikiä järjestettäessä on otettava huomioon ylämuotin käyttö lämmönpoistohampaan ulokeputken pään suojaamiseksi asianmukaisesti, jotta metalli ei osu suoraan ulokeputken päähän ja siten paranna ulokeputken jännitystilaa. Ulokeputken pään tukkeutunut osa hampaiden välissä voi olla 1/5–1/4 ulokeputken pituudesta. Shunttireikien asettelu on esitetty kuvassa 3.

(2) Shunttireiän pinta-alasuhde. Koska kuuman hampaan juuren seinämän paksuus on pieni ja korkeus kaukana keskustasta, ja fyysinen pinta-ala on hyvin erilainen kuin keskipiste, se on vaikein osa metallin muovattavaksi. Siksi auringonkukan muotoisen jäähdyttimen profiilimuotin suunnittelussa on keskeistä tehdä keskimmäisen kiinteän osan virtausnopeudesta mahdollisimman hidas, jotta metalli täyttää ensin hampaan juuren. Tällaisen vaikutuksen saavuttamiseksi on valittava työhihna ja ennen kaikkea määritettävä ohjausreiän pinta-ala, pääasiassa ohjausreikää vastaavan keskiosan pinta-ala. Testit ja empiiriset arvot osoittavat, että paras vaikutus saavutetaan, kun keskimmäisen ohjausreiän S1 pinta-ala ja ulkoisen yksittäisen ohjausreiän S2 pinta-ala täyttävät seuraavan suhteen: S1 = (0,52 ~ 0,72) S2

Lisäksi keskimmäisen jakoreiän tehollisen metallin virtauskanavan tulisi olla 20–25 mm pidempi kuin ulomman jakoreiän tehollisen metallin virtauskanavan. Tämä pituus ottaa huomioon myös muotin korjausmarginaalin ja mahdollisuuden.

(3) Hitsauskammion syvyys. Auringonkukkakuvioisen jäähdyttimen profiilin pursotusmuotti eroaa perinteisestä suutinmallista. Sen koko hitsauskammion on sijaittava ylemmässä muotissa. Tämä varmistaa alemman muotin reikälohkojen työstön tarkkuuden, erityisesti työhihnan tarkkuuden. Perinteiseen suutinmuottiin verrattuna auringonkukkakuvioisen jäähdyttimen profiilin suutinmuotin hitsauskammion syvyyttä on lisättävä. Mitä suurempi pursotuskoneen kapasiteetti on, sitä suurempi on hitsauskammion syvyyden kasvu, joka on 15–25 mm. Esimerkiksi jos käytetään 20 MN:n pursotuskonetta, perinteisen suutinmallisen hitsauskammion syvyys on 20–22 mm, kun taas auringonkukkakuvioisen jäähdyttimen profiilin suutinmallisen hitsauskammion syvyyden tulisi olla 35–40 mm. Tämän etuna on, että metalli hitsautuu kokonaan ja ripustettuun putkeen kohdistuva rasitus pienenee huomattavasti. Ylemmän muotin hitsauskammion rakenne on esitetty kuvassa 4.

3.2 Muottireiän sisäosan suunnittelu

Suulakkeen reikälohkon suunnittelu sisältää pääasiassa suuttimen reiän koon, työvyön, peililohkon ulkohalkaisijan ja paksuuden jne.

(1) Suulakkeen reiän koon määritys. Suulakkeen reiän koko voidaan määrittää perinteisellä tavalla, pääasiassa ottaen huomioon seoksen lämpökäsittelyn skaalaus.

(2) Työhihnan valinta. Työhihnan valinnan periaatteena on ensinnäkin varmistaa, että hampaan juuren pohjalla olevan metallin syöttö on riittävä, jotta virtausnopeus hampaan juuren pohjalla on nopeampi kuin muissa osissa. Siksi hampaan juuren pohjalla olevan työhihnan tulisi olla lyhin, pituuden ollessa 0,3–0,6 mm, ja viereisten osien työhihnaa tulisi pidentää 0,3 mm. Periaatteena on pidentää pituutta 0,4–0,5 mm 10–15 mm:n välein keskustaa kohti. Toiseksi, työhihnan pituus keskustan suurimmassa kiinteässä kohdassa ei saisi ylittää 7 mm. Muuten, jos työhihnan pituusero on liian suuri, kuparielektrodien käsittelyssä ja työhihnan EDM-työstössä esiintyy suuria virheitä. Tämä virhe voi helposti aiheuttaa hampaan taipuman murtumisen pursotusprosessin aikana. Työhihna on esitetty kuvassa 5.

 

(3) Sisäosan ulkohalkaisija ja paksuus. Perinteisissä shuntimuoteissa suulakkeen reiän sisäosan paksuus on sama kuin alemman muotin paksuus. Auringonkukanmuotoisessa jäähdyttimen muotissa suulakkeen reiän tehollinen paksuus on kuitenkin liian suuri, jolloin profiili törmää helposti muottiin pursotuksen ja purkauksen aikana, mikä johtaa epätasaisiin hampaisiin, naarmuuntumiseen tai jopa hampaiden jumiutumiseen. Nämä voivat aiheuttaa hampaiden rikkoutumisen.

Lisäksi, jos suulakkeen reiän paksuus on liian pitkä, EDM-prosessin käsittelyaika on pitkä, ja toisaalta sähköinen korroosiopoikkeama on helppo aiheuttaa, ja myös hammaspoikkeama on helppo aiheuttaa suulakepuristuksen aikana. Tietenkin, jos suulakkeen reiän paksuus on liian pieni, hampaiden lujuutta ei voida taata. Siksi, ottaen huomioon nämä kaksi tekijää, kokemus osoittaa, että alemman muotin suulakkeen reiän inserttiaste on yleensä 40-50; ja suulakkeen reiän insertin ulkohalkaisijan tulisi olla 25-30 mm suulakkeen reiän suurimmasta reunasta insertin ulkokehään.

Kuvassa 1 esitetyssä profiilissa suulakkeen reikälohkon ulkohalkaisija ja paksuus ovat vastaavasti 225 mm ja 50 mm. Suulakkeen reikäkappale on esitetty kuvassa 6. Kuvassa D on todellinen koko ja nimelliskoko on 225 mm. Sen ulkomittojen rajapoikkeama on sovitettu alemman muotin sisäreiän mukaan sen varmistamiseksi, että yksipuolinen rako on 0,01–0,02 mm:n välillä. Suulakkeen reikälohko on esitetty kuvassa 6. Alempaan muottiin asetetun suulakkeen reikälohkon sisäreiän nimelliskoko on 225 mm. Todellisen mitatun koon perusteella suulakkeen reikälohko sovitetaan periaatteella 0,01–0,02 mm sivua kohden. Suulakkeen reikälohkon ulkohalkaisija voidaan saada muodossa D, mutta asennuksen helpottamiseksi suulakkeen reiän peililohkon ulkohalkaisijaa voidaan pienentää sopivasti 0,1 m:n alueelle syöttöpäässä, kuten kuvassa on esitetty.

4. Muottien valmistuksen keskeiset teknologiat

Auringonkukka-jäähdyttimen profiilimuotin työstö ei juurikaan eroa tavallisten alumiiniprofiilimuottien työstämisestä. Ilmeinen ero näkyy pääasiassa sähköisessä prosessoinnissa.

(1) Langanleikkauksessa on tärkeää estää kuparielektrodin muodonmuutos. Koska kipinätyöstössä käytettävä kuparielektrodi on painava, sen hampaat ovat liian pienet, elektrodi itsessään on pehmeä ja huonosti jäykkä, ja langanleikkauksessa syntyvä paikallinen korkea lämpötila aiheuttaa elektrodin helpon muodonmuutoksen langanleikkausprosessin aikana. Kun muodonmuutoksia aiheuttavia kuparielektrodeja käytetään työvöiden ja tyhjien veitsien käsittelyyn, hampaat voivat vääntyä, mikä voi helposti aiheuttaa muotin romutumisen prosessoinnin aikana. Siksi on välttämätöntä estää kuparielektrodin muodonmuutos online-valmistusprosessin aikana. Tärkeimmät ennaltaehkäisevät toimenpiteet ovat: ennen langanleikkausta kuparilohko on tasoitettava alustalla; alussa vertikaalia on säädettävä mittakellolla; langanleikkauksessa on aloitettava hammasosasta ja lopuksi leikattava paksuseinäinen osa; leikattava leikatut osat aika ajoin hopearomulla; langan valmistuksen jälkeen leikattavasta kuparielektrodista noin 4 mm:n pituinen pätkä lankakoneella.

(2) Kipinätyöstö eroaa selvästi tavallisista muoteista. Kipinätyöstö on erittäin tärkeää auringonkukankuoren jäähdyttimen profiilimuottien valmistuksessa. Vaikka suunnittelu olisi täydellinen, pienikin vika kipinätyöstössä johtaa koko muotin romuttamiseen. Kipinätyöstö ei ole yhtä riippuvainen laitteista kuin langanleikkaus. Se riippuu pitkälti käyttäjän käyttötaidoista ja pätevyydestä. Kipinätyöstössä kiinnitetään huomiota pääasiassa seuraaviin viiteen kohtaan:

① Sähköpurkaustyöstövirta. Alkukipinätyöstössä voidaan käyttää 7–10 A:n virtaa käsittelyajan lyhentämiseksi; viimeistelytyöstössä voidaan käyttää 5–7 A:n virtaa. Pienen virran tarkoituksena on saada hyvä pinnanlaatu.

② Varmista muotin päätypinnan tasaisuus ja kuparielektrodin pystysuuntaisuus. Huono päätypinnan tasaisuus tai kuparielektrodin riittämätön pystysuuntaisuus vaikeuttaa työhihnan pituuden varmistamista EDM-käsittelyn jälkeen suunnitellun työhihnan pituuden mukaisesti. EDM-prosessi voi helposti epäonnistua tai jopa tunkeutua hammastettuun työhihnaan. Siksi ennen käsittelyä muotin molemmat päät on tasoitettava hiomakoneella tarkkuusvaatimusten täyttämiseksi ja kuparielektrodin pystysuuntaisuus on korjattava osoitinkellolla.

③ Varmista, että tyhjien veitsien välinen rako on tasainen. Tarkista alkutyöstössä, onko tyhjän työkalun siirtymä 0,2 mm:n välein 3–4 mm:n työstömatkan välein. Jos siirtymä on suuri, sitä on vaikea korjata myöhemmillä säädöillä.

④Poista EDM-prosessin aikana syntyvät jäämät ajoissa. Kipinäpurkauskorroosio tuottaa suuren määrän jäämiä, jotka on puhdistettava ajoissa, muuten työhihnan pituus on erilainen jäämien eri korkeuksien vuoksi.

5 Muotti on demagnetoitava ennen EDM-työstöä.

5. Pursotustulosten vertailu

Kuvassa 1 esitettyä profiilia testattiin käyttämällä perinteistä halkaistua muottia ja tässä artikkelissa ehdotettua uutta suunnittelumenetelmää. Tulosten vertailu on esitetty taulukossa 1.

Vertailutuloksista voidaan nähdä, että muotin rakenteella on suuri vaikutus muotin käyttöikään. Uuden järjestelmän mukaisesti suunnitellulla muotilla on ilmeisiä etuja ja se parantaa huomattavasti muotin käyttöikää.

6. Johtopäätös

Auringonkukan jäähdyttimen profiilin puristusmuotti on muottityyppi, jota on erittäin vaikea suunnitella ja valmistaa, ja sen suunnittelu ja valmistus ovat suhteellisen monimutkaisia. Siksi muotin puristusprosentin ja käyttöiän varmistamiseksi on saavutettava seuraavat seikat:

(1) Muotin rakennemuoto on valittava kohtuullisesti. Muotin rakenteen on oltava sellainen, että se vähentää puristusvoimaa ja siten vähentää lämmönpoistohampaiden muodostaman muotin ulokkeen rasitusta ja parantaa siten muotin lujuutta. Tärkeintä on määrittää kohtuullisesti suutinreikien lukumäärä ja järjestely sekä suutinreikien pinta-ala: ensinnäkin suutinreikien väliin muodostetun suutinsillan leveys ei saa ylittää 16 mm; toiseksi halkaistun reiän pinta-ala on määritettävä siten, että halkaisusuhde saavuttaa mahdollisimman paljon yli 30 % puristussuhteesta ja samalla varmistaa muotin lujuus.

(2) Valitse työvyö kohtuullisesti ja ota käyttöön kohtuulliset toimenpiteet sähkötyöstössä, mukaan lukien kuparielektrodien prosessointitekniikka ja sähkötyöstöjen sähköiset standardiparametrit. Ensimmäinen tärkeä seikka on, että kuparielektrodi on hiottava pintaan ennen langanleikkausta, ja langanleikkausmenetelmällä on varmistettava, että elektrodit eivät ole löysät tai epämuodostuneet.

(3) Sähkötyöstöprosessin aikana elektrodi on kohdistettava tarkasti hampaan poikkeaman välttämiseksi. Kohtuullisen suunnittelun ja valmistuksen, korkealaatuisen kuumatyömuottiteräksen käytön ja vähintään kolmen lämpötilan tyhjiökäsittelyn avulla voidaan tietysti maksimoida muotin potentiaali ja saavuttaa parempia tuloksia. Suunnittelusta valmistukseen ja puristustuotantoon asti vain, jos jokainen lenkki on tarkka, voimme varmistaa, että auringonkukankukan jäähdyttimen profiilimuotti puristetaan.