Debido a que as aliaxes de aluminio son lixeiras, bonitas, teñen boa resistencia á corrosión e unha excelente condutividade térmica e rendemento de procesamento, úsanse amplamente como compoñentes de disipación de calor na industria das tecnoloxías da información, a electrónica e a automoción, especialmente na emerxente industria dos LED. Estes compoñentes de disipación de calor de aliaxe de aluminio teñen boas funcións de disipación de calor. Na produción, a clave para unha produción eficiente de extrusión destes perfís de radiador é o molde. Debido a que estes perfís xeralmente teñen as características de dentes de disipación de calor grandes e densos e tubos de suspensión longos, a estrutura tradicional de matriz plana, a estrutura de matriz dividida e a estrutura de matriz de perfil semioco non poden cumprir ben os requisitos de resistencia do molde e moldeo por extrusión.
Na actualidade, as empresas confían máis na calidade do aceiro dos moldes. Para mellorar a resistencia do molde, non dubidan en empregar aceiro importado caro. O custo do molde é moi elevado e a vida útil media real do molde é inferior a 3 toneladas, o que fai que o prezo de mercado do radiador sexa relativamente alto, o que restrinxe seriamente a promoción e popularización das lámpadas LED. Polo tanto, as matrices de extrusión para perfís de radiadores en forma de xirasol atraeron unha gran atención do persoal de enxeñaría e técnico da industria.
Este artigo presenta as diversas tecnoloxías da matriz de extrusión de perfís de radiador de xirasol obtidas tras anos de investigación minuciosa e repetidas probas de produción a través de exemplos en produción real, para referencia por parte dos seus compañeiros.
1. Análise das características estruturais das seccións de perfís de aluminio
A figura 1 mostra a sección transversal dun perfil de aluminio típico para radiador de xirasol. A área da sección transversal do perfil é de 7773,5 mm², cun total de 40 dentes de disipación de calor. O tamaño máximo da abertura colgante formada entre os dentes é de 4,46 mm. Despois do cálculo, a relación de lingueta entre os dentes é de 15,7. Ao mesmo tempo, hai unha gran área sólida no centro do perfil, cunha área de 3846,5 mm².
A xulgar polas características da forma do perfil, o espazo entre os dentes pódese considerar como perfís semiocos, e o perfil do radiador está composto por varios perfís semiocos. Polo tanto, ao deseñar a estrutura do molde, a clave é considerar como garantir a resistencia do molde. Aínda que para os perfís semiocos, a industria desenvolveu unha variedade de estruturas de molde maduras, como "molde divisor cuberto", "molde divisor cortado", "molde divisor de ponte colgante", etc. Non obstante, estas estruturas non son aplicables a produtos compostos por varios perfís semiocos. O deseño tradicional só considera os materiais, pero no moldeo por extrusión, o maior impacto na resistencia é a forza de extrusión durante o proceso de extrusión, e o proceso de conformado do metal é o principal factor que xera a forza de extrusión.
Debido á gran área sólida central do perfil do radiador solar, é moi doado que o caudal global nesta área sexa demasiado rápido durante o proceso de extrusión, e xerarase unha tensión de tracción adicional na cabeza do tubo de suspensión interdentado, o que provocará a súa fractura. Polo tanto, no deseño da estrutura do molde, debemos centrarnos no axuste do caudal do metal e do caudal para lograr o propósito de reducir a presión de extrusión e mellorar o estado de tensión do tubo suspendido entre os dentes, para así mellorar a resistencia do molde.
2. Selección da estrutura do molde e da capacidade da prensa de extrusión
2.1 Forma da estrutura do molde
Para o perfil de radiador de xirasol que se mostra na Figura 1, aínda que non ten unha parte oca, debe adoptar a estrutura de molde dividido como se mostra na Figura 2. A diferenza da estrutura tradicional do molde shunt, a cámara da estación de soldadura metálica colócase no molde superior e utilízase unha estrutura de inserción no molde inferior. O propósito é reducir os custos do molde e acurtar o ciclo de fabricación do molde. Tanto o molde superior como o molde inferior son universais e pódense reutilizar. Máis importante aínda, os bloques de orificios de matriz pódense procesar de forma independente, o que pode garantir mellor a precisión da cinta de traballo do orificio de matriz. O orificio interior do molde inferior está deseñado como un chanzo. A parte superior e o bloque de orificios de molde adoptan un axuste de folga e o valor da separación en ambos os lados é de 0,06~0,1 m; a parte inferior adopta un axuste de interferencia e a cantidade de interferencia en ambos os lados é de 0,02~0,04 m, o que axuda a garantir a coaxialidade e facilita a montaxe, facendo que o axuste da incrustación sexa máis compacto e, ao mesmo tempo, pode evitar a deformación do molde causada polo axuste de interferencia da instalación térmica.
2.2 Selección da capacidade da extrusora
A selección da capacidade da extrusora é, por unha banda, para determinar o diámetro interior axeitado do barril de extrusión e a presión específica máxima da extrusora na sección do barril de extrusión para cumprir coa presión durante a conformación do metal. Por outra banda, trátase de determinar a relación de extrusión axeitada e seleccionar as especificacións de tamaño de molde axeitadas en función do custo. Para o perfil de aluminio do radiador de xirasol, a relación de extrusión non pode ser demasiado grande. A razón principal é que a forza de extrusión é proporcional á relación de extrusión. Canto maior sexa a relación de extrusión, maior será a forza de extrusión. Isto é extremadamente prexudicial para o molde de perfil de aluminio do radiador de xirasol.
A experiencia demostra que a relación de extrusión dos perfís de aluminio para radiadores de xirasol é inferior a 25. Para o perfil que se mostra na Figura 1, seleccionouse unha extrusora de 20,0 MN cun diámetro interior do barril de extrusión de 208 mm. Despois do cálculo, a presión específica máxima da extrusora é de 589 MPa, que é un valor máis axeitado. Se a presión específica é demasiado alta, a presión no molde será grande, o que prexudica a vida útil do molde; se a presión específica é demasiado baixa, non pode cumprir os requisitos da conformación por extrusión. A experiencia demostra que unha presión específica no rango de 550~750 MPa pode cumprir mellor varios requisitos do proceso. Despois do cálculo, o coeficiente de extrusión é de 4,37. A especificación do tamaño do molde selecciónase como 350 mm x 200 mm (diámetro exterior x graos).
3. Determinación dos parámetros estruturais do molde
3.1 Parámetros estruturais do molde superior
(1) Número e disposición dos orificios desviadores. Para o molde de derivación do perfil do radiador de xirasol, canto maior sexa o número de orificios de derivación, mellor. Para perfís con formas circulares similares, xeralmente selecciónanse de 3 a 4 orificios de derivación tradicionais. O resultado é que o ancho da ponte de derivación é maior. Xeralmente, cando é maior de 20 mm, o número de soldaduras é menor. Non obstante, ao seleccionar a correa de traballo do orificio da matriz, a correa de traballo do orificio da matriz na parte inferior da ponte de derivación debe ser máis curta. Na condición de que non haxa un método de cálculo preciso para a selección da correa de traballo, isto fará que, naturalmente, o orificio da matriz debaixo da ponte e outras partes non alcancen exactamente o mesmo caudal durante a extrusión debido á diferenza na correa de traballo. Esta diferenza no caudal producirá unha tensión de tracción adicional na voladiza e provocará a deflexión dos dentes de disipación de calor. Polo tanto, para a matriz de extrusión do radiador de xirasol cun número denso de dentes, é moi importante garantir que o caudal de cada dente sexa consistente. A medida que aumenta o número de orificios de derivación, aumentará o número de pontes de derivación en consecuencia, e o caudal e a distribución do fluxo do metal faranse máis uniformes. Isto débese a que, a medida que aumenta o número de pontes de derivación, pódese reducir o ancho das pontes de derivación en consecuencia.
Os datos prácticos mostran que o número de orificios de derivación é xeralmente de 6 ou 8, ou incluso máis. Por suposto, para algúns perfís de disipación de calor de xirasol grandes, o molde superior tamén pode dispoñer os orificios de derivación segundo o principio do ancho da ponte de derivación ≤ 14 mm. A diferenza é que se debe engadir unha placa divisora frontal para predistribuír e axustar o fluxo de metal. O número e a disposición dos orificios desviadores na placa desviadora frontal pódense levar a cabo dun xeito tradicional.
Ademais, ao dispor os orificios de derivación, débese ter en conta o uso do molde superior para protexer axeitadamente a cabeza da envoltura do dente de disipación de calor para evitar que o metal golpee directamente a cabeza do tubo en voladizo e, polo tanto, mellorar o estado de tensión do tubo en voladizo. A parte bloqueada da cabeza da envoltura entre os dentes pode ser de 1/5 a 1/4 da lonxitude do tubo en voladizo. A disposición dos orificios de derivación móstrase na Figura 3.
(2) A relación de área do orificio de derivación. Debido a que o grosor da parede da raíz do dente quente é pequeno e a altura está lonxe do centro, e a área física é moi diferente do centro, é a parte máis difícil de formar metal. Polo tanto, un punto clave no deseño do molde de perfil de radiador de xirasol é facer que o caudal da parte sólida central sexa o máis lento posible para garantir que o metal encha primeiro a raíz do dente. Para lograr tal efecto, por unha banda, é a selección da correa de traballo e, o máis importante, a determinación da área do orificio desviador, principalmente a área da parte central correspondente ao orificio desviador. As probas e os valores empíricos mostran que o mellor efecto se consegue cando a área do orificio desviador central S1 e a área do orificio desviador único externo S2 cumpren a seguinte relación: S1 = (0,52 ~ 0,72) S2
Ademais, o canal de fluxo metálico efectivo do orificio divisor central debe ser 20~25 mm máis longo que o canal de fluxo metálico efectivo do orificio divisor exterior. Esta lonxitude tamén ten en conta a marxe e a posibilidade de reparación do molde.
(3) Profundidade da cámara de soldadura. A matriz de extrusión do perfil do radiador de xirasol é diferente da matriz de derivación tradicional. Toda a súa cámara de soldadura debe estar situada na matriz superior. Isto é para garantir a precisión do procesamento do bloque de orificios da matriz inferior, especialmente a precisión da cinta de traballo. En comparación co molde de derivación tradicional, é necesario aumentar a profundidade da cámara de soldadura do molde de derivación do perfil do radiador de xirasol. Canto maior sexa a capacidade da máquina de extrusión, maior será o aumento da profundidade da cámara de soldadura, que é de 15~25 mm. Por exemplo, se se usa unha máquina de extrusión de 20 MN, a profundidade da cámara de soldadura da matriz de derivación tradicional é de 20~22 mm, mentres que a profundidade da cámara de soldadura da matriz de derivación do perfil do radiador de xirasol debe ser de 35~40 mm. A vantaxe disto é que o metal está completamente soldado e a tensión no tubo suspendido redúcese considerablemente. A estrutura da cámara de soldadura do molde superior móstrase na Figura 4.
3.2 Deseño do inserto do orificio da matriz
O deseño do bloque do orificio da matriz inclúe principalmente o tamaño do orificio da matriz, a correa de traballo, o diámetro exterior e o grosor do bloque do espello, etc.
(1) Determinación do tamaño do orificio da matriz. O tamaño do orificio da matriz pódese determinar de xeito tradicional, tendo en conta principalmente a escala do procesamento térmico da aliaxe.
(2) Selección da cinta de traballo. O principio da selección da cinta de traballo é, en primeiro lugar, garantir que o subministro de todo o metal na parte inferior da raíz do dente sexa suficiente, de xeito que o caudal na parte inferior da raíz do dente sexa máis rápido que o das outras partes. Polo tanto, a cinta de traballo na parte inferior da raíz do dente debe ser a máis curta, cun valor de 0,3~0,6 mm, e a cinta de traballo nas partes adxacentes debe aumentarse en 0,3 mm. O principio é aumentar en 0,4~0,5 cada 10~15 mm cara ao centro; en segundo lugar, a cinta de traballo na parte sólida máis grande do centro non debe superar os 7 mm. En caso contrario, se a diferenza de lonxitude da cinta de traballo é demasiado grande, produciranse grandes erros no procesamento de eléctrodos de cobre e no procesamento EDM da cinta de traballo. Este erro pode causar facilmente a rotura da deflexión do dente durante o proceso de extrusión. A cinta de traballo móstrase na Figura 5.
(3) O diámetro exterior e o grosor do inserto. Para os moldes shunt tradicionais, o grosor do inserto do orificio da matriz é o grosor do molde inferior. Non obstante, para o molde do radiador de xirasol, se o grosor efectivo do orificio da matriz é demasiado grande, o perfil chocará facilmente co molde durante a extrusión e a descarga, o que resultará en dentes desiguais, rabuñaduras ou incluso atascos dos dentes. Isto fará que os dentes se rompan.
Ademais, se o grosor do orificio da matriz é demasiado longo, por unha banda, o tempo de procesamento é longo durante o proceso de electroerosión e, por outra banda, é doado causar desviacións por corrosión eléctrica e tamén é doado causar desviacións dos dentes durante a extrusión. Por suposto, se o grosor do orificio da matriz é demasiado pequeno, non se pode garantir a resistencia dos dentes. Polo tanto, tendo en conta estes dous factores, a experiencia demostra que o grao de inserción do orificio da matriz do molde inferior é xeralmente de 40 a 50; e o diámetro exterior do inserto do orificio da matriz debe ser de 25 a 30 mm desde o bordo máis grande do orificio da matriz ata o círculo exterior do inserto.
Para o perfil mostrado na Figura 1, o diámetro exterior e o grosor do bloque do orificio da matriz son 225 mm e 50 mm respectivamente. O inserto do orificio da matriz móstrase na Figura 6. D na figura é o tamaño real e o tamaño nominal é de 225 mm. A desviación límite das súas dimensións exteriores coincide co orificio interior do molde inferior para garantir que a fenda unilateral estea dentro do rango de 0,01~0,02 mm. O bloque do orificio da matriz móstrase na Figura 6. O tamaño nominal do orificio interior do bloque do orificio da matriz colocado no molde inferior é de 225 mm. En función do tamaño real medido, o bloque do orificio da matriz coincide segundo o principio de 0,01~0,02 mm por lado. O diámetro exterior do bloque do orificio da matriz pódese obter como D, pero para facilitar a instalación, o diámetro exterior do bloque de espello do orificio da matriz pódese reducir adecuadamente dentro do rango de 0,1 m no extremo de alimentación, como se mostra na figura.
4. Tecnoloxías clave da fabricación de moldes
O mecanizado do molde de perfil de radiador de xirasol non é moi diferente do dos moldes de perfil de aluminio ordinarios. A diferenza obvia reflíctese principalmente no procesamento eléctrico.
(1) En canto ao corte con fío, é necesario evitar a deformación do eléctrodo de cobre. Debido a que o eléctrodo de cobre utilizado para a electroerosión é pesado, os dentes son demasiado pequenos, o propio eléctrodo é brando, ten pouca rixidez e a alta temperatura local xerada polo corte con fío fai que o eléctrodo se deforme facilmente durante o proceso de corte con fío. Ao usar eléctrodos de cobre deformados para procesar correas de traballo e coitelos baleiros, produciranse dentes torcidos, o que pode provocar facilmente que o molde se raspe durante o procesamento. Polo tanto, é necesario evitar a deformación dos eléctrodos de cobre durante o proceso de fabricación en liña. As principais medidas preventivas son: antes de cortar o fío, nivelar o bloque de cobre cunha cama; usar un indicador de esfera para axustar a verticalidade ao principio; ao cortar o fío, comezar primeiro pola parte do dente e finalmente cortar a parte con parede grosa; De cando en vez, usar restos de fío de prata para encher as partes cortadas; despois de facer o fío, usar unha máquina de fío para cortar unha sección curta duns 4 mm ao longo da lonxitude do eléctrodo de cobre cortado.
(2) A mecanización por descarga eléctrica é obviamente diferente dos moldes ordinarios. A electroerosión é moi importante no procesamento de moldes de perfís de radiador de xirasol. Mesmo se o deseño é perfecto, un pequeno defecto na electroerosión fará que se descarte todo o molde. A mecanización por descarga eléctrica non depende tanto do equipo como o corte con fío. Depende en gran medida das habilidades operativas e da destreza do operador. A mecanización por descarga eléctrica presta atención principalmente aos seguintes cinco puntos:
①Corrente de mecanizado por descarga eléctrica. Pódese usar unha corrente de 7~10 A para o mecanizado por electroerosión inicial para acurtar o tempo de procesamento; pódese usar unha corrente de 5~7 A para o mecanizado de acabado. O propósito de usar unha corrente pequena é obter unha boa superficie;
② Asegúrese da planaridade da cara do extremo do molde e da verticalidade do eléctrodo de cobre. Unha planaridade deficiente da cara do extremo do molde ou unha verticalidade insuficiente do eléctrodo de cobre dificulta garantir que a lonxitude da cinta de traballo despois do procesamento por electroerosión sexa coherente coa lonxitude da cinta de traballo deseñada. É doado que o proceso de electroerosión falle ou mesmo penetre na cinta de traballo dentada. Polo tanto, antes do procesamento, débese usar unha amoladora para aplanar ambos extremos do molde para cumprir cos requisitos de precisión e un indicador de esfera para corrixir a verticalidade do eléctrodo de cobre;
③ Asegúrese de que a separación entre as coitelas baleiras sexa uniforme. Durante o mecanizado inicial, comprobe se a ferramenta baleira está desprazada cada 0,2 mm e despois de 3 a 4 mm de procesamento. Se a desprazamento é grande, será difícil corrixila con axustes posteriores;
④Elimine os residuos xerados durante o proceso de electroerosión de maneira oportuna. A corrosión por descarga de faísca producirá unha gran cantidade de residuos, que deben limparse a tempo; se non, a lonxitude da cinta de traballo será diferente debido ás diferentes alturas dos residuos;
⑤O molde debe desmagnetizarse antes da electroerosión.
5. Comparación dos resultados da extrusión
O perfil que se mostra na Figura 1 foi probado empregando o molde dividido tradicional e o novo esquema de deseño proposto neste artigo. A comparación dos resultados móstrase na Táboa 1.
Dos resultados da comparación pódese observar que a estrutura do molde ten unha gran influencia na vida útil do molde. O molde deseñado usando o novo esquema ten vantaxes obvias e mellora considerablemente a vida útil do molde.
6. Conclusión
O molde de extrusión de perfil de radiador de xirasol é un tipo de molde moi difícil de deseñar e fabricar, e o seu deseño e fabricación son relativamente complexos. Polo tanto, para garantir a taxa de éxito da extrusión e a vida útil do molde, débense cumprir os seguintes puntos:
(1) A forma estrutural do molde debe seleccionarse razoablemente. A estrutura do molde debe ser propicia para reducir a forza de extrusión para reducir a tensión na voladiza do molde formada polos dentes de disipación de calor, mellorando así a resistencia do molde. A clave é determinar razoablemente o número e a disposición dos orificios de derivación e a área dos orificios de derivación e outros parámetros: en primeiro lugar, o ancho da ponte de derivación formada entre os orificios de derivación non debe superar os 16 mm; en segundo lugar, a área do orificio dividido debe determinarse de xeito que a relación de división alcance o máximo posible máis do 30 % da relación de extrusión, garantindo ao mesmo tempo a resistencia do molde.
(2) Seleccionar razoablemente a cinta de traballo e adoptar medidas razoables durante o mecanizado eléctrico, incluíndo a tecnoloxía de procesamento dos eléctrodos de cobre e os parámetros estándar eléctricos do mecanizado eléctrico. O primeiro punto clave é que o eléctrodo de cobre debe ser rectificado superficialmente antes do corte do fío e que se debe usar o método de inserción durante o corte do fío para garantir que os eléctrodos non estean soltos nin deformados.
(3) Durante o proceso de mecanizado eléctrico, o eléctrodo debe estar aliñado con precisión para evitar a desviación dos dentes. Por suposto, baseándose nun deseño e fabricación razoables, o uso de aceiro para moldes de traballo en quente de alta calidade e o proceso de tratamento térmico ao baleiro de tres ou máis estados poden maximizar o potencial do molde e obter mellores resultados. Desde o deseño e a fabricación ata a produción por extrusión, só se cada elo é preciso podemos garantir que o molde de perfil de radiador de xirasol sexa extruído.
Data de publicación: 01-08-2024
