Kuidas kujundada alumiiniumprofiili jaoks päevalilleradiaatori ekstrusioonivormi?

1. Alumiiniumprofiilsektsioonide konstruktsiooniliste omaduste analüüs

Joonis 1 näitab tüüpilise päevalilleradiaatori alumiiniumprofiili ristlõiget. Profiili ristlõikepindala on 7773,5 mm², kokku 40 soojust hajutava hambaga. Hammaste vahele jääv maksimaalne rippuva ava suurus on 4,46 mm. Arvutuse tulemusel on hammaste vaheline keele suhe 15,7. Samal ajal on profiili keskel suur tahke ala pindalaga 3846,5 mm².

Profiili kujuomaduste põhjal võib hammaste vahelist ruumi pidada poolõõnsaks profiiliks ja radiaatorprofiil koosneb mitmest poolõõnsast profiilist. Seetõttu on vormi struktuuri projekteerimisel oluline kaaluda, kuidas tagada vormi tugevus. Kuigi poolõõnsate profiilide jaoks on tööstuses välja töötatud mitmesuguseid küpseid vormistruktuure, näiteks „kaetud lõhestusvorm“, „lõigatud lõhestusvorm“, „rippsilla lõhestusvorm“ jne. Need struktuurid ei ole aga rakendatavad mitmest poolõõnsast profiilist koosnevate toodete puhul. Traditsiooniline disain arvestab ainult materjalidega, kuid ekstrusioonvormimisel on suurim mõju tugevusele ekstrusiooniprotsessi ajal ekstrusioonijõul ja metalli vormimisprotsess on peamine ekstrusioonijõudu tekitav tegur.

Päikeseradiaatori profiili suure keskse tahke ala tõttu on ekstrusiooniprotsessi ajal selles piirkonnas väga lihtne põhjustada liiga kiiret üldist voolukiirust, mis tekitab hammastevahelise riputustoru peale täiendava tõmbepinge, mille tulemuseks on hammastevahelise riputustoru purunemine. Seetõttu peaks vormi konstruktsiooni projekteerimisel keskenduma metalli voolukiiruse ja voolukiiruse reguleerimisele, et saavutada ekstrusioonirõhu vähendamine ja hammastevahelise riputustoru pingeseisundi parandamine, et parandada vormi tugevust.

2. Vormi struktuuri ja ekstrusioonipressi võimsuse valik

2.1 Hallituse struktuuri vorm

Joonisel 1 kujutatud päevalilleõli radiaatori profiili puhul, kuigi sellel pole õõnsat osa, peab see kasutama joonisel 2 näidatud lõhestatud vormistruktuuri. Erinevalt traditsioonilisest šuntvormi struktuurist asub metallist jootejaama kamber ülemises vormis ja alumises vormis kasutatakse sisestusstruktuuri. Selle eesmärk on vähendada vormikulusid ja lühendada vormi tootmistsüklit. Nii ülemine kui ka alumine vormikomplekt on universaalsed ja neid saab taaskasutada. Veelgi olulisem on see, et vormiava plokke saab töödelda eraldi, mis tagab paremini vormiava töörihma täpsuse. Alumise vormi sisemine auk on konstrueeritud astmelisena. Ülemine osa ja vormiava plokk kasutavad kliirensit ning mõlema külje vahe on 0,06–0,1 m; alumine osa kasutab interferentsi ja mõlema külje interferentsi suurus on 0,02–0,04 m, mis aitab tagada koaksiaalsuse ja hõlbustab kokkupanekut, muutes sisestusdetaili kompaktsemaks ja samal ajal aitab see vältida termilise paigalduse interferentsi tõttu tekkivat vormi deformatsiooni.

2.2 Ekstruuderi võimsuse valik

Ekstruuderi võimsuse valik on ühelt poolt ekstrusioonitoru sobiva siseläbimõõdu ja ekstruuderi maksimaalse erirõhu määramine ekstrusioonitoru sektsioonile, et see vastaks metalli vormimise ajal tekkivale rõhule. Teisest küljest on see sobiva ekstrusioonisuhte määramine ja sobiva vormi suuruse valimine vastavalt kuludele. Päevalilleradiaatori alumiiniumprofiili puhul ei tohi ekstrusioonisuhe olla liiga suur. Peamine põhjus on see, et ekstrusioonijõud on proportsionaalne ekstrusioonisuhtega. Mida suurem on ekstrusioonisuhe, seda suurem on ekstrusioonijõud. See on päevalilleradiaatori alumiiniumprofiili vormile äärmiselt kahjulik.

Kogemus näitab, et päevalilleradiaatorite alumiiniumprofiilide ekstrusioonisuhe on alla 25. Joonisel 1 kujutatud profiili jaoks valiti 20,0 MN ekstruuder, mille ekstrusioonitoru siseläbimõõt on 208 mm. Arvutuste põhjal selgus, et ekstruuderi maksimaalne erirõhk on 589 MPa, mis on sobivam väärtus. Kui erirõhk on liiga kõrge, on vormile avaldatav rõhk suur, mis kahjustab vormi eluiga; kui erirõhk on liiga madal, ei suuda see täita ekstrusioonvormimise nõudeid. Kogemus näitab, et erirõhk vahemikus 550–750 MPa suudab erinevaid protsessinõudeid paremini täita. Arvutuste põhjal on ekstrusioonitegur 4,37. Vormi suuruse spetsifikatsiooniks on valitud 350 mm x 200 mm (välisläbimõõt x kraadi).

3. Vormi struktuuriparameetrite määramine

3.1 Ülemise vormi konstruktsiooniparameetrid

(1) Suunaavade arv ja paigutus. Päevalilleradiaatori profiili šundivormi puhul on parem, kui šundiavasid on rohkem. Sarnase ümmarguse kujuga profiilide puhul valitakse tavaliselt 3–4 traditsioonilist šundiava. Tulemuseks on suurem šundi silla laius. Üldiselt, kui see on suurem kui 20 mm, on keevisõmbluste arv väiksem. Kuid vormiava töörihma valimisel peab vormiava töörihm šundi silla allosas olema lühem. Kui töörihma valimiseks puudub täpne arvutusmeetod, põhjustab see loomulikult seda, et vormiava ja muud osad ei saavuta ekstrusiooni ajal täpselt sama voolukiirust töörihma erinevuse tõttu. See voolukiiruse erinevus tekitab konsoolile täiendavat tõmbepinget ja põhjustab soojust hajutavate hammaste läbipaindumist. Seetõttu on tiheda hammaste arvuga päevalilleradiaatori ekstrusioonivormi puhul väga oluline tagada, et iga hamba voolukiirus oleks ühtlane. Šundiaukude arvu suurenedes suureneb vastavalt ka šundisildade arv ning metalli voolukiirus ja voolujaotus muutuvad ühtlasemaks. Seda seetõttu, et šundisildade arvu suurenedes saab šundisildade laiust vastavalt vähendada.

Praktilised andmed näitavad, et šundiavade arv on üldiselt 6 või 8 või isegi rohkem. Muidugi saab mõne suure päevalille soojuseraldusprofiili puhul ülemise vormi abil šundiavasid paigutada ka põhimõtte järgi, et šundi silla laius on ≤ 14 mm. Erinevus seisneb selles, et metallivoolu eelnevalt jaotamiseks ja reguleerimiseks tuleb lisada eesmine jaotusplaat. Eesmises suunamisplaadis olevate suunamisavade arvu ja paigutust saab teostada traditsioonilisel viisil.

Lisaks tuleks šundiavade paigutamisel arvestada ülemise vormi kasutamisega, et kaitsta soojuseraldushamba konsooli pead sobivalt, et vältida metalli otsest kokkupuudet konsooltoru peaga ja parandada seeläbi konsooltoru pingeseisundit. Konsoolipea blokeeritud osa hammaste vahel võib olla 1/5–1/4 konsoolitoru pikkusest. Šundiavade paigutus on näidatud joonisel 3.

(2) Šundiava pindala suhe. Kuna kuuma hamba juure seina paksus on väike ja kõrgus on keskpunktist kaugel ning füüsiline pindala on keskpunktist väga erinev, on see metalli kõige raskemini vormitav osa. Seetõttu on päevalilleradiaatori profiilvormi projekteerimisel võtmetähtsusega muuta tsentraalse tahke osa voolukiirus võimalikult aeglaseks, et metall täidaks esmalt hamba juure. Sellise efekti saavutamiseks on ühelt poolt vaja valida töörihm ja mis veelgi olulisem, määrata suunava ava pindala, peamiselt suunava avaga samale keskosale vastava pindala. Katsed ja empiirilised väärtused näitavad, et parim efekt saavutatakse siis, kui tsentraalse suunava ava S1 pindala ja välise üksiku suunava ava S2 pindala vastavad järgmisele seosele: S1 = (0,52 ~ 0,72) S2

Lisaks peaks keskmise jaotusava efektiivne metallivoolukanal olema 20–25 mm pikem kui välimise jaotusava efektiivne metallivoolukanal. See pikkus arvestab ka vormi parandamise varu ja võimalust.

(3) Keevituskambri sügavus. Päevalilleradiaatori profiili ekstrusioonivorm erineb traditsioonilisest šuntvormist. Kogu selle keevituskamber peab asuma ülemises vormis. See tagab alumise vormi aukude töötlemise täpsuse, eriti töörihma täpsuse. Võrreldes traditsioonilise šuntvormiga tuleb päevalilleradiaatori profiili šuntvormi keevituskambri sügavust suurendada. Mida suurem on ekstrusioonimasina võimsus, seda suurem on keevituskambri sügavuse suurenemine, mis on 15–25 mm. Näiteks kui kasutatakse 20 MN ekstrusioonimasinat, on traditsioonilise šuntvormi keevituskambri sügavus 20–22 mm, samas kui päevalilleradiaatori profiili šuntvormi keevituskambri sügavus peaks olema 35–40 mm. Selle eeliseks on see, et metall on täielikult keevitatud ja riputatud torule avalduv pinge on oluliselt vähenenud. Ülemise vormi keevituskambri struktuur on näidatud joonisel 4.

3.2 Stantsiava sisetüki konstruktsioon

Stantsiaugu ploki konstruktsioon hõlmab peamiselt stantsiaugu suurust, töövööd, peegliploki välisläbimõõtu ja paksust jne.

(1) Vormi augu suuruse määramine. Vormi augu suurust saab määrata traditsioonilisel viisil, võttes peamiselt arvesse sulami termilise töötlemise ulatust.

(2) Töörihma valik. Töörihma valiku põhimõte on esiteks tagada, et hambajuure põhjas oleks piisavalt metalli, et voolukiirus hambajuure põhjas oleks kiirem kui teistes osades. Seetõttu peaks hambajuure põhjas olev töörihm olema lühim, väärtusega 0,3–0,6 mm, ja külgnevate osade juures tuleks töörihma pikkust suurendada 0,3 mm võrra. Põhimõte on suurendada iga 10–15 mm järel keskpunkti suunas 0,4–0,5 võrra; teiseks ei tohiks töörihma pikkus keskpunkti suurimas tahkes osas ületada 7 mm. Vastasel juhul, kui töörihma pikkuse erinevus on liiga suur, tekivad vaskelektroodide töötlemisel ja töörihma EDM-töötlusel suured vead. See viga võib ekstrusiooniprotsessi ajal kergesti põhjustada hamba läbipainde purunemise. Töörihm on näidatud joonisel 5.

 

(3) Sisetüki välisläbimõõt ja paksus. Traditsiooniliste šuntvormide puhul on vormiava sisetüki paksus võrdne alumise vormi paksusega. Päevalilleradiaatori vormi puhul aga, kui vormiava efektiivne paksus on liiga suur, põrkab profiil ekstrusiooni ja tühjendamise ajal kergesti vormiga kokku, mille tulemuseks on ebaühtlased hambad, kriimustused või isegi hammaste kinnikiilumine. Need põhjustavad hammaste purunemise.

Lisaks, kui vormiava paksus on liiga pikk, pikendab see elektroforeesiprotsessi töötlemisaega ja teiselt poolt on lihtne tekitada elektrilist korrosiooni hälvet ning ekstrusiooni ajal on lihtne tekitada ka hammaste hälvet. Loomulikult, kui vormiava paksus on liiga väike, ei saa hammaste tugevust garanteerida. Seetõttu, võttes arvesse neid kahte tegurit, näitab kogemus, et alumise vormi vormiava sisestusaste on üldiselt 40–50 ja vormiava sisetüki välisläbimõõt peaks olema vormiava suurimast servast sisetüki välisringini 25–30 mm.

Joonisel 1 kujutatud profiili puhul on vormiava ploki välisläbimõõt ja paksus vastavalt 225 mm ja 50 mm. Vormiava sisetükk on näidatud joonisel 6. Joonisel olev D on tegelik suurus ja nimimõõt on 225 mm. Selle välismõõtmete piirhälve on sobitatud alumise vormi sisemise auguga, et tagada ühepoolse vahe vahemik 0,01–0,02 mm. Vormiava plokk on näidatud joonisel 6. Alumisele vormile asetatud vormiava ploki sisemise augu nimimõõt on 225 mm. Tegeliku mõõdetud suuruse põhjal sobitatakse vormiava plokk põhimõttel 0,01–0,02 mm külje kohta. Vormiava ploki välisläbimõõtu saab arvutada kui D, kuid paigaldamise hõlbustamiseks saab vormiava peegliploki välisläbimõõtu etteandeotsas vastavalt joonisel näidatud viisil vähendada vahemikku 0,1 m.

4. Vormide tootmise põhitehnoloogiad

Päevalilleradiaatori profiilvormi töötlemine ei erine palju tavaliste alumiiniumprofiilvormide töötlemisest. Ilmne erinevus peegeldub peamiselt elektrilises töötlemises.

(1) Traadi lõikamisel on vaja vältida vaskelektroodi deformatsiooni. Kuna EDM-is kasutatav vaskelektrood on raske, hambad on liiga väikesed, elektrood ise on pehme ja ebajäikus ning traadi lõikamisel tekkiv lokaalne kõrge temperatuur põhjustab elektroodi kerget deformatsiooni traadi lõikamise ajal. Deformeerunud vaskelektroodide kasutamisel töörihmade ja tühjade nugade töötlemisel tekivad viltu olevad hambad, mis võib töötlemise ajal vormi kergesti praguneda. Seetõttu on vaja vältida vaskelektroodide deformatsiooni võrgutootmisprotsessi ajal. Peamised ennetavad meetmed on järgmised: enne traadi lõikamist tasandage vaskplokk alusega; kasutage alguses vertikaalsuse reguleerimiseks indikaatorit; traadi lõikamisel alustage hambaosast ja lõpuks lõigake paksuseinaline detail; aeg-ajalt kasutage lõigatud osade täitmiseks hõbedajääke; pärast traadi valmistamist lõigake traadimasinaga umbes 4 mm pikkune lühike lõik lõigatud vaskelektroodi pikkusest.

(2) Elektroerosioonitöötlus erineb ilmselgelt tavalistest vormidest. EDM on päevalilleõli radiaatori profiilvormide töötlemisel väga oluline. Isegi kui disain on täiuslik, põhjustab väike EDM-i defekt kogu vormi praagiks saamise. Elektroerosioonitöötlus ei sõltu seadmetest nii palju kui traadi lõikamine. See sõltub suuresti operaatori tööoskustest ja vilumusest. Elektroerosioonitöötlusel pööratakse peamiselt tähelepanu järgmistele viiele punktile:

①Elektriline erosioonitöötlusvool. Esialgsel EDM-töötlusel saab töötlemisaja lühendamiseks kasutada 7–10 A voolu; viimistlustöötlusel saab kasutada 5–7 A voolu. Väikese voolu eesmärk on saada hea pind;

2. Veenduge vormi otsapinna tasasuses ja vaskelektroodi vertikaalsuses. Vormi otsapinna halb tasasus või vaskelektroodi ebapiisav vertikaalsus raskendab töörihma pikkuse vastavust kavandatud töörihma pikkusele pärast EDM-töötlust. EDM-protsess võib kergesti ebaõnnestuda või isegi läbistada hammasrihma. Seetõttu tuleb enne töötlemist vormi mõlemad otsad täpsusnõuete täitmiseks tasandada lihvijaga ja vaskelektroodi vertikaalsust korrigeerida indikaatoriga.

③ Veenduge, et tühjade nugade vahe oleks ühtlane. Esialgse töötlemise ajal kontrollige, kas tühi tööriist on iga 3–4 mm töötlemise järel 0,2 mm võrra nihutatud. Kui nihe on suur, on seda hilisemate seadistustega raske korrigeerida;

4. Eemaldage EDM-protsessi käigus tekkinud jäägid õigeaegselt. Sädemelahenduse korrosioon tekitab suures koguses jääke, mis tuleb õigeaegselt eemaldada, vastasel juhul on töölindi pikkus jäägi erineva kõrguse tõttu erinev;

⑤ Vorm tuleb enne elektroforeesi demagnetiseerida.

5. Ekstrusioonitulemuste võrdlus

Joonisel 1 kujutatud profiili testiti traditsioonilise poolitusvormi ja käesolevas artiklis pakutud uue projekteerimisskeemi abil. Tulemuste võrdlus on esitatud tabelis 1.

Võrdlustulemustest on näha, et vormi struktuuril on vormi elueale suur mõju. Uue skeemi abil konstrueeritud vormil on ilmsed eelised ja see parandab oluliselt vormi eluiga.

6. Kokkuvõte

Päevalilleradiaatori profiili ekstrusioonvorm on vormitüüp, mida on väga raske kujundada ja toota ning mille disain ja tootmine on suhteliselt keerukad. Seetõttu tuleb ekstrusiooni edukuse ja vormi kasutusea tagamiseks saavutada järgmised punktid:

(1) Vormi konstruktsioonivorm tuleb valida mõistlikult. Vormi struktuur peab soodustama ekstrusioonijõu vähendamist, et vähendada soojuseraldushammaste moodustatud vormikonsoolile avalduvat pinget, parandades seeläbi vormi tugevust. Oluline on mõistlikult määrata šundiavade arv ja paigutus ning šundiavade pindala ja muud parameetrid: esiteks ei tohiks šundiavade vahele moodustatud šundiava laius ületada 16 mm; teiseks tuleks lõhestatud ava pindala määrata nii, et lõhestatud ava suhe ulatuks võimalikult palju üle 30% ekstrusioonisuhtest, tagades samal ajal vormi tugevuse.

(2) Valige töörihm mõistlikult ja võtke elektrilise töötlemise ajal mõistlikke meetmeid, sealhulgas vaskelektroodide töötlemistehnoloogiat ja elektrilise töötlemise elektrilisi standardparameetreid. Esimene oluline punkt on see, et enne traadi lõikamist tuleks vaskelektrood pinna lihvida ja traadi lõikamisel tuleks kasutada sisestamismeetodit, et tagada elektroodide lahtitulek või deformatsioon.

(3) Elektrilise töötlemise käigus tuleb elektroodid täpselt joondada, et vältida hammaste hälvet. Loomulikult saab mõistliku projekteerimise ja tootmise, kvaliteetse kuumtöötlemisvormiterase ja vähemalt kolme temperatuuri vaakumkuumtöötlusprotsessi abil maksimeerida vormi potentsiaali ja saavutada paremaid tulemusi. Alates projekteerimisest ja tootmisest kuni ekstrusioonini saame tagada, et päevalilleõli radiaatori profiilvorm ekstrudeeritakse ainult siis, kui iga lüli on täpne.