Wie entwirft man die Sunflower-Heizkörper-Extrusionsdüse für Aluminiumprofile?

1. Analyse der strukturellen Eigenschaften von Aluminiumprofilabschnitten

Abbildung 1 zeigt den Querschnitt eines typischen Aluminiumprofils eines Sonnenblumenkühlers. Die Querschnittsfläche des Profils beträgt 7773,5 mm², mit insgesamt 40 Wärmeableitungszähnen. Die maximale Größe der hängenden Öffnung zwischen den Zähnen beträgt 4,46 mm. Nach der Berechnung beträgt das Zungenverhältnis zwischen den Zähnen 15,7. Gleichzeitig befindet sich in der Profilmitte ein großer Vollbereich mit einer Fläche von 3846,5 mm².

Den Formeigenschaften des Profils nach zu urteilen, kann der Raum zwischen den Zähnen als Halbhohlprofil betrachtet werden, und das Heizkörperprofil besteht aus mehreren Halbhohlprofilen. Daher liegt der Schlüssel bei der Gestaltung der Formstruktur darin, zu berücksichtigen, wie die Festigkeit der Form sichergestellt werden kann. Obwohl für Halbhohlprofile die Industrie eine Vielzahl ausgereifter Formstrukturen entwickelt hat, wie z. B. „abgedeckte Splitterform“, „geschnittene Splitterform“, „Aufhängungsbrücken-Splitterform“ usw. Diese Strukturen sind jedoch nicht auf Produkte anwendbar bestehend aus mehreren Halbhohlprofilen. Beim traditionellen Design werden nur Materialien berücksichtigt. Beim Extrusionsformen hat jedoch die Extrusionskraft während des Extrusionsprozesses den größten Einfluss auf die Festigkeit, und der Metallumformungsprozess ist der Hauptfaktor, der die Extrusionskraft erzeugt.

Aufgrund des großen zentralen massiven Bereichs des Solarkühlerprofils kann es während des Extrusionsprozesses sehr leicht dazu kommen, dass die Gesamtströmungsgeschwindigkeit in diesem Bereich zu schnell ist und eine zusätzliche Zugspannung am Kopf der Zwischenzahnaufhängung erzeugt wird Rohr, was zum Bruch des Zwischenzahn-Aufhängungsrohrs führte. Daher sollten wir uns bei der Konstruktion der Formstruktur auf die Anpassung der Metalldurchflussrate und der Durchflussrate konzentrieren, um den Zweck zu erreichen, den Extrusionsdruck zu reduzieren und den Spannungszustand des aufgehängten Rohrs zwischen den Zähnen zu verbessern und so die Festigkeit zu verbessern die Form.

2. Auswahl der Formstruktur und Extrusionspresskapazität

2.1 Formstrukturform

Für das in Abbildung 1 gezeigte Sonnenblumen-Kühlerprofil muss es, obwohl es keinen hohlen Teil hat, die geteilte Formstruktur annehmen, wie in Abbildung 2 gezeigt. Anders als bei der herkömmlichen Nebenschlussformstruktur ist die Metalllötstationskammer oben platziert Form, und in der unteren Form wird eine Einsatzstruktur verwendet. Der Zweck besteht darin, die Formkosten zu senken und den Formherstellungszyklus zu verkürzen. Sowohl der obere als auch der untere Formsatz sind universell einsetzbar und können wiederverwendet werden. Noch wichtiger ist, dass die Matrizenlochblöcke unabhängig voneinander verarbeitet werden können, wodurch die Genauigkeit des Matrizenloch-Arbeitsbandes besser gewährleistet werden kann. Das Innenloch der Unterform ist als Stufe gestaltet. Der obere Teil und der Formlochblock nehmen eine Spielpassung ein, und der Spaltwert auf beiden Seiten beträgt 0,06 bis 0,1 m; Der untere Teil verfügt über eine Presspassung, und die Presspassung auf beiden Seiten beträgt 0,02 bis 0,04 m, was die Koaxialität gewährleistet und die Montage erleichtert, wodurch die Einlage kompakter sitzt und gleichzeitig Formverformungen durch thermische Installation vermieden werden können Presspassung.

2.2 Auswahl der Extruderkapazität

Die Auswahl der Extruderkapazität dient einerseits dazu, den geeigneten Innendurchmesser des Extrusionszylinders und den maximalen spezifischen Druck des Extruders auf den Extrusionszylinderabschnitt zu bestimmen, um dem Druck während der Metallumformung gerecht zu werden. Andererseits geht es darum, das geeignete Extrusionsverhältnis zu bestimmen und die geeigneten Formgrößenspezifikationen auf der Grundlage der Kosten auszuwählen. Für das Sonnenblumen-Kühler-Aluminiumprofil darf das Extrusionsverhältnis nicht zu groß sein. Der Hauptgrund liegt darin, dass die Extrusionskraft proportional zum Extrusionsverhältnis ist. Je größer das Extrusionsverhältnis, desto größer die Extrusionskraft. Dies ist äußerst schädlich für die Aluminiumprofilform des Sonnenblumenkühlers.

Die Erfahrung zeigt, dass das Extrusionsverhältnis von Aluminiumprofilen für Sonnenblumenheizkörper weniger als 25 beträgt. Für das in Abbildung 1 gezeigte Profil wurde ein 20,0 MN-Extruder mit einem Extrusionszylinder-Innendurchmesser von 208 mm ausgewählt. Nach der Berechnung beträgt der maximale spezifische Druck des Extruders 589 MPa, was ein angemessenerer Wert ist. Wenn der spezifische Druck zu hoch ist, ist der Druck auf die Form groß, was sich nachteilig auf die Lebensdauer der Form auswirkt. Wenn der spezifische Druck zu niedrig ist, können die Anforderungen des Strangpressens nicht erfüllt werden. Die Erfahrung zeigt, dass ein spezifischer Druck im Bereich von 550–750 MPa verschiedene Prozessanforderungen besser erfüllen kann. Nach der Berechnung beträgt der Extrusionskoeffizient 4,37. Als Formgrößenangabe wird 350 mm x 200 mm (Außendurchmesser x Grad) gewählt.

3. Bestimmung der Formstrukturparameter

3.1 Strukturparameter der Oberform

(1) Anzahl und Anordnung der Umlenklöcher. Für die Sonnenblumen-Kühlerprofil-Shunt-Form gilt: Je mehr Shunt-Löcher vorhanden sind, desto besser. Für Profile mit ähnlichen Kreisformen werden im Allgemeinen 3 bis 4 herkömmliche Nebenschlusslöcher ausgewählt. Das Ergebnis ist, dass die Breite der Shunt-Brücke größer ist. Im Allgemeinen ist die Anzahl der Schweißnähte geringer, wenn sie größer als 20 mm ist. Bei der Auswahl des Arbeitsgürtels des Matrizenlochs muss jedoch der Arbeitsgürtel des Matrizenlochs an der Unterseite der Shunt-Brücke kürzer sein. Unter der Bedingung, dass es keine genaue Berechnungsmethode für die Auswahl des Arbeitsbandes gibt, führt dies natürlich dazu, dass das Düsenloch unter der Brücke und andere Teile aufgrund des Unterschieds im Arbeitsband während der Extrusion nicht genau die gleiche Durchflussrate erreichen. Dieser Unterschied in der Strömungsgeschwindigkeit führt zu einer zusätzlichen Zugbelastung des Auslegers und zu einer Durchbiegung der Wärmeableitungszähne. Daher ist es bei der Sonnenblumenkühler-Extrusionsdüse mit einer dichten Anzahl von Zähnen sehr wichtig, sicherzustellen, dass die Durchflussrate jedes Zahns konstant ist. Mit zunehmender Anzahl von Shunt-Löchern nimmt auch die Anzahl von Shunt-Brücken entsprechend zu und die Durchflussrate und Durchflussverteilung des Metalls wird gleichmäßiger. Denn mit zunehmender Anzahl von Shunt-Brücken kann die Breite der Shunt-Brücken entsprechend reduziert werden.

Praktische Daten zeigen, dass die Anzahl der Nebenschlusslöcher im Allgemeinen 6 oder 8 oder sogar mehr beträgt. Bei einigen großen Sonnenblumen-Wärmeableitungsprofilen kann die obere Form natürlich auch die Shunt-Löcher nach dem Prinzip der Shunt-Brückenbreite ≤ 14 mm anordnen. Der Unterschied besteht darin, dass eine vordere Splitterplatte hinzugefügt werden muss, um den Metallfluss vorzuverteilen und anzupassen. Die Anzahl und Anordnung der Umlenklöcher in der vorderen Umlenkplatte kann auf herkömmliche Weise erfolgen.

Darüber hinaus sollte bei der Anordnung der Shunt-Löcher darüber nachgedacht werden, die obere Form zu verwenden, um den Kopf des Auslegers des Wärmeableitungszahns angemessen abzuschirmen, um zu verhindern, dass das Metall direkt auf den Kopf des Auslegerrohrs trifft, und so den Spannungszustand zu verbessern des Kragarmrohres. Der blockierte Teil des Auslegerkopfes zwischen den Zähnen kann 1/5 bis 1/4 der Länge des Auslegerrohrs betragen. Die Anordnung der Shunt-Löcher ist in Abbildung 3 dargestellt

(2) Die Flächenbeziehung des Nebenschlusslochs. Da die Wandstärke der Wurzel des heißen Zahns gering ist und die Höhe weit von der Mitte entfernt ist und sich der physische Bereich stark von der Mitte unterscheidet, ist es der schwierigste Teil, Metall zu formen. Daher besteht ein wichtiger Punkt bei der Gestaltung der Sonnenblumen-Kühlerprofilform darin, die Fließgeschwindigkeit des zentralen Feststoffteils so langsam wie möglich zu gestalten, um sicherzustellen, dass das Metall zuerst die Zahnwurzel füllt. Um einen solchen Effekt zu erzielen, muss einerseits das Arbeitsband ausgewählt werden und vor allem die Fläche des Umlenklochs bestimmt werden, hauptsächlich die Fläche des Mittelteils, der dem Umlenkloch entspricht. Tests und Erfahrungswerte zeigen, dass die beste Wirkung erzielt wird, wenn die Fläche des zentralen Umlenklochs S1 und die Fläche des äußeren einzelnen Umlenklochs S2 die folgende Beziehung erfüllen: S1 = (0,52 ~ 0,72) S2

Darüber hinaus sollte der effektive Metallflusskanal des zentralen Splitterlochs 20 bis 25 mm länger sein als der effektive Metallflusskanal des äußeren Splitterlochs. Diese Länge berücksichtigt auch den Spielraum und die Möglichkeit einer Schimmelreparatur.

(3) Tiefe der Schweißkammer. Die Extrusionsdüse für Sunflower-Heizkörperprofile unterscheidet sich von der herkömmlichen Nebenschlussdüse. Seine gesamte Schweißkammer muss sich im Oberwerkzeug befinden. Dadurch soll die Genauigkeit der Lochblockbearbeitung des Unterwerkzeugs, insbesondere die Genauigkeit des Arbeitsbandes, sichergestellt werden. Im Vergleich zur herkömmlichen Nebenschlussform muss die Tiefe der Schweißkammer der Sonnenblumen-Kühlerprofil-Nebenschlussform erhöht werden. Je größer die Kapazität der Extrusionsmaschine ist, desto größer ist die Tiefe der Schweißkammer, die 15 bis 25 mm beträgt. Wenn beispielsweise eine 20-MN-Extrusionsmaschine verwendet wird, beträgt die Tiefe der Schweißkammer der herkömmlichen Nebenschlussdüse 20 bis 22 mm, während die Tiefe der Schweißkammer der Nebenschlussdüse des Sonnenblumen-Kühlerprofils 35 bis 40 mm betragen sollte . Dies hat den Vorteil, dass das Metall vollständig verschweißt ist und die Belastung des aufgehängten Rohrs erheblich reduziert wird. Der Aufbau der oberen Formschweißkammer ist in Abbildung 4 dargestellt.

3.2 Gestaltung des Matrizenlocheinsatzes

Das Design des Matrizenlochblocks umfasst hauptsächlich die Matrizenlochgröße, das Arbeitsband, den Außendurchmesser und die Dicke des Spiegelblocks usw.

(1) Bestimmung der Matrizenlochgröße. Die Lochgröße der Matrize kann auf herkömmliche Weise bestimmt werden, wobei hauptsächlich die Skalierung der thermischen Legierungsverarbeitung berücksichtigt wird.

(2) Auswahl des Arbeitsgürtels. Das Prinzip der Arbeitsriemenauswahl besteht darin, zunächst sicherzustellen, dass die Versorgung des gesamten Metalls am Boden des Zahnfußes ausreichend ist, sodass die Durchflussrate am Boden des Zahnfußes schneller ist als an anderen Teilen. Daher sollte der Arbeitsgürtel an der Unterseite der Zahnwurzel mit einem Wert von 0,3 bis 0,6 mm am kürzesten sein und der Arbeitsgürtel an den angrenzenden Teilen sollte um 0,3 mm vergrößert werden. Das Prinzip besteht darin, alle 10 bis 15 mm zur Mitte hin um 0,4 bis 0,5 zuzunehmen. Zweitens sollte der Arbeitsgürtel am größten festen Teil der Mitte 7 mm nicht überschreiten. Andernfalls kommt es bei einem zu großen Längenunterschied des Arbeitsbandes zu großen Fehlern bei der Bearbeitung von Kupferelektroden und der EDM-Bearbeitung des Arbeitsbandes. Dieser Fehler kann leicht dazu führen, dass die Zahndurchbiegung während des Extrusionsprozesses bricht. Der Arbeitsgürtel ist in Abbildung 5 dargestellt.

 

(3) Der Außendurchmesser und die Dicke des Einsatzes. Bei herkömmlichen Nebenschlussformen entspricht die Dicke des Matrizenlocheinsatzes der Dicke der unteren Form. Wenn jedoch bei der Sonnenblumen-Kühlerform die effektive Dicke des Matrizenlochs zu groß ist, kollidiert das Profil beim Extrudieren und Entladen leicht mit der Form, was zu ungleichmäßigen Zähnen, Kratzern oder sogar zum Verklemmen der Zähne führt. Diese führen zum Bruch der Zähne.

Wenn außerdem die Dicke des Matrizenlochs zu groß ist, ist einerseits die Bearbeitungszeit während des EDM-Prozesses lang und andererseits kann es leicht zu Abweichungen durch elektrische Korrosion kommen, und dies ist auch leicht der Fall kann beim Extrudieren zu Zahnabweichungen führen. Wenn die Matrizenlochdicke zu gering ist, kann die Festigkeit der Zähne natürlich nicht garantiert werden. Unter Berücksichtigung dieser beiden Faktoren zeigt die Erfahrung, dass der Matrizenloch-Einsatzgrad der unteren Form im Allgemeinen 40 bis 50 beträgt; und der Außendurchmesser des Matrizenlocheinsatzes sollte 25 bis 30 mm von der größten Kante des Matrizenlochs bis zum Außenkreis des Einsatzes betragen.

Für das in Abbildung 1 gezeigte Profil betragen der Außendurchmesser und die Dicke des Matrizenlochblocks 225 mm bzw. 50 mm. Der Matrizenlocheinsatz ist in Abbildung 6 dargestellt. D in der Abbildung ist die tatsächliche Größe und die Nenngröße beträgt 225 mm. Die Grenzabweichung seiner Außenabmessungen wird entsprechend dem Innenloch der unteren Form angepasst, um sicherzustellen, dass der einseitige Spalt im Bereich von 0,01 bis 0,02 mm liegt. Der Matrizenlochblock ist in Abbildung 6 dargestellt. Die Nenngröße des Innenlochs des auf der unteren Form platzierten Matrizenlochblocks beträgt 225 mm. Basierend auf der tatsächlich gemessenen Größe wird der Matrizenlochblock nach dem Prinzip von 0,01 bis 0,02 mm pro Seite angepasst. Der Außendurchmesser des Matrizenlochblocks kann als D ermittelt werden. Zur Vereinfachung der Installation kann der Außendurchmesser des Matrizenlochspiegelblocks jedoch im Bereich von 0,1 m am Zuführungsende entsprechend reduziert werden, wie in der Abbildung dargestellt .

4. Schlüsseltechnologien des Formenbaus

Die Bearbeitung der Sunflower-Kühlerprofilform unterscheidet sich nicht wesentlich von der von gewöhnlichen Aluminiumprofilformen. Der offensichtliche Unterschied spiegelt sich vor allem in der elektrischen Verarbeitung wider.

(1) Beim Drahtschneiden ist es notwendig, eine Verformung der Kupferelektrode zu verhindern. Da die zum Erodieren verwendete Kupferelektrode schwer ist, sind die Zähne zu klein, die Elektrode selbst ist weich und weist eine geringe Steifigkeit auf. Außerdem führt die beim Drahtschneiden erzeugte lokale hohe Temperatur dazu, dass sich die Elektrode während des Drahtschneidvorgangs leicht verformt. Beim Einsatz verformter Kupferelektroden zur Bearbeitung von Arbeitsbändern und leeren Messern kommt es zu schiefen Zähnen, die leicht dazu führen können, dass die Form während der Bearbeitung verschrottet wird. Daher ist es notwendig, die Verformung der Kupferelektroden während des Online-Herstellungsprozesses zu verhindern. Die wichtigsten vorbeugenden Maßnahmen sind: Vor dem Drahtschneiden den Kupferblock mit einem Bett nivellieren; Verwenden Sie zu Beginn eine Messuhr, um die Vertikalität anzupassen. Beginnen Sie beim Drahtschneiden zuerst am Zahnteil und schneiden Sie schließlich den Teil mit dicker Wand ab. Füllen Sie die ausgeschnittenen Teile von Zeit zu Zeit mit Silberdrahtresten auf; Nachdem der Draht hergestellt wurde, schneiden Sie mit einer Drahtmaschine einen kurzen Abschnitt von etwa 4 mm entlang der Länge der geschnittenen Kupferelektrode ab.

(2) Die elektrische Entladungsbearbeitung unterscheidet sich offensichtlich von gewöhnlichen Formen. EDM ist bei der Bearbeitung von Sonnenblumen-Kühlerprofilformen sehr wichtig. Selbst wenn das Design perfekt ist, führt ein geringfügiger Fehler im EDM dazu, dass die gesamte Form verschrottet wird. Die Elektroerosionsbearbeitung ist nicht so stark von der Ausrüstung abhängig wie das Drahtschneiden. Dies hängt weitgehend von den Bedienfähigkeiten und -kenntnissen des Bedieners ab. Bei der Elektroerosionsbearbeitung wird vor allem auf die folgenden fünf Punkte geachtet:

①Elektrischer Entladungsbearbeitungsstrom. Für die anfängliche EDM-Bearbeitung kann ein Strom von 7 bis 10 A verwendet werden, um die Bearbeitungszeit zu verkürzen. Für die Endbearbeitung kann ein Strom von 5 bis 7 A verwendet werden. Der Zweck der Verwendung kleiner Ströme besteht darin, eine gute Oberfläche zu erhalten;

② Stellen Sie die Ebenheit der Formstirnfläche und die Vertikalität der Kupferelektrode sicher. Eine schlechte Ebenheit der Formstirnfläche oder eine unzureichende Vertikalität der Kupferelektrode machen es schwierig sicherzustellen, dass die Länge des Arbeitsbandes nach der EDM-Bearbeitung mit der geplanten Länge des Arbeitsbandes übereinstimmt. Es kann leicht passieren, dass der EDM-Prozess fehlschlägt oder sogar in den Zahnriemen eindringt. Daher müssen vor der Verarbeitung beide Enden der Form mit einer Schleifmaschine abgeflacht werden, um die Genauigkeitsanforderungen zu erfüllen, und eine Messuhr muss verwendet werden, um die Vertikalität der Kupferelektrode zu korrigieren.

③ Stellen Sie sicher, dass der Abstand zwischen den leeren Messern gleichmäßig ist. Überprüfen Sie bei der Erstbearbeitung, ob das leere Werkzeug alle 3 bis 4 mm der Bearbeitung alle 0,2 mm versetzt wird. Wenn der Versatz groß ist, ist es schwierig, ihn durch spätere Anpassungen zu korrigieren.

④Entfernen Sie die während des EDM-Prozesses entstehenden Rückstände rechtzeitig. Durch Funkenentladungskorrosion entsteht eine große Menge an Rückständen, die rechtzeitig gereinigt werden müssen, da sonst die Länge des Arbeitsbandes aufgrund der unterschiedlichen Höhe der Rückstände unterschiedlich ist.

⑤Die Form muss vor dem Erodieren entmagnetisiert werden.

5. Vergleich der Extrusionsergebnisse

Das in Abbildung 1 gezeigte Profil wurde mit der herkömmlichen geteilten Form und dem in diesem Artikel vorgeschlagenen neuen Designschema getestet. Der Vergleich der Ergebnisse ist in Tabelle 1 dargestellt.

Aus den Vergleichsergebnissen ist ersichtlich, dass die Formstruktur einen großen Einfluss auf die Formlebensdauer hat. Die nach dem neuen Schema entworfene Form hat offensichtliche Vorteile und verbessert die Lebensdauer der Form erheblich.

6. Fazit

Die Extrusionsform für Sonnenblumen-Kühlerprofile ist eine Art Form, die sehr schwierig zu konstruieren und herzustellen ist und deren Design und Herstellung relativ komplex sind. Um die Extrusionserfolgsrate und die Lebensdauer der Form sicherzustellen, müssen daher folgende Punkte erreicht werden:

(1) Die Bauform der Form muss sinnvoll gewählt werden. Die Struktur der Form muss dazu beitragen, die Extrusionskraft zu reduzieren, um die Belastung des durch die Wärmeableitungszähne gebildeten Formauslegers zu verringern und dadurch die Festigkeit der Form zu verbessern. Der Schlüssel besteht darin, die Anzahl und Anordnung der Shunt-Löcher sowie die Fläche der Shunt-Löcher und andere Parameter angemessen zu bestimmen: Erstens sollte die Breite der zwischen den Shunt-Löchern gebildeten Shunt-Brücke 16 mm nicht überschreiten; Zweitens sollte die geteilte Lochfläche so bestimmt werden, dass das Teilungsverhältnis möglichst mehr als 30 % des Extrusionsverhältnisses erreicht und gleichzeitig die Festigkeit der Form gewährleistet ist.

(2) Wählen Sie das Arbeitsband angemessen aus und ergreifen Sie angemessene Maßnahmen während der elektrischen Bearbeitung, einschließlich der Verarbeitungstechnologie von Kupferelektroden und der elektrischen Standardparameter der elektrischen Bearbeitung. Der erste wichtige Punkt besteht darin, dass die Kupferelektrode vor dem Drahtschneiden oberflächengeschliffen werden sollte und dass beim Drahtschneiden die Einführmethode angewendet werden sollte, um dies sicherzustellen. Die Elektroden sind nicht locker oder deformiert.

(3) Während des elektrischen Bearbeitungsprozesses muss die Elektrode genau ausgerichtet sein, um Zahnabweichungen zu vermeiden. Natürlich können auf der Grundlage einer angemessenen Konstruktion und Fertigung durch die Verwendung von hochwertigem Warmarbeitsstahl und dem Vakuum-Wärmebehandlungsprozess mit drei oder mehr Temperierzeiten das Potenzial der Form maximiert und bessere Ergebnisse erzielt werden. Von der Konstruktion über die Herstellung bis hin zur Extrusionsproduktion können wir nur dann sicherstellen, dass die Sonnenblumen-Kühlerprofilform extrudiert wird, wenn jedes Glied präzise ist.