Wie gestaltet man die Sunflower Radiator-Extrusionsdüse für Aluminiumprofile?

1. Analyse der strukturellen Eigenschaften von Aluminiumprofilen

Abbildung 1 zeigt den Querschnitt eines typischen Aluminiumprofils für Sonnenblumenheizkörper. Die Querschnittsfläche des Profils beträgt 7773,5 mm² und verfügt über insgesamt 40 Wärmeableitungszähne. Die maximale Öffnungsgröße zwischen den Zähnen beträgt 4,46 mm. Nach der Berechnung beträgt das Zungenverhältnis zwischen den Zähnen 15,7. Gleichzeitig befindet sich in der Mitte des Profils ein großer fester Bereich mit einer Fläche von 3846,5 mm².

Gemessen an den Formmerkmalen des Profils kann der Raum zwischen den Zähnen als Halbhohlprofil betrachtet werden, und das Kühlerprofil besteht aus mehreren Halbhohlprofilen. Daher ist es beim Entwurf der Formstruktur entscheidend, zu überlegen, wie die Festigkeit der Form gewährleistet werden kann. Obwohl die Industrie für Halbhohlprofile eine Vielzahl ausgereifter Formstrukturen entwickelt hat, wie z. B. „abgedeckte Teilerformen“, „geschnittene Teilerformen“, „Hängebrücken-Teilerformen“ usw., sind diese Strukturen jedoch nicht auf Produkte anwendbar, die aus mehreren Halbhohlprofilen bestehen. Beim traditionellen Design werden nur Materialien berücksichtigt, aber beim Extrusionsformen hat die Extrusionskraft während des Extrusionsprozesses den größten Einfluss auf die Festigkeit, und der Metallumformungsprozess ist der Hauptfaktor, der die Extrusionskraft erzeugt.

Aufgrund der großen zentralen Vollfläche des Solarstrahlerprofils kann es während des Extrusionsprozesses leicht passieren, dass die Gesamtdurchflussrate in diesem Bereich zu hoch wird. Dadurch entsteht zusätzliche Zugspannung am Kopf des Zahnzwischenrohrs, was zu dessen Bruch führt. Daher sollten wir uns bei der Gestaltung der Formstruktur auf die Anpassung der Metalldurchflussrate und der Durchflussrate konzentrieren, um den Extrusionsdruck zu reduzieren und den Spannungszustand des zwischen den Zähnen aufgehängten Rohrs zu verbessern und so die Festigkeit der Form zu erhöhen.

2. Auswahl der Formstruktur und der Extrusionspressenkapazität

2.1 Formstrukturform

Für das in Abbildung 1 dargestellte Sonnenblumenheizkörperprofil ist, obwohl es keinen Hohlraum aufweist, die in Abbildung 2 dargestellte geteilte Form erforderlich. Im Unterschied zur herkömmlichen Shunt-Formstruktur befindet sich die Metalllötstationskammer in der oberen Form und eine Einsatzstruktur in der unteren Form. Ziel ist es, die Formkosten zu senken und den Formherstellungszyklus zu verkürzen. Sowohl die obere als auch die untere Form sind universell einsetzbar und wiederverwendbar. Wichtiger noch: Die Matrizenlochblöcke können unabhängig voneinander bearbeitet werden, was die Genauigkeit des Matrizenloch-Arbeitsbandes verbessert. Die Innenbohrung der unteren Form ist als Stufe ausgeführt. Das Oberteil und der Formlochblock haben eine Spielpassung, und der Spaltwert auf beiden Seiten beträgt 0,06–0,1 m; das Unterteil hat eine Presspassung, und der Pressungsbetrag auf beiden Seiten beträgt 0,02–0,04 m. Dies gewährleistet die Koaxialität und erleichtert die Montage, macht die Einlagepassung kompakter und verhindert gleichzeitig Formverformungen durch thermische Presspassung.

2.2 Auswahl der Extruderkapazität

Die Auswahl der Extruderkapazität dient zum einen der Bestimmung des geeigneten Innendurchmessers des Extrusionszylinders und des maximalen spezifischen Drucks des Extruders auf den Extrusionszylinderabschnitt, um dem Druck während der Metallumformung gerecht zu werden. Zum anderen geht es darum, das geeignete Extrusionsverhältnis zu bestimmen und die passenden Formgrößenspezifikationen basierend auf den Kosten auszuwählen. Für das Aluminiumprofil des Sonnenblumenheizkörpers darf das Extrusionsverhältnis nicht zu groß sein. Der Hauptgrund dafür ist, dass die Extrusionskraft proportional zum Extrusionsverhältnis ist. Je größer das Extrusionsverhältnis, desto größer die Extrusionskraft. Dies ist äußerst nachteilig für die Aluminiumprofilform des Sonnenblumenheizkörpers.

Erfahrungsgemäß liegt das Extrusionsverhältnis von Aluminiumprofilen für Sonnenblumenheizkörper unter 25. Für das in Abbildung 1 dargestellte Profil wurde ein 20,0-MN-Extruder mit einem Innendurchmesser des Extrusionszylinders von 208 mm ausgewählt. Nach Berechnung beträgt der maximale spezifische Druck des Extruders 589 MPa, was ein geeigneterer Wert ist. Ist der spezifische Druck zu hoch, wirkt sich dies negativ auf die Form aus, was sich nachteilig auf deren Lebensdauer auswirkt. Ist der spezifische Druck zu niedrig, kann die Form den Anforderungen der Extrusionsformung nicht gerecht werden. Erfahrungsgemäß kann ein spezifischer Druck im Bereich von 550 bis 750 MPa verschiedene Prozessanforderungen besser erfüllen. Nach Berechnung beträgt der Extrusionskoeffizient 4,37. Die Formgröße beträgt 350 mm x 200 mm (Außendurchmesser x Grad).

3. Bestimmung der Formstrukturparameter

3.1 Strukturparameter der oberen Form

(1) Anzahl und Anordnung der Umlenklöcher. Bei der Nebenschlussform für Sonnenblumenheizkörperprofile gilt: Je mehr Nebenschlusslöcher, desto besser. Bei Profilen mit ähnlicher Kreisform werden üblicherweise 3 bis 4 herkömmliche Nebenschlusslöcher gewählt. Dadurch vergrößert sich die Breite der Nebenschlussbrücke. Über 20 mm verringert sich in der Regel die Anzahl der Schweißnähte. Bei der Wahl des Arbeitsbandes für die Matrizenöffnung muss jedoch darauf geachtet werden, dass das Arbeitsband der Matrizenöffnung am unteren Rand der Nebenschlussbrücke kürzer ist. Da es keine präzise Berechnungsmethode für die Wahl des Arbeitsbandes gibt, führt dies aufgrund der unterschiedlichen Arbeitsbänder dazu, dass die Matrizenöffnung unter der Brücke und andere Teile während der Extrusion nicht exakt die gleiche Durchflussrate erreichen. Diese unterschiedliche Durchflussrate erzeugt zusätzliche Zugspannungen am Ausleger und führt zu einer Verformung der Wärmeableitungszähne. Daher ist es bei einer Extrusionsform für Sonnenblumenheizkörper mit einer hohen Anzahl von Zähnen äußerst wichtig, sicherzustellen, dass die Durchflussrate jedes Zahns konstant ist. Mit zunehmender Anzahl der Shunt-Löcher steigt auch die Anzahl der Shunt-Brücken, wodurch die Fließgeschwindigkeit und die Fließverteilung des Metalls gleichmäßiger werden. Denn mit zunehmender Anzahl der Shunt-Brücken kann die Breite der Shunt-Brücken entsprechend reduziert werden.

Praktische Daten zeigen, dass die Anzahl der Shunt-Löcher in der Regel 6 oder 8 oder sogar mehr beträgt. Bei einigen großen Sonnenblumen-Wärmeableitungsprofilen kann die obere Form die Shunt-Löcher natürlich auch nach dem Prinzip der Shunt-Brückenbreite ≤ 14 mm anordnen. Der Unterschied besteht darin, dass eine vordere Verteilerplatte 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 darauf geachtet werden, den Kopf des Auslegers des Wärmeableitungszahns durch die obere Form entsprechend abzuschirmen, um zu verhindern, dass das Metall direkt auf den Kopf des Auslegerrohrs trifft und so den Spannungszustand des Auslegerrohrs verbessert. 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 Flächenverhältnisse der Umlenkbohrung. Da die Wandstärke der Zahnwurzel gering und die Höhe weit vom Zentrum entfernt ist und die physikalische Fläche stark vom Zentrum abweicht, ist dies der am schwierigsten zu formende Teil. Daher ist es bei der Konstruktion der Profilform für Sonnenblumenkühler wichtig, die Fließgeschwindigkeit des zentralen festen Teils so gering wie möglich zu halten, damit das Metall zuerst die Zahnwurzel füllt. Um diesen Effekt zu erzielen, ist zum einen die Wahl des Arbeitsbandes und vor allem die Bestimmung der Fläche der Umlenkbohrung wichtig, insbesondere der Fläche des zentralen Teils, die der Umlenkbohrung entspricht. Tests und Erfahrungswerte zeigen, dass die beste Wirkung erzielt wird, wenn die Fläche der zentralen Umlenkbohrung S1 und die Fläche der externen Einzelumlenkbohrung S2 die folgende Beziehung erfüllen: S1 = (0,52 ~ 0,72) S2

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

(3) Tiefe der Schweißkammer. Die Extrusionsform für Sonnenblumenheizkörperprofile unterscheidet sich von herkömmlichen Nebenschlussformen. Die gesamte Schweißkammer muss sich in der oberen Form befinden. Dadurch wird die Präzision der Lochblockbearbeitung der unteren Form, insbesondere die Präzision des Arbeitsbandes, gewährleistet. Im Vergleich zur herkömmlichen Nebenschlussform muss die Tiefe der Schweißkammer der Nebenschlussform für Sonnenblumenheizkörperprofile vergrößert werden. Je größer die Kapazität der Extrusionsmaschine, desto größer muss die Tiefe der Schweißkammer sein, die 15–25 mm beträgt. Beispielsweise beträgt bei einer 20-MN-Extrusionsmaschine die Tiefe der Schweißkammer einer herkömmlichen Nebenschlussform 20–22 mm, während die Tiefe der Schweißkammer der Nebenschlussform des Sonnenblumenheizkörperprofils 35–40 mm betragen sollte. Dies hat den Vorteil, dass das Metall vollständig verschweißt wird und die Belastung des aufgehängten Rohrs deutlich reduziert wird. Der Aufbau der Schweißkammer der oberen Form 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 Matrizenlochgröße kann auf herkömmliche Weise bestimmt werden, wobei hauptsächlich die Skalierung der thermischen Legierungsverarbeitung berücksichtigt wird.

(2) Auswahl des Arbeitsbandes. Bei der Auswahl des Arbeitsbandes ist zunächst sicherzustellen, dass die gesamte Metallzufuhr am Zahnfuß ausreichend ist, damit der Materialfluss dort schneller ist als an anderen Stellen. Daher sollte das Arbeitsband am Zahnfuß mit 0,3–0,6 mm am kürzesten sein, während die Breite des Arbeitsbandes an den angrenzenden Stellen um 0,3 mm zunimmt. Das Prinzip besteht darin, alle 10–15 mm zur Mitte hin um 0,4–0,5 mm zuzunehmen. Zweitens sollte die Breite des Arbeitsbandes am größten festen Teil in der Mitte 7 mm nicht überschreiten. Andernfalls treten bei zu großen Längenunterschieden des Arbeitsbandes erhebliche Fehler bei der Bearbeitung der Kupferelektroden und der EDM-Bearbeitung des Arbeitsbandes auf. Diese Fehler können leicht zum Brechen der Zahndurchbiegung während des Extrusionsprozesses führen. Das Arbeitsband ist in Abbildung 5 dargestellt.

 

(3) Außendurchmesser und Dicke des Einsatzes. Bei herkömmlichen Shunt-Formen entspricht die Dicke des Matrizenlocheinsatzes der Dicke der unteren Form. Bei der Sonnenblumenkühlerform hingegen kollidiert das Profil beim Extrudieren und Entladen leicht mit der Form, wenn die effektive Dicke des Matrizenlochs zu groß ist. Dies kann zu ungleichmäßigen Zähnen, Kratzern oder sogar Zahnverklemmungen führen. Dies führt zum Bruch der Zähne.

Darüber hinaus verlängert eine zu große Matrizenlochdicke einerseits die Bearbeitungszeit beim EDM-Prozess, andererseits kann es leicht zu Abweichungen durch elektrische Korrosion und Zahnabweichungen beim Extrudieren kommen. Bei einer zu geringen Matrizenlochdicke kann die Festigkeit der Zähne natürlich nicht gewährleistet werden. Unter Berücksichtigung dieser beiden Faktoren zeigt die Erfahrung, dass der Matrizenlocheinsatzgrad der unteren Form im Allgemeinen 40 bis 50 beträgt; und der Außendurchmesser des Matrizenlocheinsatzes sollte von der größten Kante des Matrizenlochs bis zum äußeren Kreis des Einsatzes 25 bis 30 mm betragen.

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

4. Schlüsseltechnologien des Formenbaus

Die Bearbeitung der Sunflower-Heizkörperprofilform unterscheidet sich nicht wesentlich von der gewöhnlicher Aluminiumprofilformen. Der offensichtliche Unterschied spiegelt sich hauptsächlich in der elektrischen Verarbeitung wider.

(1) Beim Drahtschneiden muss eine Verformung der Kupferelektrode verhindert werden. Kupferelektroden für die Funkenerosion sind schwer, haben zu kleine Zähne, sind weich und weisen eine geringe Steifigkeit auf. Die beim Drahtschneiden entstehenden lokal hohen Temperaturen führen dazu, dass sich die Elektrode während des Drahtschneidens leicht verformt. Bei der Verarbeitung von Arbeitsbändern und leeren Messern mit verformten Kupferelektroden entstehen schiefe Zähne, die leicht zum Ausschuss der Form während der Verarbeitung führen können. Daher muss eine Verformung der Kupferelektroden während des Online-Herstellungsprozesses verhindert werden. Die wichtigsten vorbeugenden Maßnahmen sind: Vor dem Drahtschneiden den Kupferblock mit einem Bett nivellieren; die Vertikalität zu Beginn mit einer Messuhr einstellen; beim Drahtschneiden zuerst mit den Zähnen beginnen und schließlich den dickwandigen Teil abschneiden; die abgeschnittenen Teile gelegentlich mit Silberdrahtresten füllen; nach der Drahtherstellung mit einer Drahtschneidemaschine einen kurzen Abschnitt von ca. 4 mm entlang der abgeschnittenen Kupferelektrode abschneiden.

(2) Die Funkenerosion unterscheidet sich deutlich von herkömmlichen Formen. Bei der Bearbeitung von Sonnenblumenkühlerprofilformen ist die Funkenerosion sehr wichtig. Selbst bei perfekter Konstruktion kann ein kleiner Fehler bei der Funkenerosion zum Verschrotten der gesamten Form führen. Die Funkenerosion ist nicht so stark von der Ausrüstung abhängig wie das Drahtschneiden. Sie hängt weitgehend von den Fähigkeiten und Fertigkeiten des Bedieners ab. Bei der Funkenerosion werden vor allem die folgenden fünf Punkte berücksichtigt:

①Stromstärke bei der Funkenerosion. Für die erste Funkenerosion kann eine Stromstärke von 7–10 A verwendet werden, um die Bearbeitungszeit zu verkürzen. Für die Endbearbeitung kann eine Stromstärke von 5–7 A verwendet werden. Der Zweck der Verwendung einer geringen Stromstärke besteht darin, eine gute Oberfläche zu erzielen.

② Stellen Sie sicher, dass die Formstirnfläche eben ist und die Kupferelektrode senkrecht steht. Eine schlechte Ebenheit der Formstirnfläche oder eine unzureichende senkrechte Ausrichtung der Kupferelektrode erschwert die Übereinstimmung der Bandlänge nach der EDM-Bearbeitung mit der vorgesehenen Bandlänge. Der EDM-Prozess kann leicht fehlschlagen oder sogar das gezahnte Band durchdringen. Daher müssen vor der Bearbeitung beide Enden der Form mit einer Schleifmaschine abgeflacht werden, um die Genauigkeitsanforderungen zu erfüllen. Außerdem muss die senkrechte Ausrichtung der Kupferelektrode mit einer Messuhr korrigiert werden.

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 ist. Wenn der Versatz groß ist, ist es schwierig, ihn mit nachfolgenden Anpassungen zu korrigieren.

④Entfernen Sie die während des EDM-Prozesses entstandenen Rückstände rechtzeitig. Durch Funkenentladungskorrosion entstehen große Mengen an Rückständen, die rechtzeitig entfernt werden müssen, da sonst die Länge des Arbeitsbandes aufgrund der unterschiedlichen Höhe der Rückstände unterschiedlich ist.

⑤Die Form muss vor dem EDM entmagnetisiert werden.

5. Vergleich der Extrusionsergebnisse

Das in Abbildung 1 dargestellte 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 Lebensdauer der Form hat. Die nach dem neuen Schema konstruierte Form hat offensichtliche Vorteile und verbessert die Lebensdauer der Form erheblich.

6. Fazit

Die Extrusionsform für Sonnenblumenheizkörperprofile ist ein Formtyp, dessen Konstruktion und Herstellung sehr schwierig ist und dessen Konstruktion und Herstellung relativ komplex sind. Um die Extrusionserfolgsrate und die Lebensdauer der Form sicherzustellen, müssen daher die folgenden Punkte erfüllt werden:

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

(2) Wählen Sie das Arbeitsband mit Bedacht aus und ergreifen Sie bei der elektrischen Bearbeitung angemessene Maßnahmen, einschließlich der Verarbeitungstechnologie von Kupferelektroden und der elektrischen Standardparameter der elektrischen Bearbeitung. Der erste wichtige Punkt ist, dass die Kupferelektrode vor dem Drahtschneiden oberflächlich geschliffen werden sollte und beim Drahtschneiden die Einführmethode verwendet werden sollte, um dies sicherzustellen. Die Elektroden sind nicht locker oder verformt.

(3) Während des elektrischen Bearbeitungsprozesses muss die Elektrode genau ausgerichtet sein, um Zahnabweichungen zu vermeiden. Natürlich kann auf der Grundlage einer vernünftigen Konstruktion und Fertigung die Verwendung von hochwertigem Warmarbeitsformstahl und der Vakuum-Wärmebehandlung mit drei oder mehr Temperierungen das Potenzial der Form maximieren und bessere Ergebnisse erzielen. Von der Konstruktion über die Fertigung bis hin zur Extrusionsproduktion: Nur wenn jedes Glied genau ist, können wir sicherstellen, dass die Profilform des Sonnenblumenheizkörpers extrudiert wird.