Debido a su ligereza, estética, buena resistencia a la corrosión, excelente conductividad térmica y excelente rendimiento de procesamiento, las aleaciones de aluminio se utilizan ampliamente como componentes de disipación de calor en las industrias de TI, electrónica y automotriz, especialmente en la emergente industria de los LED. Estos componentes de disipación de calor de aleación de aluminio tienen buenas funciones de disipación de calor. En la producción, la clave para una extrusión eficiente de estos perfiles de radiador es el molde. Dado que estos perfiles generalmente presentan dientes de disipación de calor grandes y densos y tubos de suspensión largos, las estructuras tradicionales de matriz plana, matriz dividida y matriz de perfil semihueco no cumplen con los requisitos de resistencia del molde ni del moldeo por extrusión.
Actualmente, las empresas priorizan la calidad del acero para moldes. Para mejorar la resistencia de los moldes, recurren sin dudar al costoso acero importado. El costo de los moldes es muy elevado y su vida útil promedio es inferior a 3 toneladas, lo que resulta en un precio de mercado relativamente alto para los radiadores, lo que limita seriamente la promoción y popularización de las lámparas LED. Por lo tanto, las matrices de extrusión para perfiles de radiadores con forma de girasol han atraído gran atención del personal técnico y de ingeniería de la industria.
Este artículo presenta las diversas tecnologías de la matriz de extrusión de perfil de radiador de girasol obtenidas a través de años de minuciosa investigación y producción de prueba repetida a través de ejemplos en producción real, para referencia de pares.
1. Análisis de las características estructurales de los perfiles de aluminio.
La Figura 1 muestra la sección transversal de un perfil de aluminio típico para radiador de girasol. El área de la sección transversal del perfil es de 7773,5 mm², con un total de 40 dientes de disipación de calor. La abertura máxima entre los dientes es de 4,46 mm. Tras el cálculo, la relación de lengüeta entre los dientes es de 15,7. Al mismo tiempo, existe una gran área sólida en el centro del perfil, con un área de 3846,5 mm².
A juzgar por las características de la forma del perfil, el espacio entre los dientes puede considerarse como perfiles semihuecos, y el perfil del radiador se compone de múltiples perfiles semihuecos. Por lo tanto, al diseñar la estructura del molde, es fundamental considerar cómo garantizar su resistencia. Si bien para los perfiles semihuecos, la industria ha desarrollado diversas estructuras de molde consolidadas, como el "molde divisor cubierto", el "molde divisor cortado" y el "molde divisor para puentes colgantes", estas estructuras no son aplicables a productos compuestos por múltiples perfiles semihuecos. El diseño tradicional solo considera los materiales, pero en el moldeo por extrusión, el mayor impacto en la resistencia reside en la fuerza de extrusión, siendo el proceso de conformado del metal el principal factor que genera dicha fuerza.
Debido a la gran área central sólida del perfil del radiador solar, es muy fácil que el caudal total en esta área sea demasiado rápido durante el proceso de extrusión, lo que genera una tensión de tracción adicional en la cabeza del tubo de suspensión interdental, lo que provoca su fractura. Por lo tanto, al diseñar la estructura del molde, debemos centrarnos en el ajuste del caudal de metal y del caudal para reducir la presión de extrusión y mejorar el estado de tensión del tubo suspendido entre los dientes, mejorando así la resistencia del molde.
2. Selección de la estructura del molde y la capacidad de la prensa de extrusión.
2.1 Forma de la estructura del molde
El perfil del radiador de girasol que se muestra en la Figura 1, aunque no tiene una pieza hueca, debe adoptar la estructura de molde dividido que se muestra en la Figura 2. A diferencia de la estructura tradicional de molde de derivación, la cámara de la estación de soldadura metálica se coloca en el molde superior y se utiliza una estructura de inserción en el molde inferior. El objetivo es reducir los costos del molde y acortar su ciclo de fabricación. Tanto el molde superior como el inferior son universales y reutilizables. Además, los bloques de orificios de la matriz se pueden procesar de forma independiente, lo que garantiza una mayor precisión en la banda de trabajo de los orificios de la matriz. El orificio interior del molde inferior está diseñado como un escalón. La parte superior y el bloque de orificios del molde adoptan un ajuste con holgura, con un valor de separación a ambos lados de 0,06 a 0,1 m; la parte inferior adopta un ajuste con interferencia, con un valor de interferencia a ambos lados de 0,02 a 0,04 m, lo que ayuda a garantizar la coaxialidad y facilita el montaje, haciendo que el ajuste de la incrustación sea más compacto y, al mismo tiempo, evitando la deformación del molde causada por el ajuste con interferencia de la instalación térmica.
2.2 Selección de la capacidad de la extrusora
La selección de la capacidad de la extrusora consiste, por un lado, en determinar el diámetro interior adecuado del cilindro de extrusión y la presión específica máxima de la extrusora sobre la sección del cilindro para satisfacer la presión durante el conformado del metal. Por otro lado, se trata de determinar la relación de extrusión adecuada y seleccionar las especificaciones del tamaño del molde adecuadas en función del costo. Para el perfil de aluminio para radiador de girasol, la relación de extrusión no debe ser demasiado grande. Esto se debe principalmente a que la fuerza de extrusión es proporcional a la relación de extrusión. Cuanto mayor sea la relación de extrusión, mayor será la fuerza de extrusión. Esto es extremadamente perjudicial para el molde del perfil de aluminio para radiador de girasol.
La experiencia demuestra que la relación de extrusión de los perfiles de aluminio para radiadores de girasol es inferior a 25. Para el perfil que se muestra en la Figura 1, se seleccionó una extrusora de 20,0 MN con un diámetro interior del barril de extrusión de 208 mm. Después del cálculo, la presión específica máxima de la extrusora es de 589 MPa, que es un valor más apropiado. Si la presión específica es demasiado alta, la presión en el molde será grande, lo que es perjudicial para la vida útil del molde; si la presión específica es demasiado baja, no puede cumplir con los requisitos de la formación de extrusión. La experiencia demuestra que una presión específica en el rango de 550 ~ 750 MPa puede cumplir mejor con varios requisitos del proceso. Después del cálculo, el coeficiente de extrusión es de 4,37. La especificación del tamaño del molde se selecciona como 350 mm x 200 mm (diámetro exterior x grados).
3. Determinación de los parámetros estructurales del molde
3.1 Parámetros estructurales del molde superior
(1) Número y disposición de los orificios de desvío. Para el molde de derivación del perfil del radiador de girasol, cuanto mayor sea el número de orificios de derivación, mejor. Para perfiles con formas circulares similares, generalmente se seleccionan de 3 a 4 orificios de derivación tradicionales. Como resultado, el ancho del puente de derivación es mayor. Generalmente, cuando es mayor de 20 mm, el número de soldaduras es menor. Sin embargo, al seleccionar la banda de trabajo del orificio de la matriz, la banda de trabajo del orificio de la matriz en la parte inferior del puente de derivación debe ser más corta. Si no existe un método de cálculo preciso para la selección de la banda de trabajo, esto provocará que el orificio de la matriz debajo del puente y otras piezas no alcancen exactamente el mismo caudal durante la extrusión debido a la diferencia en la banda de trabajo. Esta diferencia de caudal generará tensión de tracción adicional en el voladizo y provocará la deflexión de los dientes de disipación de calor. Por lo tanto, para la matriz de extrusión del radiador de girasol con un número denso de dientes, es fundamental garantizar que el caudal de cada diente sea constante. A medida que aumenta el número de orificios de derivación, aumenta el número de puentes de derivación, lo que hace que el caudal y la distribución del flujo del metal sean más uniformes. Esto se debe a que, al aumentar el número de puentes de derivación, se puede reducir su ancho.
Los datos prácticos muestran que el número de orificios de derivación suele ser de 6 u 8, o incluso más. Por supuesto, para algunos perfiles de disipación de calor de girasol grandes, el molde superior también puede disponer los orificios de derivación según el principio de ancho del puente de derivación ≤ 14 mm. La diferencia radica en que se debe añadir una placa divisora frontal para predistribuir y ajustar el flujo de metal. El número y la disposición de los orificios de desvío en la placa divisora frontal se pueden realizar de forma tradicional.
Además, al disponer los orificios de derivación, se debe considerar el uso del molde superior para proteger adecuadamente la cabeza del voladizo del diente de disipación de calor, evitando así que el metal impacte directamente sobre la cabeza del tubo voladizo y, por lo tanto, mejorando el estado de tensión del tubo. La parte bloqueada de la cabeza del voladizo entre los dientes puede ser de 1/5 a 1/4 de la longitud del tubo voladizo. La disposición de los orificios de derivación se muestra en la Figura 3.
(2) Relación del área del orificio de derivación. Debido a que el espesor de la pared de la raíz del diente caliente es pequeño, la altura está alejada del centro y el área física es muy diferente del centro, es la parte más difícil de moldear con metal. Por lo tanto, un punto clave en el diseño del molde para perfil de radiador de girasol es reducir al mínimo el caudal de la parte sólida central para asegurar que el metal llene primero la raíz del diente. Para lograr este efecto, se debe seleccionar la banda de trabajo y, aún más importante, determinar el área del orificio de derivación, principalmente el área de la parte central correspondiente a dicho orificio. Pruebas y valores empíricos demuestran que el mejor resultado se obtiene cuando el área del orificio de derivación central S1 y el área del orificio de derivación único externo S2 cumplen la siguiente relación: S1 = (0,52 ~ 0,72) S2
Además, el canal de flujo metálico efectivo del orificio divisor central debe ser de 20 a 25 mm más largo que el del orificio divisor exterior. Esta longitud también considera el margen y la posibilidad de reparación del molde.
(3) Profundidad de la cámara de soldadura. La matriz de extrusión de perfiles de radiador Sunflower se diferencia de la matriz de derivación tradicional. Toda su cámara de soldadura debe estar ubicada en la matriz superior. Esto garantiza la precisión del procesamiento del bloque de orificios de la matriz inferior, especialmente la precisión de la cinta transportadora. En comparación con el molde de derivación tradicional, es necesario aumentar la profundidad de la cámara de soldadura del molde de derivación de perfiles de radiador Sunflower. Cuanto mayor sea la capacidad de la extrusora, mayor será la profundidad de la cámara de soldadura, que es de 15 a 25 mm. Por ejemplo, si se utiliza una extrusora de 20 MN, la profundidad de la cámara de soldadura de la matriz de derivación tradicional es de 20 a 22 mm, mientras que la profundidad de la cámara de soldadura de la matriz de derivación del perfil de radiador Sunflower debe ser de 35 a 40 mm. La ventaja de esto es que el metal queda completamente soldado y la tensión en la tubería suspendida se reduce considerablemente. La estructura de la cámara de soldadura del molde superior se muestra en la Figura 4.
3.2 Diseño del inserto del orificio de la matriz
El diseño del bloque de orificios de la matriz incluye principalmente el tamaño del orificio de la matriz, la correa de trabajo, el diámetro exterior y el espesor del bloque de espejo, etc.
(1) Determinación del tamaño del orificio de la matriz. El tamaño del orificio de la matriz se puede determinar de forma tradicional, considerando principalmente el escalado del procesamiento térmico de la aleación.
(2) Selección de la banda de trabajo. El principio de selección de la banda de trabajo consiste en asegurar, en primer lugar, que el suministro de metal en la base de la raíz del diente sea suficiente, de modo que el caudal en la base sea mayor que en otras partes. Por lo tanto, la banda de trabajo en la base de la raíz del diente debe ser la más corta, con un valor de 0,3 a 0,6 mm, y la banda de trabajo en las partes adyacentes debe aumentarse en 0,3 mm. El principio consiste en aumentar en 0,4 a 0,5 mm cada 10 a 15 mm hacia el centro; en segundo lugar, la banda de trabajo en la parte sólida más grande del centro no debe superar los 7 mm. De lo contrario, una diferencia de longitud de la banda de trabajo es demasiado grande, se producirán errores importantes en el procesamiento de los electrodos de cobre y el procesamiento por electroerosión de la banda de trabajo. Este error puede provocar fácilmente la rotura de la deflexión del diente durante el proceso de extrusión. La banda de trabajo se muestra en la Figura 5.
(3) El diámetro exterior y el grosor del inserto. En los moldes de derivación tradicionales, el grosor del inserto del orificio de la matriz es igual al grosor del molde inferior. Sin embargo, en el molde para radiador de girasol, si el grosor efectivo del orificio de la matriz es demasiado grande, el perfil colisionará fácilmente con el molde durante la extrusión y la descarga, lo que provocará dientes desiguales, arañazos o incluso atascamientos. Esto provocará la rotura de los dientes.
Además, si el grosor del orificio de la matriz es demasiado grande, por un lado, el tiempo de procesamiento durante la electroerosión es prolongado y, por otro, es fácil provocar desviaciones por corrosión eléctrica y desviaciones de los dientes durante la extrusión. Por supuesto, si el grosor del orificio de la matriz es demasiado pequeño, no se puede garantizar la resistencia de los dientes. Por lo tanto, considerando estos dos factores, la experiencia demuestra que el grado de inserción del orificio de la matriz del molde inferior suele ser de 40 a 50 mm; y el diámetro exterior del orificio de la matriz debe ser de 25 a 30 mm desde el borde mayor del orificio de la matriz hasta el círculo exterior del inserto.
Para el perfil que se muestra en la Figura 1, el diámetro exterior y el espesor del bloque del orificio de la matriz son de 225 mm y 50 mm respectivamente. El inserto del orificio de la matriz se muestra en la Figura 6. D en la figura es el tamaño real y el tamaño nominal es de 225 mm. La desviación límite de sus dimensiones exteriores se ajusta de acuerdo con el orificio interior del molde inferior para garantizar que el espacio unilateral esté dentro del rango de 0,01 a 0,02 mm. El bloque del orificio de la matriz se muestra en la Figura 6. El tamaño nominal del orificio interior del bloque del orificio de la matriz colocado en el molde inferior es de 225 mm. Con base en el tamaño medido real, el bloque del orificio de la matriz se ajusta de acuerdo con el principio de 0,01 a 0,02 mm por lado. El diámetro exterior del bloque del orificio de la matriz se puede obtener como D , pero para facilitar la instalación, el diámetro exterior del bloque del espejo del orificio de la matriz se puede reducir adecuadamente dentro del rango de 0,1 m en el extremo de alimentación, como se muestra en la figura.
4. Tecnologías clave de fabricación de moldes
El mecanizado del molde de perfil de radiador Sunflower no difiere mucho del de los moldes de perfil de aluminio convencionales. La diferencia evidente se refleja principalmente en el procesamiento eléctrico.
(1) En el corte por hilo, es necesario evitar la deformación del electrodo de cobre. Debido a que el electrodo de cobre utilizado para la electroerosión es pesado, los dientes son demasiado pequeños, el electrodo en sí es blando y tiene poca rigidez, y la alta temperatura local generada durante el corte por hilo provoca que el electrodo se deforme fácilmente durante el proceso. Al utilizar electrodos de cobre deformados para procesar cintas de trabajo y cuchillas vacías, se producirán dientes torcidos, lo que puede provocar fácilmente el desprendimiento del molde durante el procesamiento. Por lo tanto, es necesario evitar la deformación de los electrodos de cobre durante el proceso de fabricación en línea. Las principales medidas preventivas son: antes de cortar por hilo, nivelar el bloque de cobre con una plataforma; usar un reloj comparador para ajustar la verticalidad al principio; al cortar por hilo, comenzar por la parte del diente y finalmente cortar la parte con pared gruesa; ocasionalmente, usar alambre de plata de desecho para rellenar las partes cortadas; una vez hecho el alambre, usar una máquina de alambre para cortar una sección corta de aproximadamente 4 mm a lo largo del electrodo de cobre cortado.
(2) El mecanizado por electroerosión es obviamente diferente de los moldes convencionales. La electroerosión es fundamental en el procesamiento de moldes de perfiles de radiadores de girasol. Incluso con un diseño perfecto, un pequeño defecto en la electroerosión puede provocar el descarte de todo el molde. El mecanizado por electroerosión no depende tanto del equipo como el corte por hilo. Depende en gran medida de las habilidades y la competencia del operador. El mecanizado por electroerosión se centra principalmente en los siguientes cinco puntos:
①Corriente de mecanizado por electroerosión. Se puede utilizar una corriente de 7 a 10 A para el mecanizado EDM inicial para acortar el tiempo de procesamiento; una corriente de 5 a 7 A para el mecanizado de acabado. El objetivo de usar una corriente baja es obtener una buena superficie.
② Asegúrese de que la cara del extremo del molde sea plana y que el electrodo de cobre esté vertical. Una mala planitud de la cara del extremo del molde o una verticalidad insuficiente del electrodo de cobre dificultan que la longitud de la banda de trabajo después del proceso de electroerosión se ajuste a la longitud diseñada. Es fácil que el proceso de electroerosión falle o incluso penetre en la banda dentada. Por lo tanto, antes del proceso, se deben aplanar ambos extremos del molde con una rectificadora para cumplir con los requisitos de precisión, y se debe usar un comparador de cuadrante para corregir la verticalidad del electrodo de cobre.
③ Asegúrese de que la separación entre las cuchillas vacías sea uniforme. Durante el mecanizado inicial, compruebe si la herramienta vacía está descentrada cada 0,2 mm cada 3 o 4 mm de mecanizado. Si el descentrado es grande, será difícil corregirlo con ajustes posteriores.
④Elimine los residuos generados durante el proceso de electroerosión de manera oportuna. La corrosión por descarga de chispas produce una gran cantidad de residuos, que deben eliminarse a tiempo; de lo contrario, la longitud de la banda de trabajo variará debido a la diferente altura de los residuos.
5. El molde debe desmagnetizarse antes de la electroerosión.
5. Comparación de los resultados de extrusión
El perfil que se muestra en la Figura 1 se probó utilizando el molde partido tradicional y el nuevo esquema de diseño propuesto en este artículo. La comparación de los resultados se muestra en la Tabla 1.
Los resultados de la comparación muestran que la estructura del molde influye considerablemente en su vida útil. El molde diseñado con el nuevo esquema presenta ventajas evidentes y mejora considerablemente su vida útil.
6. Conclusión
El molde de extrusión para perfiles de radiador de girasol es un tipo de molde muy difícil de diseñar y fabricar, y su diseño y fabricación son relativamente complejos. Por lo tanto, para garantizar el éxito de la extrusión y la vida útil del molde, se deben cumplir los siguientes puntos:
(1) La forma estructural del molde debe seleccionarse de forma razonable. La estructura del molde debe permitir reducir la fuerza de extrusión y, de esta forma, la tensión en el voladizo formado por los dientes de disipación de calor, mejorando así su resistencia. La clave reside en determinar razonablemente el número, la disposición y el área de los orificios de derivación, así como otros parámetros: en primer lugar, el ancho del puente de derivación formado entre los orificios de derivación no debe superar los 16 mm; en segundo lugar, el área del orificio de división debe determinarse de forma que la relación de división supere en la medida de lo posible el 30 % de la relación de extrusión, garantizando al mismo tiempo la resistencia del molde.
(2) Seleccione la banda de trabajo de forma adecuada y adopte medidas adecuadas durante el mecanizado eléctrico, incluyendo la tecnología de procesamiento de los electrodos de cobre y los parámetros eléctricos estándar. El primer punto clave es que el electrodo de cobre debe rectificarse superficialmente antes del corte del alambre, y se debe utilizar el método de inserción durante el corte para garantizar que los electrodos no estén sueltos ni deformados.
(3) Durante el proceso de mecanizado eléctrico, el electrodo debe estar alineado con precisión para evitar la desviación de los dientes. Por supuesto, con un diseño y una fabricación razonables, el uso de acero para moldes de trabajo en caliente de alta calidad y el tratamiento térmico al vacío de tres o más temples permiten maximizar el potencial del molde y lograr mejores resultados. Desde el diseño y la fabricación hasta la extrusión, solo la precisión en cada paso garantiza la extrusión del molde de perfil de radiador de girasol.
Hora de publicación: 01-ago-2024
