Debido a que las aleaciones de aluminio son livianas, hermosas, tienen buena resistencia a la corrosión y tienen una excelente conductividad térmica y rendimiento de procesamiento, se usan ampliamente como componentes de disipación de calor en la industria de TI, electrónica y automotriz, especialmente en la industria LED actualmente emergente. Estos componentes de disipación de calor de aleación de aluminio tienen buenas funciones de disipación de calor. En la producción, la clave para una producción eficiente de extrusión de estos perfiles de radiadores es el molde. Debido a que estos perfiles generalmente tienen las características de dientes de disipación de calor grandes y densos y tubos de suspensión largos, la estructura de matriz plana tradicional, la estructura de matriz dividida y la estructura de matriz de perfil semihueco no pueden cumplir bien con los requisitos de resistencia del molde y moldeo por extrusión.
En la actualidad, las empresas dependen más de la calidad del acero para moldes. Para mejorar la resistencia del molde, no dudan en utilizar acero importado, caro. El costo del molde es muy alto y la vida promedio real del molde es inferior a 3 toneladas, lo que hace que el precio de mercado del radiador sea relativamente alto, lo que restringe seriamente la promoción y popularización de las lámparas LED. Por lo tanto, las matrices de extrusión para perfiles de radiadores en forma de girasol han atraído gran atención por parte 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 la producción real, para referencia de sus pares.
1. Análisis de características estructurales de secciones de perfiles de aluminio.
La Figura 1 muestra la sección transversal de un perfil de aluminio típico para radiador tipo girasol. El área de la sección transversal del perfil es de 7773,5 mm², con un total de 40 dientes de disipación de calor. El tamaño máximo de abertura colgante formada entre los dientes es de 4,46 mm. Después del cálculo, la relación lengua entre los dientes es 15,7. Al mismo tiempo, existe una gran zona sólida en el centro del perfil, con una superficie de 3846,5 mm².
A juzgar por las características de forma del perfil, el espacio entre los dientes se puede considerar como perfiles semihuecos, y el perfil del radiador se compone de múltiples perfiles semihuecos. Por lo tanto, al diseñar la estructura del molde, la clave es considerar cómo garantizar la resistencia del molde. Aunque para perfiles semihuecos, la industria ha desarrollado una variedad de estructuras de molde maduras, como "molde divisor cubierto", "molde divisor cortado", "molde divisor de puente colgante", etc. Sin embargo, estas estructuras no son aplicables a productos Compuesto por múltiples perfiles semihuecos. El diseño tradicional solo considera los materiales, pero en el moldeo por extrusión, el mayor impacto en la resistencia es la fuerza de extrusión durante el proceso de extrusión, y el proceso de conformado del metal es el factor principal que genera la fuerza de extrusión.
Debido a la gran área sólida central del perfil del radiador solar, es muy fácil hacer que el caudal general en esta área sea demasiado rápido durante el proceso de extrusión, y se generará una tensión de tracción adicional en la cabeza de la suspensión entre dientes. tubo, lo que resulta en la fractura del tubo de suspensión entre dientes. Por lo tanto, en el diseño de la estructura del molde, debemos centrarnos en el ajuste del caudal de metal y el caudal para lograr el propósito de reducir la presión de extrusión y mejorar el estado de tensión de la tubería suspendida entre los dientes, a fin de mejorar la resistencia de el molde.
2. Selección de estructura del molde y capacidad de la prensa de extrusión.
2.1 Forma de la estructura del molde
Para el perfil del radiador tipo girasol que se muestra en la Figura 1, aunque no tiene una parte hueca, debe adoptar la estructura de molde dividido como se muestra en la Figura 2. A diferencia de la estructura de molde en derivación tradicional, la cámara de la estación de soldadura de metal se coloca en la parte superior. molde, y se utiliza una estructura de inserción en el molde inferior. El propósito es reducir los costos del molde y acortar el ciclo de fabricación del molde. Tanto el juego de molde superior como el de molde inferior son universales y pueden reutilizarse. Más importante aún, los bloques de orificios de matriz se pueden procesar de forma independiente, lo que puede garantizar mejor la precisión de la correa de trabajo de los orificios de matriz. El orificio interior del molde inferior está diseñado como un escalón. La parte superior y el bloque del orificio del molde adoptan un ajuste con holgura y el valor del espacio en ambos lados es de 0,06 a 0,1 m; la parte inferior adopta un ajuste de interferencia, y la cantidad de interferencia en ambos lados es de 0,02 ~ 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, puede evitar la deformación del molde causada por la instalación térmica. ajuste de interferencia.
2.2 Selección de capacidad del extrusor
La selección de la capacidad del extrusor consiste, por un lado, en determinar el diámetro interior apropiado del cilindro de extrusión y la presión específica máxima del extrusor sobre la sección del cilindro de extrusión 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 de tamaño de molde adecuadas en función del costo. Para el perfil de aluminio del radiador de girasol, la relación de extrusión no puede ser demasiado grande. La razón principal es 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 del radiador de girasol.
La experiencia muestra 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 cilindro de extrusión de 208 mm. Después del cálculo, la presión específica máxima de la extrusora es 589 MPa, que es un valor más apropiado. Si la presión específica es demasiado alta, la presión sobre el molde será grande, lo que perjudicará la vida útil del molde; si la presión específica es demasiado baja, no puede cumplir con los requisitos del conformado por extrusión. La experiencia demuestra que una presión específica en el rango de 550~750 MPa puede satisfacer mejor diversos requisitos del proceso. Después del cálculo, el coeficiente de extrusión es 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 desviadores. 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. El resultado es que la anchura del puente de derivación es mayor. Generalmente, cuando es mayor de 20 mm, el número de soldaduras es menor. Sin embargo, al seleccionar la correa de trabajo del orificio de la matriz, la correa de trabajo del orificio de la matriz en la parte inferior del puente de derivación debe ser más corta. Bajo la condición de que no exista un método de cálculo preciso para la selección de la correa de trabajo, naturalmente hará que el orificio de la matriz debajo del puente y otras partes no alcancen exactamente el mismo caudal durante la extrusión debido a la diferencia en la correa de trabajo. Esta diferencia en el caudal producirá una tensión de tracción adicional en el voladizo y provocará la desviación de los dientes de disipación de calor. Por lo tanto, para la matriz de extrusión del radiador de girasol con una gran cantidad de dientes, es muy importante garantizar que el caudal de cada diente sea constante. A medida que aumenta el número de orificios de derivación, el número de puentes de derivación aumentará en consecuencia y el caudal y la distribución del flujo del metal serán más uniformes. Esto se debe a que a medida que aumenta el número de puentes de derivación, la anchura de los puentes de derivación se puede reducir en consecuencia.
Los datos prácticos muestran que el número de orificios de derivación es generalmente de 6 u 8, o incluso más. Por supuesto, para algunos perfiles grandes de disipación de calor de girasol, el molde superior también puede disponer los orificios de derivación de acuerdo con el principio del ancho del puente de derivación ≤ 14 mm. La diferencia es que se debe agregar una placa divisora frontal para predistribuir y ajustar el flujo de metal. El número y disposición de los orificios desviadores en la placa desviadora frontal se puede 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 para evitar que el metal golpee directamente la cabeza del tubo voladizo y así mejorar el estado de tensión. del tubo voladizo. La parte bloqueada del cabezal en voladizo entre los dientes puede ser de 1/5 a 1/4 de la longitud del tubo en voladizo. La disposición de los orificios de derivación se muestra en la Figura 3.
(2) La relación del área del orificio de derivación. Debido a que el espesor de la pared de la raíz del diente caliente es pequeño y la altura está lejos del centro, y el área física es muy diferente del centro, es la parte más difícil de formar metal. Por tanto, un punto clave en el diseño del molde del perfil del radiador girasol es hacer que el caudal de la parte sólida central sea lo más lento posible para conseguir que el metal llene primero la raíz del diente. Para lograr tal efecto, por un lado, es necesario seleccionar la correa de trabajo y, lo que es más importante, determinar el área del orificio desviador, principalmente el área de la parte central correspondiente al orificio desviador. Las pruebas y los valores empíricos muestran que el mejor efecto se logra cuando el área del orificio desviador central S1 y el área del orificio desviador único externo S2 satisfacen la siguiente relación: S1= (0,52 ~0,72) S2
Además, el canal de flujo de metal efectivo del orificio divisor central debe ser entre 20 y 25 mm más largo que el canal de flujo de metal efectivo del orificio divisor exterior. Esta longitud también tiene en cuenta el margen y posibilidad de reparación del molde.
(3) Profundidad de la cámara de soldadura. La matriz de extrusión del perfil del radiador Girasol es diferente de la matriz de derivación tradicional. Toda su cámara de soldadura debe ubicarse en el troquel superior. Esto es para garantizar la precisión del procesamiento del bloque de orificios del troquel inferior, especialmente la precisión de la correa de trabajo. En comparación con el molde de derivación tradicional, es necesario aumentar la profundidad de la cámara de soldadura del molde de derivación del perfil del radiador Girasol. Cuanto mayor sea la capacidad de la máquina de extrusión, mayor será el aumento en la profundidad de la cámara de soldadura, que es de 15 a 25 mm. Por ejemplo, si se utiliza una máquina de extrusión de 20 MN, la profundidad de la cámara de soldadura del troquel de derivación tradicional es de 20 a 22 mm, mientras que la profundidad de la cámara de soldadura del troquel de derivación del perfil del radiador de girasol debe ser de 35 a 40 mm. . La ventaja de esto es que el metal está completamente soldado y la tensión sobre 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 del troquel
El diseño del bloque del orificio del troquel incluye principalmente el tamaño del orificio del troquel, la correa de trabajo, el diámetro exterior y el grosor del bloque del espejo, etc.
(1) Determinación del tamaño del orificio del troquel. 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 del cinturón de trabajo. El principio de selección de la correa de trabajo es primero garantizar que el suministro de todo el metal en la parte inferior de la raíz del diente sea suficiente, de modo que el caudal en la parte inferior de la raíz del diente sea más rápido que en otras partes. Por lo tanto, la correa de trabajo en la parte inferior de la raíz del diente debe ser la más corta, con un valor de 0,3 a 0,6 mm, y la correa de trabajo en las partes adyacentes debe aumentarse en 0,3 mm. El principio es aumentar entre 0,4 y 0,5 cada 10 y 15 mm hacia el centro; en segundo lugar, el cinturón de trabajo en la parte sólida más grande del centro no debe exceder los 7 mm. De lo contrario, si la diferencia de longitud de la correa de trabajo es demasiado grande, se producirán grandes errores en el procesamiento de los electrodos de cobre y en el procesamiento por electroerosión de la correa de trabajo. Este error puede provocar fácilmente que la desviación del diente se rompa durante el proceso de extrusión. El cinturón de trabajo se muestra en la Figura 5.
(3) El diámetro exterior y el espesor del inserto. Para los moldes de derivación tradicionales, el espesor del inserto del orificio de la matriz es el espesor del molde inferior. Sin embargo, para el molde de radiador de girasol, si el espesor efectivo del orificio de la matriz es demasiado grande, el perfil chocará fácilmente con el molde durante la extrusión y descarga, lo que provocará dientes desiguales, rayones o incluso atascamientos de dientes. Esto hará que los dientes se rompan.
Además, si el espesor del orificio de la matriz es demasiado largo, por un lado, el tiempo de procesamiento será largo durante el proceso de electroerosión y, por otro lado, es fácil causar desviación por corrosión eléctrica y también es fácil causar desviación del diente durante la extrusión. Por supuesto, si el espesor del orificio de la matriz es demasiado pequeño, no se puede garantizar la resistencia de los dientes. Por lo tanto, teniendo en cuenta estos dos factores, la experiencia muestra que el grado de inserción del orificio de matriz del molde inferior es generalmente de 40 a 50; y el diámetro exterior del inserto del orificio del troquel debe ser de 25 a 30 mm desde el borde más grande del orificio del troquel 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 del troquel son 225 mm y 50 mm respectivamente. El inserto del orificio del troquel se muestra en la Figura 6. D en la figura es el tamaño real y el tamaño nominal es 225 mm. La desviación límite de sus dimensiones exteriores coincide con el orificio interior del molde inferior para garantizar que el espacio unilateral esté dentro del rango de 0,01 ~ 0,02 mm. El bloque de orificios para matriz se muestra en la Figura 6. El tamaño nominal del orificio interior del bloque de orificios para matriz colocado en el molde inferior es de 225 mm. Según el tamaño real medido, el bloque de orificios de la matriz coincide según el principio de 0,01~0,02 mm por lado. El diámetro exterior del bloque del orificio del troquel se puede obtener como D, pero para facilitar la instalación, el diámetro exterior del bloque del espejo del orificio del troquel 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 Girasol no es muy diferente al de los moldes de perfil de aluminio comunes. La diferencia obvia se refleja principalmente en el procesamiento eléctrico.
(1) En términos de corte de alambre, 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, tiene poca rigidez y la alta temperatura local generada por el corte del alambre hace que el electrodo se deforme fácilmente durante el proceso de corte del alambre. Cuando se utilizan electrodos de cobre deformados para procesar correas de trabajo y cuchillos vacíos, se producirán dientes torcidos, lo que puede provocar fácilmente que el molde se deseche durante el procesamiento. Por 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 el alambre, nivelar el bloque de cobre con una cama; utilice un indicador de cuadrante para ajustar la verticalidad al principio; al cortar alambre, comience primero desde la parte del diente y finalmente corte la parte con pared gruesa; De vez en cuando, utilice restos de alambre de plata para rellenar las partes cortadas; Una vez hecho el cable, utilice 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 descarga eléctrica es obviamente diferente de los moldes ordinarios. La electroerosión es muy importante en el procesamiento de moldes de perfiles de radiadores de girasol. Incluso si el diseño es perfecto, un ligero defecto en la electroerosión hará que se deseche todo el molde. El mecanizado por descarga eléctrica no depende tanto del equipo como el corte de alambre. Depende en gran medida de las habilidades operativas y la competencia del operador. El mecanizado por descarga eléctrica presta atención principalmente a los siguientes cinco puntos:
①Corriente de mecanizado por descarga eléctrica. Se puede utilizar una corriente de 7 a 10 A para el mecanizado inicial de electroerosión para acortar el tiempo de procesamiento; Se puede utilizar una corriente de 5 a 7 A para el mecanizado de acabado. El objetivo de utilizar corriente pequeña es obtener una buena superficie;
② Asegure la planitud de la cara del extremo del molde y la verticalidad del electrodo de cobre. La mala planitud de la cara del extremo del molde o la verticalidad insuficiente del electrodo de cobre dificultan garantizar que la longitud de la correa de trabajo después del procesamiento por electroerosión sea consistente con la longitud de la correa de trabajo diseñada. Es fácil que el proceso de electroerosión falle o incluso penetre la correa dentada de trabajo. Por lo tanto, antes del procesamiento, se debe usar una amoladora para aplanar ambos extremos del molde para cumplir con los requisitos de precisión, y se debe usar un indicador de cuadrante para corregir la verticalidad del electrodo de cobre;
③ Asegúrese de que el espacio entre las cuchillas vacías sea uniforme. Durante el mecanizado inicial, compruebe si la herramienta vacía se desplaza cada 0,2 mm cada 3 a 4 mm de mecanizado. Si el desplazamiento es grande, será difícil corregirlo con ajustes posteriores;
④Eliminar los residuos generados durante el proceso de electroerosión de manera oportuna. La corrosión por descarga de chispas producirá una gran cantidad de residuos, que deben limpiarse a tiempo; de lo contrario, la longitud de la correa de trabajo será diferente debido a las diferentes alturas de los residuos;
⑤El molde debe desmagnetizarse antes de la electroerosión.
5. Comparación de resultados de extrusión.
El perfil que se muestra en la Figura 1 se probó utilizando el molde dividido tradicional y el nuevo esquema de diseño propuesto en este artículo. La comparación de los resultados se muestra en la Tabla 1.
De los resultados de la comparación se puede ver que la estructura del molde tiene una gran influencia en la vida útil del molde. El molde diseñado utilizando el nuevo esquema tiene ventajas obvias y mejora enormemente la vida útil del molde.
6. Conclusión
El molde de extrusión de perfil 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 la tasa de éxito de la extrusión y la vida útil del molde, se deben lograr los siguientes puntos:
(1) La forma estructural del molde debe seleccionarse de manera razonable. La estructura del molde debe ser propicia para reducir la fuerza de extrusión para reducir la tensión en el voladizo del molde formado por los dientes de disipación de calor, mejorando así la resistencia del molde. La clave es determinar razonablemente el número y la disposición de los orificios de la derivación y el área de los orificios de la derivación y otros parámetros: primero, el ancho del puente de la derivación formado entre los orificios de la derivación no debe exceder los 16 mm; En segundo lugar, el área del orificio dividido debe determinarse de modo que la proporción de división alcance más del 30% de la proporción de extrusión tanto como sea posible, garantizando al mismo tiempo la resistencia del molde.
(2) Seleccionar razonablemente el cinturón de trabajo y adoptar medidas razonables durante el mecanizado eléctrico, incluida la tecnología de procesamiento de electrodos de cobre y los parámetros eléctricos estándar del mecanizado eléctrico. El primer punto clave es que el electrodo de cobre debe tener una superficie puesta a tierra antes de cortar el cable, y el método de inserción debe usarse durante el corte del cable para garantizarlo. Los electrodos no están flojos 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, sobre la base de un diseño y fabricación razonables, el uso de acero para moldes para trabajo en caliente de alta calidad y el proceso de tratamiento térmico al vacío de tres o más templados pueden maximizar el potencial del molde y lograr mejores resultados. Desde el diseño, la fabricación hasta la producción de extrusión, solo si cada vínculo es preciso podemos garantizar que el molde del perfil del radiador de girasol se extruya.
Hora de publicación: 01-ago-2024
