Alüminyum alaşımları hafif, estetik, iyi korozyon direnci ve mükemmel ısı iletkenliği ve işleme performansına sahip oldukları için, özellikle gelişmekte olan LED endüstrisinde olmak üzere, bilişim, elektronik ve otomotiv endüstrilerinde ısı dağıtım bileşenleri olarak yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu alüminyum alaşımlı ısı dağıtım bileşenleri, iyi ısı dağıtım işlevlerine sahiptir. Üretimde, bu radyatör profillerinin verimli ekstrüzyon üretiminin anahtarı kalıptır. Bu profiller genellikle büyük ve yoğun ısı dağıtım dişlerine ve uzun askı borularına sahip olduğundan, geleneksel düz kalıp yapısı, bölünmüş kalıp yapısı ve yarı içi boş profil kalıp yapısı, kalıp mukavemeti ve ekstrüzyon kalıplama gereksinimlerini tam olarak karşılayamaz.
Günümüzde işletmeler kalıp çeliğinin kalitesine daha fazla güveniyor. Kalıbın mukavemetini artırmak için pahalı ithal çelik kullanmaktan çekinmiyorlar. Kalıbın maliyeti çok yüksek ve gerçek ortalama ömrü 3 tondan az olduğundan, radyatörün piyasa fiyatı nispeten yüksek oluyor ve bu da LED lambaların tanıtımını ve yaygınlaşmasını ciddi şekilde kısıtlıyor. Bu nedenle, ayçiçeği şeklindeki radyatör profilleri için ekstrüzyon kalıpları, sektördeki mühendislik ve teknik personelin büyük ilgisini çekiyor.
Bu makalede, yıllarca süren titiz araştırmalar ve tekrarlanan deneme üretimleri sonucunda elde edilen ayçiçeği radyatör profil ekstrüzyon kalıbının çeşitli teknolojileri, meslektaşlarımızın referansı olması amacıyla gerçek üretimdeki örnekler üzerinden tanıtılmaktadır.
1. Alüminyum profil kesitlerinin yapısal özelliklerinin analizi
Şekil 1, tipik bir ayçiçeği radyatör alüminyum profilinin kesitini göstermektedir. Profilin kesit alanı 7773,5 mm² olup, toplam 40 ısı dağıtım dişi bulunmaktadır. Dişler arasında oluşan maksimum asma açıklığı boyutu 4,46 mm'dir. Hesaplama sonucunda, dişler arasındaki dil oranı 15,7'dir. Aynı zamanda, profilin merkezinde 3846,5 mm²'lik geniş bir boşluk bulunmaktadır.
Profilin şekil özelliklerine bakıldığında, dişler arasındaki boşluk yarı boşluklu profiller olarak kabul edilebilir ve radyatör profili birden fazla yarı boşluklu profilden oluşur. Bu nedenle, kalıp yapısını tasarlarken, kalıbın mukavemetinin nasıl sağlanacağını göz önünde bulundurmak önemlidir. Yarı boşluklu profiller için, endüstri "kapalı ayırıcı kalıp", "kesik ayırıcı kalıp", "askı köprü ayırıcı kalıp" vb. gibi çeşitli gelişmiş kalıp yapıları geliştirmiş olsa da, bu yapılar birden fazla yarı boşluklu profilden oluşan ürünler için geçerli değildir. Geleneksel tasarım yalnızca malzemeleri dikkate alırken, ekstrüzyon kalıplamada mukavemet üzerindeki en büyük etki, ekstrüzyon işlemi sırasındaki ekstrüzyon kuvvetidir ve metal şekillendirme işlemi ekstrüzyon kuvvetini oluşturan ana faktördür.
Güneş radyatörü profilinin geniş merkezi katı alanı nedeniyle, ekstrüzyon işlemi sırasında bu alandaki toplam akış hızının çok hızlı olması çok kolaydır ve bu da dişler arası askı borusunun başında ek çekme gerilimi oluşmasına ve bunun sonucunda dişler arası askı borusunun kırılmasına neden olur. Bu nedenle, kalıp yapısının tasarımında, ekstrüzyon basıncını azaltma ve dişler arasındaki askı borusunun gerilim durumunu iyileştirerek kalıbın mukavemetini artırma amacına ulaşmak için metal akış hızı ve debi ayarına odaklanmalıyız.
2. Kalıp yapısının ve ekstrüzyon pres kapasitesinin seçimi
2.1 Kalıp yapısı formu
Şekil 1'de gösterilen ayçiçeği radyatör profili, içi boş bir parça içermese de, Şekil 2'de gösterildiği gibi bölünmüş kalıp yapısını benimsemelidir. Geleneksel şönt kalıp yapısından farklı olarak, metal lehimleme istasyonu haznesi üst kalıba yerleştirilir ve alt kalıpta bir ek parça yapısı kullanılır. Amaç, kalıp maliyetlerini düşürmek ve kalıp üretim döngüsünü kısaltmak. Hem üst hem de alt kalıp setleri evrenseldir ve tekrar kullanılabilir. Daha da önemlisi, kalıp deliği blokları bağımsız olarak işlenebilir ve bu da kalıp deliği çalışma bandının hassasiyetini daha iyi sağlar. Alt kalıbın iç deliği bir basamak olarak tasarlanmıştır. Üst parça ve kalıp deliği bloğu boşluklu uyum kullanır ve her iki taraftaki boşluk değeri 0,06~0,1 m'dir; alt parça sıkı geçme uyum kullanır ve her iki taraftaki sıkı geçme miktarı 0,02~0,04 m'dir, bu da koaksiyelliği sağlamaya ve montajı kolaylaştırmaya yardımcı olur, iç parça uyumunu daha kompakt hale getirir ve aynı zamanda termal kurulum sıkı geçmesinden kaynaklanan kalıp deformasyonunu önler.
2.2 Ekstruder kapasitesinin seçimi
Ekstrüder kapasitesinin seçimi, bir yandan ekstrüzyon tamburunun uygun iç çapını ve metal şekillendirme sırasında basıncı karşılamak için ekstrüderin ekstrüzyon tamburu kesitindeki maksimum özgül basıncını belirlemektir. Diğer yandan, uygun ekstrüzyon oranını belirlemek ve maliyete göre uygun kalıp boyutu özelliklerini seçmektir. Ayçiçeği radyatör alüminyum profili için ekstrüzyon oranı çok büyük olmamalıdır. Bunun temel nedeni, ekstrüzyon kuvvetinin ekstrüzyon oranıyla orantılı olmasıdır. Ekstrüzyon oranı ne kadar yüksekse, ekstrüzyon kuvveti de o kadar yüksek olur. Bu, ayçiçeği radyatör alüminyum profil kalıbı için son derece zararlıdır.
Deneyimler, ayçiçeği radyatörleri için alüminyum profillerin ekstrüzyon oranının 25'ten düşük olduğunu göstermektedir. Şekil 1'de gösterilen profil için, ekstrüzyon namlusu iç çapı 208 mm olan 20,0 MN'lik bir ekstruder seçilmiştir. Hesaplama sonucunda, ekstrüderin maksimum özgül basıncı daha uygun bir değer olan 589 MPa'dır. Özgül basınç çok yüksekse, kalıp üzerindeki basınç büyük olacak ve bu da kalıbın ömrü için zararlı olacaktır; özgül basınç çok düşükse, ekstrüzyonla şekillendirme gereksinimlerini karşılayamayacaktır. Deneyimler, 550~750 MPa aralığındaki bir özgül basıncın çeşitli proses gereksinimlerini daha iyi karşılayabileceğini göstermektedir. Hesaplama sonucunda, ekstrüzyon katsayısı 4,37'dir. Kalıp boyutu spesifikasyonu 350 mmx200 mm (dış çap x derece) olarak seçilmiştir.
3. Kalıp yapısal parametrelerinin belirlenmesi
3.1 Üst kalıp yapısal parametreleri
(1) Yönlendirici deliklerinin sayısı ve düzenlenmesi. Ayçiçeği radyatör profili şönt kalıbı için, şönt deliği sayısı ne kadar fazlaysa o kadar iyidir. Benzer dairesel şekillere sahip profiller için genellikle 3 ila 4 geleneksel şönt deliği seçilir. Sonuç olarak şönt köprüsünün genişliği daha büyüktür. Genellikle 20 mm'den büyük olduğunda kaynak sayısı daha azdır. Ancak, kalıp deliğinin çalışma kayışı seçilirken, şönt köprüsünün altındaki kalıp deliğinin çalışma kayışı daha kısa olmalıdır. Çalışma kayışının seçimi için kesin bir hesaplama yöntemi olmadığı takdirde, çalışma kayışındaki farklılık nedeniyle köprünün altındaki kalıp deliğinin ve diğer parçaların ekstrüzyon sırasında tam olarak aynı akış hızına ulaşamamasına neden olacaktır. Bu akış hızı farkı, konsol üzerinde ek çekme gerilimi oluşturacak ve ısı dağıtım dişlerinin sapmasına neden olacaktır. Bu nedenle, yoğun diş sayısına sahip ayçiçeği radyatör ekstrüzyon kalıbı için, her bir dişin akış hızının tutarlı olmasını sağlamak çok kritiktir. Şönt deliklerinin sayısı arttıkça, şönt köprülerinin sayısı da buna bağlı olarak artacak ve metalin akış hızı ve akış dağılımı daha dengeli hale gelecektir. Çünkü şönt köprülerinin sayısı arttıkça, şönt köprülerinin genişliği de buna bağlı olarak azaltılabilir.
Pratik veriler, şönt deliklerinin sayısının genellikle 6 veya 8, hatta daha fazla olduğunu göstermektedir. Elbette, bazı büyük ayçiçeği ısı dağıtım profilleri için, üst kalıp şönt deliklerini şönt köprü genişliği ≤ 14 mm ilkesine göre de düzenleyebilir. Aradaki fark, metal akışını önceden dağıtmak ve ayarlamak için bir ön ayırıcı plakanın eklenmesi gerektiğidir. Ön ayırıcı plakadaki ayırıcı deliklerinin sayısı ve düzeni geleneksel yöntemle yapılabilir.
Ayrıca, şönt delikleri düzenlenirken, metalin doğrudan konsol borusunun başına çarpmasını önlemek ve böylece konsol borusunun gerilim durumunu iyileştirmek için, üst kalıbın ısı dağıtım dişinin konsol başını uygun şekilde koruyacak şekilde kullanılmasına dikkat edilmelidir. Konsol başının dişler arasındaki tıkalı kısmı, konsol borusunun uzunluğunun 1/5 ila 1/4'ü kadar olabilir. Şönt deliklerinin düzeni Şekil 3'te gösterilmiştir.
(2) Şönt deliğinin alan ilişkisi. Sıcak dişin kökünün et kalınlığı küçük, yüksekliği merkezden uzak ve fiziksel alanı merkezden çok farklı olduğundan, şekillendirilmesi en zor metal parçasıdır. Bu nedenle, ayçiçeği radyatör profil kalıbının tasarımındaki önemli bir nokta, metalin önce dişin kökünü doldurmasını sağlamak için merkezi katı parçanın akış hızını mümkün olduğunca yavaşlatmaktır. Böyle bir etkiyi elde etmek için, bir yandan çalışma bandının seçimi, daha da önemlisi, özellikle de yönlendirici deliğe karşılık gelen merkezi parçanın alanı olmak üzere, yönlendirici deliğin alanının belirlenmesi gerekir. Testler ve deneysel değerler, merkezi yönlendirici deliğin alanı S1 ile harici tek yönlendirici deliğin alanı S2 arasında aşağıdaki ilişki sağlandığında en iyi etkinin elde edildiğini göstermektedir: S1= (0,52 ~ 0,72) S2
Ayrıca, merkezi ayırıcı deliğin etkin metal akış kanalı, dış ayırıcı deliğin etkin metal akış kanalından 20-25 mm daha uzun olmalıdır. Bu uzunluk, kalıp onarımı olasılığını ve marjı da hesaba katar.
(3) Kaynak odasının derinliği. Ayçiçeği radyatör profili ekstrüzyon kalıbı, geleneksel şönt kalıptan farklıdır. Kaynak odasının tamamı üst kalıpta bulunmalıdır. Bu, alt kalıbın delik bloğu işleme hassasiyetini, özellikle de çalışma bandının hassasiyetini sağlamak içindir. Geleneksel şönt kalıba kıyasla, Ayçiçeği radyatör profili şönt kalıbının kaynak odasının derinliğinin artırılması gerekir. Ekstrüzyon makinesinin kapasitesi ne kadar büyükse, kaynak odasının derinliği de o kadar artar ve bu da 15-25 mm'dir. Örneğin, 20 MN'lik bir ekstrüzyon makinesi kullanılıyorsa, geleneksel şönt kalıbının kaynak odasının derinliği 20-22 mm iken, ayçiçeği radyatör profilinin şönt kalıbının kaynak odasının derinliği 35-40 mm olmalıdır. Bunun avantajı, metalin tamamen kaynaklanması ve askıdaki boru üzerindeki gerilimin büyük ölçüde azaltılmasıdır. Üst kalıp kaynak odasının yapısı Şekil 4'te gösterilmiştir.
3.2 Kalıp deliği ek parçasının tasarımı
Kalıp deliği bloğunun tasarımı esas olarak kalıp deliği boyutunu, çalışma bandını, ayna bloğunun dış çapını ve kalınlığını vb. içerir.
(1) Kalıp deliği boyutunun belirlenmesi. Kalıp deliği boyutu, esas olarak alaşımlı termal işlemin ölçeklendirilmesi dikkate alınarak geleneksel bir şekilde belirlenebilir.
(2) Çalışma kayışı seçimi. Çalışma kayışı seçiminin prensibi, öncelikle diş kökünün altındaki tüm metal beslemesinin yeterli olmasını ve böylece diş kökünün altındaki akış hızının diğer kısımlardan daha hızlı olmasını sağlamaktır. Bu nedenle, diş kökünün altındaki çalışma kayışı 0,3-0,6 mm değerinde en kısa olanı olmalı ve bitişik kısımlardaki çalışma kayışı 0,3 mm artırılmalıdır. Prensip, merkeze doğru her 10-15 mm'de 0,4-0,5 mm artırmaktır; ikinci olarak, merkezin en geniş katı kısmındaki çalışma kayışı 7 mm'yi geçmemelidir. Aksi takdirde, çalışma kayışının uzunluk farkı çok büyükse, bakır elektrotların işlenmesinde ve çalışma kayışının EDM işlemlerinde büyük hatalar meydana gelir. Bu hata, ekstrüzyon işlemi sırasında diş sapmasının kolayca kırılmasına neden olabilir. Çalışma kayışı Şekil 5'te gösterilmiştir.
(3) Ek parçanın dış çapı ve kalınlığı. Geleneksel şönt kalıplarda, kalıp deliği ek parçasının kalınlığı alt kalıbın kalınlığıdır. Ancak, ayçiçeği radyatör kalıbında, kalıp deliğinin etkin kalınlığı çok büyükse, profil ekstrüzyon ve boşaltma sırasında kalıpla kolayca çarpışarak düzensiz dişlere, çiziklere ve hatta diş sıkışmasına neden olur. Bu da dişlerin kırılmasına yol açar.
Ayrıca, kalıp deliği kalınlığı çok uzunsa, bir yandan EDM işlemi sırasında işlem süresi uzun olurken, diğer yandan elektriksel korozyon sapması ve ekstrüzyon sırasında diş sapması meydana gelmesi kolaydır. Elbette, kalıp deliği kalınlığı çok küçükse, dişlerin mukavemeti garanti edilemez. Bu nedenle, bu iki faktör göz önüne alındığında, deneyimler alt kalıbın kalıp deliği ek parçası derecesinin genellikle 40 ila 50 olduğunu göstermektedir; ve kalıp deliği ek parçasının dış çapı, kalıp deliğinin en geniş kenarından ek parçasının dış çemberine kadar 25 ila 30 mm olmalıdır.
Şekil 1'de gösterilen profil için kalıp deliği bloğunun dış çapı ve kalınlığı sırasıyla 225 mm ve 50 mm'dir. Kalıp deliği ek parçası Şekil 6'da gösterilmiştir. Şekildeki D gerçek boyut ve nominal boyut 225 mm'dir. Dış boyutlarının sınır sapması, tek taraflı boşluğun 0,01 ~ 0,02 mm aralığında olmasını sağlamak için alt kalıbın iç deliğine göre eşleştirilir. Kalıp deliği bloğu Şekil 6'da gösterilmiştir. Alt kalıba yerleştirilen kalıp deliği bloğunun iç deliğinin nominal boyutu 225 mm'dir. Gerçek ölçülen boyuta dayanarak, kalıp deliği bloğu her taraf için 0,01 ~ 0,02 mm ilkesine göre eşleştirilir. Kalıp deliği bloğunun dış çapı D olarak elde edilebilir, ancak montaj kolaylığı için, kalıp deliği ayna bloğunun dış çapı, şekilde gösterildiği gibi besleme ucunda 0,1 m aralığında uygun şekilde azaltılabilir.
4. Kalıp imalatının temel teknolojileri
Ayçiçeği radyatör profil kalıbının işlenmesi, sıradan alüminyum profil kalıplarından çok da farklı değildir. Ancak, en belirgin fark elektriksel işlemede kendini gösterir.
(1) Tel kesme işleminde, bakır elektrodun deformasyonunun önlenmesi gerekir. EDM için kullanılan bakır elektrod ağır, dişleri çok küçük, elektrodun kendisi yumuşak, düşük sertliğe sahip ve tel kesme işlemi sırasında oluşan yerel yüksek sıcaklık, tel kesme işlemi sırasında elektrodun kolayca deforme olmasına neden olur. İş bantlarını ve boş bıçakları işlemek için deforme olmuş bakır elektrotlar kullanıldığında, eğik dişler oluşur ve bu da işleme sırasında kalıbın kolayca hurdaya ayrılmasına neden olabilir. Bu nedenle, çevrimiçi üretim sürecinde bakır elektrotların deformasyonunun önlenmesi gerekir. Başlıca önleyici tedbirler şunlardır: tel kesmeden önce, bakır bloğu bir yatakla düzleştirin; başlangıçta dikeyliği ayarlamak için bir kadran göstergesi kullanın; tel keserken, önce diş kısmından başlayın ve son olarak kalın cidarlı parçayı kesin; ara sıra, kesilen parçaları doldurmak için hurda gümüş tel kullanın; tel yapıldıktan sonra, kesilen bakır elektrodun uzunluğu boyunca yaklaşık 4 mm'lik kısa bir bölümü kesmek için bir tel makinesi kullanın.
(2) Elektriksel deşarj işleme, sıradan kalıplardan açıkça farklıdır. Ayçiçeği radyatör profil kalıplarının işlenmesinde EDM çok önemlidir. Tasarım mükemmel olsa bile, EDM'deki küçük bir kusur tüm kalıbın hurdaya çıkmasına neden olur. Elektriksel deşarj işleme, tel kesme kadar ekipmana bağlı değildir. Büyük ölçüde operatörün çalışma becerilerine ve yeterliliğine bağlıdır. Elektriksel deşarj işlemede esas olarak aşağıdaki beş noktaya dikkat edilir:
①Elektrik deşarjlı işleme akımı. İlk EDM işlemesinde işlem süresini kısaltmak için 7~10 A akım kullanılabilir; son işlemede ise 5~7 A akım kullanılabilir. Düşük akım kullanmanın amacı, iyi bir yüzey elde etmektir;
② Kalıp uç yüzeyinin düzlüğünü ve bakır elektrodun dikeyliğini sağlayın. Kalıp uç yüzeyinin zayıf düzlüğü veya bakır elektrodun yetersiz dikeyliği, EDM işleminden sonra çalışma bandının uzunluğunun tasarlanan çalışma bandı uzunluğuyla tutarlı olmasını sağlamayı zorlaştırır. EDM işleminin dişli çalışma bandını delmesi veya hatta delmesi kolaydır. Bu nedenle, işlemden önce, hassasiyet gereksinimlerini karşılamak için kalıbın her iki ucunu düzleştirmek üzere bir taşlama makinesi kullanılmalı ve bakır elektrodun dikeyliğini düzeltmek için bir kadran göstergesi kullanılmalıdır;
③ Boş bıçaklar arasındaki boşluğun eşit olduğundan emin olun. İlk işleme sırasında, boş takımın her 3-4 mm'lik işlemede 0,2 mm'lik bir sapma yapıp yapmadığını kontrol edin. Sapma büyükse, sonraki ayarlamalarla düzeltilmesi zor olacaktır;
④EDM işlemi sırasında oluşan kalıntıları zamanında temizleyin. Kıvılcım deşarj korozyonu, zamanında temizlenmesi gereken büyük miktarda kalıntı üretir; aksi takdirde, kalıntıların farklı yükseklikleri nedeniyle çalışma kayışının uzunluğu farklı olacaktır;
⑤EDM işleminden önce kalıp manyetikliğini kaybetmiş olmalıdır.
5. Ekstrüzyon sonuçlarının karşılaştırılması
Şekil 1'de gösterilen profil, geleneksel bölünmüş kalıp ve bu makalede önerilen yeni tasarım şeması kullanılarak test edilmiştir. Sonuçların karşılaştırması Tablo 1'de gösterilmiştir.
Karşılaştırma sonuçlarından, kalıp yapısının kalıp ömrü üzerinde büyük bir etkiye sahip olduğu görülmektedir. Yeni şema kullanılarak tasarlanan kalıp, bariz avantajlara sahip olup kalıp ömrünü önemli ölçüde iyileştirmektedir.
6. Sonuç
Ayçiçeği radyatör profil ekstrüzyon kalıbı, tasarımı ve imalatı oldukça zor ve nispeten karmaşık bir kalıp türüdür. Bu nedenle, ekstrüzyon başarı oranını ve kalıbın kullanım ömrünü garanti altına almak için aşağıdaki hususlara dikkat edilmelidir:
(1) Kalıbın yapısal formu makul bir şekilde seçilmelidir. Kalıbın yapısı, ısı dağıtım dişleri tarafından oluşturulan kalıp konsolu üzerindeki gerilimi azaltmak için ekstrüzyon kuvvetini azaltmaya elverişli olmalı ve böylece kalıbın mukavemetini artırmalıdır. Önemli olan, şönt deliklerinin sayısını ve düzenini, şönt deliklerinin alanını ve diğer parametreleri makul bir şekilde belirlemektir: ilk olarak, şönt delikleri arasında oluşturulan şönt köprüsünün genişliği 16 mm'yi geçmemelidir; ikinci olarak, bölünmüş delik alanı, kalıbın mukavemetini korurken, bölünme oranının ekstrüzyon oranının mümkün olduğunca %30'undan fazlasına ulaşacak şekilde belirlenmelidir.
(2) İş bandını makul bir şekilde seçin ve bakır elektrotların işleme teknolojisi ve elektrik işleme standart parametreleri de dahil olmak üzere elektrik işleme sırasında makul önlemler alın. İlk önemli nokta, bakır elektrotun tel kesmeden önce yüzey taşlanması ve tel kesme sırasında yerleştirme yönteminin bunu sağlamak için kullanılmasıdır. Elektrotlar gevşek veya deforme olmamalıdır.
(3) Elektriksel işleme sürecinde, diş sapmalarını önlemek için elektrotun doğru bir şekilde hizalanması gerekir. Elbette, makul tasarım ve üretim temelinde, yüksek kaliteli sıcak iş kalıp çeliğinin kullanımı ve üç veya daha fazla temperleme ile vakumlu ısıl işlem süreci, kalıbın potansiyelini en üst düzeye çıkarabilir ve daha iyi sonuçlar elde edebilir. Tasarımdan üretime ve ekstrüzyon üretimine kadar, yalnızca her bağlantı doğruysa ayçiçeği radyatör profil kalıbının ekstrüde edilmesini sağlayabiliriz.
Gönderi zamanı: 01-Ağu-2024
