Alüminyum Profil İçin Ayçiçeği Radyatör Ekstrüzyon Kalıbı Nasıl Tasarlanır?

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 dağıtma dişi vardır. Dişler arasında oluşan maksimum asılı açıklık boyutu 4,46 mm'dir. Hesaplamadan sonra, dişler arasındaki dil oranı 15,7'dir. Aynı zamanda, profilin merkezinde 3846,5 mm² alana sahip büyük bir katı alan vardır.

Profilin şekil özelliklerine bakıldığında, dişler arasındaki boşluk yarı-boş profiller olarak düşünülebilir ve radyatör profili birden fazla yarı-boş profilden oluşur. Bu nedenle, kalıp yapısını tasarlarken, önemli olan kalıbın mukavemetinin nasıl sağlanacağını düşünmektir. Yarı-boş profiller için, endüstri "kapalı ayırıcı kalıp", "kesik ayırıcı kalıp", "askı köprü ayırıcı kalıp" vb. gibi çeşitli olgun kalıp yapıları geliştirmiş olsa da, bu yapılar birden fazla yarı-boş profilden oluşan ürünlere uygulanamaz. Geleneksel tasarım yalnızca malzemeleri dikkate alır, ancak ekstrüzyon kalıplamada, mukavemet üzerindeki en büyük etki, ekstrüzyon işlemi sırasındaki ekstrüzyon kuvvetidir ve metal şekillendirme işlemi ekstrüzyon kuvvetini oluşturan ana faktördür.

Güneş radyatörü profilinin büyük merkezi katı alanı nedeniyle, ekstrüzyon işlemi sırasında bu alandaki genel akış hızının çok hızlı olmasına neden olmak çok kolaydır ve intertooth süspansiyon tüpünün başında ek çekme gerilimi oluşacaktır, bu da intertooth süspansiyon tüpünün kırılmasına neden olacaktır. Bu nedenle, kalıp yapısının tasarımında, ekstrüzyon basıncını azaltma ve dişler arasındaki askılı borunun gerilim durumunu iyileştirme amacına ulaşmak için metal akış hızının ve akış hızının ayarlanmasına odaklanmalıyız, böylece kalıbın mukavemetini iyileştirmeliyiz.

2. Kalıp yapısının ve ekstrüzyon pres kapasitesinin seçimi

2.1 Kalıp yapısı formu

Şekil 1'de gösterilen ayçiçeği radyatör profili için, içi boş bir parçası olmamasına rağmen, 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 yapı kullanılır. Amaç, kalıp maliyetlerini düşürmek ve kalıp üretim döngüsünü kısaltmaktır. Hem üst kalıp hem de alt kalıp setleri evrenseldir ve yeniden kullanılabilir. Daha da önemlisi, kalıp deliği blokları bağımsız olarak işlenebilir, bu da kalıp deliği çalışma kayışının doğruluğunu daha iyi sağlayabilir. Alt kalıbın iç deliği bir basamak olarak tasarlanmıştır. Üst parça ve kalıp deliği bloğu boşluk uyumunu benimser ve her iki taraftaki boşluk değeri 0,06 ~ 0,1 m'dir; alt parça sıkıştırma uyumunu benimser ve her iki taraftaki sıkıştırma miktarı 0,02 ~ 0,04 m'dir, bu da koaksiyelliği sağlamaya yardımcı olur ve montajı kolaylaştırır, kakma uyumunu daha kompakt hale getirir ve aynı zamanda termal kurulum sıkıştırma uyumundan kaynaklanan kalıp deformasyonunu önleyebilir.

2.2 Ekstruder kapasitesinin seçimi

Ekstruder kapasitesinin seçimi, bir yandan ekstrüzyon namlusunun uygun iç çapını ve metal şekillendirme sırasında basıncı karşılamak için ekstrüderin ekstrüzyon namlusu bölümündeki 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 olamaz. Bunun başlıca nedeni, ekstrüzyon kuvvetinin ekstrüzyon oranıyla orantılı olmasıdır. Ekstrüzyon oranı ne kadar büyükse, ekstrüzyon kuvveti de o kadar büyük olur. Bu, ayçiçeği radyatör alüminyum profil kalıbı için son derece zararlıdır.

Deneyimler, ayçiçeği radyatörleri için alüminyum profillerin ekstrüzyon oranının 25'ten az olduğunu göstermektedir. Şekil 1'de gösterilen profil için, 208 mm ekstrüzyon namlusu iç çapına sahip 20.0 MN'lik bir ekstruder seçilmiştir. Hesaplamadan sonra, ekstrüderin maksimum özgül basıncı, daha uygun bir değer olan 589 MPa'dır. Özgül basınç çok yüksekse, kalıp üzerindeki basınç büyük olacak ve kalıbın ömrü için zararlı olacaktır; özgül basınç çok düşükse, ekstrüzyon şekillendirme gereksinimlerini karşılayamayacaktır. Deneyimler, 550 ~ 750 MPa aralığındaki bir özgül basıncın çeşitli proses gereksinimlerini daha iyi karşılayabileceğini göstermektedir. Hesaplamadan sonra, ekstrüzyon katsayısı 4,37'dir. Kalıp boyut spesifikasyonu, 350 mm x 200 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 çok olursa 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 olmaması koşuluyla, çalışma kayışındaki fark nedeniyle, köprünün altındaki kalıp deliğinin ve diğer parçaların ekstrüzyon sırasında tam olarak aynı akış hızına ulaşmamasına neden olacaktır. Akış hızındaki bu fark, konsol üzerinde ek çekme gerilimi oluşturacak ve ısı dağıtma dişlerinin sapmasına neden olacaktır. Bu nedenle, yoğun sayıda dişe 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 eşit hale gelecektir. Bunun nedeni, şönt köprülerinin sayısı arttıkça, şönt köprülerinin genişliğinin buna bağlı olarak azaltılabilmesidir.

Pratik veriler, şönt deliklerinin sayısının genellikle 6 veya 8 veya daha fazla olduğunu göstermektedir. Elbette, bazı büyük ayçiçeği ısı dağılımı 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 bir şekilde gerçekleştirilebilir.

Ek olarak, şönt deliklerini düzenlerken, metalin doğrudan konsol tüpünün başına çarpmasını önlemek ve böylece konsol tüpünün gerilim durumunu iyileştirmek için ısı dağıtım dişinin konsolunun başını uygun şekilde korumak için üst kalıbın kullanılması dikkate alınmalıdır. Dişler arasındaki konsol başının tıkalı kısmı, konsol tüpünün uzunluğunun 1/5~1/4'ü olabilir. Şönt deliklerinin düzeni Şekil 3'te gösterilmiştir

(2) Şönt deliğinin alan ilişkisi. Sıcak dişin kökünün duvar kalınlığı küçük ve yüksekliği merkezden uzak olduğundan ve fiziksel alanı merkezden çok farklı olduğundan, metalin oluşturulması en zor kısımdır. 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 kayışının seçilmesi ve daha da önemlisi, esas olarak, yönlendirici deliğe karşılık gelen merkezi parçanın alanı olan yönlendirici deliğin alanının belirlenmesi gerekir. Testler ve deneysel değerler, merkezi yönlendirici deliğin alanı S1 ve harici tek yönlendirici deliğin alanı S2 aşağıdaki ilişkiyi sağladığında en iyi etkinin elde edildiğini göstermektedir: S1= (0,52 ~ 0,72) S2

Ek olarak, merkezi ayırıcı deliğin etkin metal akış kanalı, dış ayırıcı deliğin etkin metal akış kanalından 20~25 mm daha uzun olmalıdır. Bu uzunluk ayrıca marjı ve kalıp onarım olasılığını da hesaba katar.

(3) Kaynak odasının derinliği. Ayçiçeği radyatör profil ekstrüzyon kalıbı, geleneksel şönt kalıbından farklıdır. Tüm kaynak odası üst kalıpta bulunmalıdır. Bu, alt kalıbın delik bloğu işleme doğruluğunu, özellikle de çalışma bandının doğruluğunu sağlamak içindir. Geleneksel şönt kalıbıyla karşılaştırıldığında, Ayçiçeği radyatör profil şönt kalıbının kaynak odasının derinliğinin artırılması gerekir. Ekstrüzyon makinesi kapasitesi ne kadar büyükse, 15~25 mm olan kaynak odasının derinliğindeki artış da o kadar büyük olur. Örneğin, 20 MN ekstrüzyon makinesi kullanılırsa, 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 borudaki 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 boyutu, çalışma bandı, ayna bloğunun dış çapı ve kalınlığı vb. içerir.

(1) Kalıp deliği boyutunun belirlenmesi. Kalıp deliği boyutu, esas olarak alaşımlı termal işlemin ölçeklendirilmesi dikkate alınarak geleneksel bir şekilde belirlenebilir.

(2) Çalışma kayışının seçimi. Çalışma kayışı seçiminin prensibi, öncelikle diş kökünün altındaki tüm metalin tedarikinin yeterli olduğundan emin olmaktır, böylece diş kökünün altındaki akış hızı diğer parçalardan daha hızlı olur. Bu nedenle, diş kökünün altındaki çalışma kayışı 0,3~0,6 mm değerinde en kısa olmalı ve bitişik parçalardaki çalışma kayışı 0,3 mm artırılmalıdır. Prensip, merkeze doğru her 10~15 mm'de 0,4~0,5 artırmaktır; ikinci olarak, merkezin en büyük katı kısmındaki çalışma kayışı 7 mm'yi geçmemelidir. Aksi takdirde, çalışma kayışının uzunluk farkı çok büyükse, bakır elektrotların işlenmesinde ve çalışma kayışının EDM işlenmesinde 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 kalıpları için, kalıp deliği ek parçasının kalınlığı alt kalıbın kalınlığıdır. Ancak ayçiçeği radyatör kalıbı için, kalıp deliğinin etkili kalınlığı çok büyükse, profil ekstrüzyon ve boşaltma sırasında kalıpla kolayca çarpışır ve bunun sonucunda düzensiz dişler, çizikler veya hatta diş sıkışması meydana gelir. Bunlar dişlerin kırılmasına neden olur.

Ayrıca, kalıp deliğinin kalınlığı çok uzunsa, bir yandan EDM işlemi sırasında işleme süresi uzun olur ve diğer yandan elektriksel korozyon sapmasına neden olmak kolaydır ve ekstrüzyon sırasında diş sapmasına neden olmak da kolaydır. Elbette, kalıp deliği kalınlığı çok küçükse, dişlerin mukavemeti garanti edilemez. Bu nedenle, bu iki faktörü göz önünde bulundurarak, deneyim, alt kalıbın kalıp deliği ek parçası derecesinin genellikle 40 ila 50 olduğunu; kalıp deliği ek parçasının dış çapının, kalıp deliğinin en geniş kenarından ek parçasının dış çemberine kadar 25 ila 30 mm olması gerektiğini göstermektedir.

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 boyuttur 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 göre, 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. Bariz fark esas olarak elektriksel işlemede yansıtılır.

(1) Tel kesme açısından, bakır elektrodun deformasyonunu önlemek gerekir. EDM için kullanılan bakır elektrod ağır olduğundan, dişleri çok küçüktür, elektrodun kendisi yumuşaktır, zayıf sertliğe sahiptir ve tel kesme ile 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 meydana gelir ve bu da işleme sırasında kalıbın kolayca hurdaya ayrılmasına neden olabilir. Bu nedenle, çevrimiçi üretim süreci sırasında bakır elektrotların deformasyonunu önlemek gerekir. Ana 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 duvarlı 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. EDM, ayçiçeği radyatör profil kalıplarının işlenmesinde çok önemlidir. Tasarım mükemmel olsa bile, EDM'deki ufak 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 işleme esas olarak aşağıdaki beş noktaya dikkat eder:

①Elektrik deşarjlı işleme akımı. 7~10 A akım, işleme süresini kısaltmak için ilk EDM işleme için kullanılabilir; 5~7 A akım, son işleme için kullanılabilir. Küçük akım kullanmanın amacı iyi bir yüzey elde etmektir;

② Kalıp uç yüzünün düz olduğundan ve bakır elektrodun dikey olduğundan emin olun. Kalıp uç yüzünün zayıf düz olması veya bakır elektrodun yetersiz dikey olması, EDM işleminden sonra iş bandının uzunluğunun tasarlanan iş bandı uzunluğuyla tutarlı olmasını sağlamayı zorlaştırır. EDM işleminin başarısız olması veya hatta dişli iş bandına nüfuz etmesi kolaydır. Bu nedenle, işlemeden önce, doğruluk gereksinimlerini karşılamak için kalıbın her iki ucunu düzeltmek için 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 aletin her 3 ila 4 mm işlemede 0,2 mm'de bir ofset olup olmadığını kontrol edin. Ofset büyükse, sonraki ayarlamalarla düzeltmek zor olacaktır;

④EDM işlemi sırasında oluşan kalıntıları zamanında temizleyin. Kıvılcım deşarj korozyonu, zamanında temizlenmesi gereken büyük miktarda kalıntı üretecektir, aksi takdirde kalıntıların farklı yükseklikleri nedeniyle çalışma kayışının uzunluğu farklı olacaktır;

⑤EDM öncesinde kalıbın manyetikliği giderilmelidir.

5. Ekstrüzyon sonuçlarının karşılaştırılması

Şekil 1'de gösterilen profil, geleneksel bölünmüş kalıp ve bu makalede önerilen yeni tasarım şeması kullanılarak test edildi. Sonuçların karşılaştırması Tablo 1'de gösterilmiştir.

Karşılaştırma sonuçlarından, kalıp yapısının kalıp ömrü üzerinde büyük bir etkiye sahip olduğu görülebilir. Yeni şema kullanılarak tasarlanan kalıbın belirgin avantajları vardır ve kalıp ömrünü büyük ölçüde iyileştirir.

6. Sonuç

Ayçiçeği radyatör profil ekstrüzyon kalıbı, tasarımı ve üretimi oldukça zor olan bir kalıp türüdür ve tasarımı ve üretimi nispeten karmaşıktır. Bu nedenle, kalıbın ekstrüzyon başarı oranını ve hizmet ömrünü garantilemek için aşağıdaki noktalara ulaşılmalıdır:

(1) Kalıbın yapısal formu makul bir şekilde seçilmelidir. Kalıbın yapısı, ısı dağıtım dişleri tarafından oluşturulan kalıp konsolundaki stresi azaltmak için ekstrüzyon kuvvetini azaltmaya elverişli olmalı ve böylece kalıbın mukavemetini artırmalıdır. Anahtar, şönt deliklerinin sayısını ve düzenini ve şönt deliklerinin alanını ve diğer parametreleri makul bir şekilde belirlemektir: birincisi, şönt delikleri arasında oluşan şönt köprüsünün genişliği 16 mm'yi geçmemelidir; ikincisi, bölünmüş delik alanı, kalıbın mukavemetini sağlarken mümkün olduğunca bölünme oranının ekstrüzyon oranının %30'undan fazlasına ulaşacak şekilde belirlenmelidir.

(2) Çalışma kemerini makul bir şekilde seçin ve bakır elektrotların işleme teknolojisi ve elektrik işleme standart parametreleri dahil olmak üzere elektrik işleme sırasında makul önlemler alın. İlk önemli nokta, bakır elektrotun tel kesmeden önce yüzeysel olarak taşlanması ve tel kesme sırasında yerleştirme yönteminin bunu sağlamak için kullanılmasıdır. Elektrotlar gevşek veya deforme olmamıştır.

(3) Elektriksel işleme süreci sırasında, diş sapmasından kaçınmak için elektrot doğru bir şekilde hizalanmalıdır. Elbette, makul tasarım ve üretim temelinde, yüksek kaliteli sıcak iş kalıp çeliğinin kullanımı ve üç veya daha fazla temperlemenin 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.