Como as ligas de alumínio são leves, bonitas, têm boa resistência à corrosão e excelente condutividade térmica e desempenho de processamento, elas são amplamente utilizadas como componentes de dissipação de calor na indústria de TI, eletrônica e automotiva, especialmente na indústria de LED atualmente emergente. Esses componentes de dissipação de calor em liga de alumínio têm boas funções de dissipação de calor. Na produção, a chave para a produção eficiente de extrusão desses perfis de radiador é o molde. Como esses perfis geralmente têm as características de dentes grandes e densos de dissipação de calor e longos tubos de suspensão, a tradicional estrutura de matriz plana, estrutura de matriz dividida e estrutura de matriz de perfil semi-oco não podem atender bem aos requisitos de resistência do molde e moldagem por extrusão.
Atualmente, as empresas confiam mais na qualidade do aço para moldes. Para melhorar a resistência do molde, eles não hesitam em usar aço importado caro. O custo do molde é muito alto e a vida média real do molde é inferior a 3t, fazendo com que o preço de mercado do radiador seja relativamente alto, restringindo seriamente a promoção e popularização das lâmpadas LED. Portanto, as matrizes de extrusão para perfis de radiadores em forma de girassol têm atraído grande atenção do pessoal técnico e de engenharia da indústria.
Este artigo apresenta as diversas tecnologias da matriz de extrusão de perfil de radiador de girassol obtidas através de anos de pesquisa meticulosa e produção experimental repetida por meio de exemplos na produção real, para referência por pares.
1. Análise das características estruturais de perfis de alumínio
A Figura 1 mostra a seção transversal de um perfil típico de alumínio para radiador de girassol. A área da seção transversal do perfil é de 7.773,5 mm², com um total de 40 dentes dissipadores de calor. O tamanho máximo da abertura suspensa formada entre os dentes é de 4,46 mm. Após cálculo, a relação da língua entre os dentes é de 15,7. Ao mesmo tempo, existe uma grande área sólida no centro do perfil, com área de 3.846,5mm².
A julgar pelas características de forma do perfil, o espaço entre os dentes pode ser considerado como perfis semi-ocos, e o perfil do radiador é composto por múltiplos perfis semi-ocos. Portanto, ao projetar a estrutura do molde, o segredo é considerar como garantir a resistência do molde. Embora para perfis semi-ocos, a indústria tenha desenvolvido uma variedade de estruturas de molde maduras, como “molde divisor coberto”, “molde divisor de corte”, “molde divisor de ponte suspensa”, etc. composto por múltiplos perfis semi-ocos. O projeto tradicional considera apenas materiais, mas na moldagem por extrusão, o maior impacto na resistência é a força de extrusão durante o processo de extrusão, e o processo de conformação do metal é o principal fator que gera a força de extrusão.
Devido à grande área sólida central do perfil do radiador solar, é muito fácil fazer com que a vazão geral nesta área seja muito rápida durante o processo de extrusão, e a tensão de tração adicional será gerada na cabeça da suspensão entre dentes tubo, resultando na fratura do tubo de suspensão interdente. Portanto, no projeto da estrutura do molde, devemos nos concentrar no ajuste da vazão do metal e da vazão para atingir o objetivo de reduzir a pressão de extrusão e melhorar o estado de tensão do tubo suspenso entre os dentes, de modo a melhorar a resistência do o molde.
2. Seleção da estrutura do molde e capacidade da prensa de extrusão
2.1 Forma da estrutura do molde
Para o perfil do radiador girassol mostrado na Figura 1, embora não possua parte oca, deve adotar a estrutura de molde dividido conforme mostrado na Figura 2. Diferente da estrutura de molde shunt tradicional, a câmara da estação de soldagem metálica é colocada na parte superior molde, e uma estrutura de inserção é usada no molde inferior. O objetivo é reduzir os custos dos moldes e encurtar o ciclo de fabricação dos moldes. Os conjuntos de molde superior e inferior são universais e podem ser reutilizados. Mais importante ainda, os blocos do furo da matriz podem ser processados de forma independente, o que pode garantir melhor a precisão da correia de trabalho do furo da matriz. O furo interno do molde inferior é projetado como um degrau. A parte superior e o bloco do furo do molde adotam ajuste de folga e o valor da folga em ambos os lados é de 0,06 ~ 0,1 m; a parte inferior adota ajuste de interferência e a quantidade de interferência em ambos os lados é de 0,02 ~ 0,04 m, o que ajuda a garantir a coaxialidade e facilita a montagem, tornando o encaixe do embutimento mais compacto e, ao mesmo tempo, pode evitar a deformação do molde causada pela instalação térmica ajuste de interferência.
2.2 Seleção da capacidade da extrusora
A seleção da capacidade da extrusora visa, por um lado, determinar o diâmetro interno apropriado do cilindro de extrusão e a pressão específica máxima da extrusora na seção do cilindro de extrusão para atender à pressão durante a formação do metal. Por outro lado, trata-se de determinar a taxa de extrusão apropriada e selecionar as especificações apropriadas do tamanho do molde com base no custo. Para o perfil de alumínio do radiador girassol, a taxa de extrusão não pode ser muito grande. A principal razão é que a força de extrusão é proporcional à taxa de extrusão. Quanto maior a taxa de extrusão, maior será a força de extrusão. Isso é extremamente prejudicial para o molde do perfil de alumínio do radiador de girassol.
A experiência mostra que a taxa de extrusão de perfis de alumínio para radiadores de girassol é inferior a 25. Para o perfil mostrado na Figura 1, foi selecionada uma extrusora de 20,0 MN com diâmetro interno do cilindro de extrusão de 208 mm. Após cálculo, a pressão específica máxima da extrusora é de 589MPa, valor mais adequado. Se a pressão específica for muito alta, a pressão no molde será grande, o que prejudica a vida útil do molde; se a pressão específica for muito baixa, ela não poderá atender aos requisitos de formação por extrusão. A experiência mostra que uma pressão específica na faixa de 550 ~ 750 MPa pode atender melhor a vários requisitos do processo. Após cálculo, o coeficiente de extrusão é 4,37. A especificação do tamanho do molde é selecionada como 350 mm x 200 mm (diâmetro externo x graus).
3. Determinação dos parâmetros estruturais do molde
3.1 Parâmetros estruturais do molde superior
(1) Número e disposição dos furos desviadores. Para o molde de derivação do perfil do radiador de girassol, quanto maior o número de furos de derivação, melhor. Para perfis com formas circulares semelhantes, geralmente são selecionados 3 a 4 furos de derivação tradicionais. O resultado é que a largura da ponte shunt é maior. Geralmente, quando é maior que 20 mm, o número de soldas é menor. No entanto, ao selecionar a correia de trabalho do orifício da matriz, a correia de trabalho do orifício da matriz na parte inferior da ponte de derivação deve ser mais curta. Sob a condição de que não exista um método de cálculo preciso para a seleção da correia de trabalho, isso naturalmente fará com que o orifício da matriz sob a ponte e outras peças não atinjam exatamente a mesma taxa de fluxo durante a extrusão devido à diferença na correia de trabalho, Esta diferença na taxa de fluxo produzirá tensão de tração adicional no cantilever e causará deflexão dos dentes de dissipação de calor. Portanto, para a matriz de extrusão do radiador de girassol com um número denso de dentes, é muito crítico garantir que a vazão de cada dente seja consistente. À medida que o número de furos de derivação aumenta, o número de pontes de derivação aumentará proporcionalmente, e a taxa de fluxo e a distribuição do fluxo do metal se tornarão mais uniformes. Isto ocorre porque à medida que o número de pontes shunt aumenta, a largura das pontes shunt pode ser reduzida em conformidade.
Dados práticos mostram que o número de furos de derivação é geralmente 6 ou 8, ou até mais. Obviamente, para alguns perfis grandes de dissipação de calor de girassol, o molde superior também pode organizar os orifícios de derivação de acordo com o princípio da largura da ponte de derivação ≤ 14 mm. A diferença é que deve ser adicionada uma placa divisora frontal para pré-distribuir e ajustar o fluxo do metal. O número e a disposição dos orifícios desviadores na placa desviadora frontal podem ser realizados de forma tradicional.
Além disso, ao organizar os furos de derivação, deve-se considerar o uso do molde superior para proteger adequadamente a cabeça do cantilever do dente de dissipação de calor para evitar que o metal atinja diretamente a cabeça do tubo cantilever e, assim, melhorar o estado de tensão do tubo cantilever. A parte bloqueada da cabeça do cantilever entre os dentes pode ter 1/5 ~ 1/4 do comprimento do tubo do cantilever. O layout dos furos de derivação é mostrado na Figura 3
(2) A relação de área do furo de derivação. Como a espessura da parede da raiz do dente quente é pequena e a altura está longe do centro, e a área física é muito diferente do centro, é a parte mais difícil de formar metal. Portanto, um ponto chave no projeto do molde do perfil do radiador de girassol é tornar a vazão da parte sólida central o mais lenta possível para garantir que o metal preencha primeiro a raiz do dente. Para conseguir tal efeito, por um lado, é a seleção da cinta de trabalho e, mais importante, a determinação da área do furo desviador, principalmente a área da parte central correspondente ao furo desviador. Testes e valores empíricos mostram que o melhor efeito é alcançado quando a área do furo desviador central S1 e a área do furo desviador único externo S2 satisfazem a seguinte relação: S1= (0,52 ~0,72) S2
Além disso, o canal de fluxo de metal efetivo do orifício divisor central deve ser 20 ~ 25 mm mais longo do que o canal de fluxo de metal efetivo do orifício divisor externo. Esse comprimento também leva em consideração a margem e possibilidade de reparo do molde.
(3) Profundidade da câmara de soldagem. A matriz de extrusão do perfil do radiador Sunflower é diferente da matriz de derivação tradicional. Toda a sua câmara de soldagem deve estar localizada na matriz superior. Isso é para garantir a precisão do processamento do bloco de furos da matriz inferior, especialmente a precisão da correia de trabalho. Comparado com o molde de derivação tradicional, a profundidade da câmara de soldagem do molde de derivação do perfil do radiador Sunflower precisa ser aumentada. Quanto maior a capacidade da máquina extrusora, maior será o aumento da profundidade da câmara de soldagem, que é de 15~25mm. Por exemplo, se uma máquina de extrusão de 20 MN for usada, a profundidade da câmara de soldagem da matriz de derivação tradicional é de 20 ~ 22 mm, enquanto a profundidade da câmara de soldagem da matriz de derivação do perfil do radiador de girassol deve ser de 35 ~ 40 mm . A vantagem disso é que o metal é totalmente soldado e a tensão no tubo suspenso é bastante reduzida. A estrutura da câmara de soldagem do molde superior é mostrada na Figura 4.
3.2 Projeto da inserção do furo da matriz
O design do bloco do furo da matriz inclui principalmente o tamanho do furo da matriz, a correia de trabalho, o diâmetro externo e a espessura do bloco do espelho, etc.
(1) Determinação do tamanho do furo da matriz. O tamanho do furo da matriz pode ser determinado de forma tradicional, considerando principalmente a escala do processamento térmico da liga.
(2) Seleção do cinto de trabalho. O princípio da seleção da correia de trabalho é primeiro garantir que o fornecimento de todo o metal na parte inferior da raiz do dente seja suficiente, de modo que a taxa de fluxo na parte inferior da raiz do dente seja mais rápida do que outras partes. Portanto, a cinta de trabalho na parte inferior da raiz do dente deve ser a mais curta, com valor de 0,3 ~ 0,6 mm, e a cinta de trabalho nas partes adjacentes deve ser aumentada em 0,3 mm. O princípio é aumentar 0,4 ~ 0,5 a cada 10 ~ 15 mm em direção ao centro; em segundo lugar, a cinta de trabalho na maior parte sólida do centro não deve exceder 7 mm. Caso contrário, se a diferença de comprimento da correia de trabalho for muito grande, ocorrerão grandes erros no processamento dos eletrodos de cobre e no processamento EDM da correia de trabalho. Este erro pode facilmente quebrar a deflexão do dente durante o processo de extrusão. A cinta de trabalho é mostrada na Figura 5.
(3) O diâmetro externo e a espessura da pastilha. Para moldes shunt tradicionais, a espessura da inserção do furo da matriz é a espessura do molde inferior. No entanto, para o molde do radiador de girassol, se a espessura efetiva do furo da matriz for muito grande, o perfil colidirá facilmente com o molde durante a extrusão e descarga, resultando em dentes irregulares, arranhões ou até mesmo travamento dos dentes. Isso fará com que os dentes quebrem.
Além disso, se a espessura do furo da matriz for muito longa, por um lado, o tempo de processamento é longo durante o processo EDM e, por outro lado, é fácil causar desvio de corrosão elétrica e também é fácil de causar desvio dentário durante a extrusão. Obviamente, se a espessura do furo da matriz for muito pequena, a resistência dos dentes não poderá ser garantida. Portanto, levando em consideração esses dois fatores, a experiência mostra que o grau de inserção do furo da matriz do molde inferior é geralmente de 40 a 50; e o diâmetro externo da inserção do orifício da matriz deve ser de 25 a 30 mm da maior borda do orifício da matriz até o círculo externo da inserção.
Para o perfil mostrado na Figura 1, o diâmetro externo e a espessura do bloco do furo da matriz são 225 mm e 50 mm, respectivamente. A inserção do furo da matriz é mostrada na Figura 6. D na figura é o tamanho real e o tamanho nominal é 225 mm. O desvio limite de suas dimensões externas é combinado de acordo com o furo interno do molde inferior para garantir que a folga unilateral esteja dentro da faixa de 0,01 ~ 0,02 mm. O bloco do furo da matriz é mostrado na Figura 6. O tamanho nominal do furo interno do bloco do furo da matriz colocado no molde inferior é de 225 mm. Com base no tamanho real medido, o bloco do furo da matriz é combinado de acordo com o princípio de 0,01 ~ 0,02 mm por lado. O diâmetro externo do bloco do furo da matriz pode ser obtido como D, mas para a conveniência da instalação, o diâmetro externo do bloco do espelho do furo da matriz pode ser reduzido adequadamente dentro da faixa de 0,1 m na extremidade de alimentação, conforme mostrado na figura .
4. Principais tecnologias de fabricação de moldes
A usinagem do molde do perfil do radiador Sunflower não é muito diferente daquela dos moldes comuns do perfil de alumínio. A diferença óbvia reflete-se principalmente no processamento elétrico.
(1) Em termos de corte de fio, é necessário evitar a deformação do eletrodo de cobre. Como o eletrodo de cobre usado para EDM é pesado, os dentes são muito pequenos, o eletrodo em si é macio, tem baixa rigidez e a alta temperatura local gerada pelo corte do fio faz com que o eletrodo seja facilmente deformado durante o processo de corte do fio. Ao usar eletrodos de cobre deformados para processar cintas de trabalho e facas vazias, ocorrerão dentes tortos, o que pode facilmente fazer com que o molde seja descartado durante o processamento. Portanto, é necessário evitar a deformação dos eletrodos de cobre durante o processo de fabricação online. As principais medidas preventivas são: antes de cortar o fio, nivelar o bloco de cobre com uma cama; use um relógio comparador para ajustar a verticalidade no início; ao cortar com fio, comece primeiro pela parte do dente e, por fim, corte a parte com parede grossa; De vez em quando, use restos de fio de prata para preencher as partes cortadas; depois que o fio for feito, use uma máquina de arame para cortar uma pequena seção de cerca de 4 mm ao longo do comprimento do eletrodo de cobre cortado.
(2) A usinagem por descarga elétrica é obviamente diferente dos moldes comuns. A EDM é muito importante no processamento de moldes de perfis de radiadores de girassol. Mesmo que o design seja perfeito, um leve defeito no EDM fará com que todo o molde seja descartado. A usinagem por descarga elétrica não depende tanto do equipamento quanto o corte do fio. Depende em grande parte das habilidades e proficiência operacional do operador. A usinagem por descarga elétrica presta atenção principalmente aos cinco pontos a seguir:
①Corrente de usinagem de descarga elétrica. 7 ~ 10 Uma corrente pode ser usada para usinagem EDM inicial para reduzir o tempo de processamento; 5~7 Uma corrente pode ser usada para usinagem de acabamento. O objetivo de usar corrente pequena é obter uma boa superfície;
② Garanta o nivelamento da face final do molde e a verticalidade do eletrodo de cobre. O baixo nivelamento da face final do molde ou a verticalidade insuficiente do eletrodo de cobre tornam difícil garantir que o comprimento da correia de trabalho após o processamento EDM seja consistente com o comprimento projetado da correia de trabalho. É fácil para o processo EDM falhar ou até mesmo penetrar na correia dentada de trabalho. Portanto, antes do processamento, um moedor deve ser usado para achatar ambas as extremidades do molde para atender aos requisitos de precisão, e um relógio comparador deve ser usado para corrigir a verticalidade do eletrodo de cobre;
③ Certifique-se de que o espaço entre as facas vazias seja uniforme. Durante a usinagem inicial, verifique se a ferramenta vazia é deslocada a cada 0,2 mm a cada 3 a 4 mm de processamento. Se o deslocamento for grande, será difícil corrigi-lo com ajustes posteriores;
④Remova os resíduos gerados durante o processo de EDM em tempo hábil. A corrosão por descarga de faísca produzirá uma grande quantidade de resíduos, que devem ser limpos a tempo, caso contrário o comprimento da correia de trabalho será diferente devido às diferentes alturas dos resíduos;
⑤O molde deve ser desmagnetizado antes do EDM.
5. Comparação dos resultados de extrusão
O perfil mostrado na Figura 1 foi testado utilizando o molde dividido tradicional e o novo esquema de projeto proposto neste artigo. A comparação dos resultados é mostrada na Tabela 1.
Pode-se observar pelos resultados da comparação que a estrutura do molde tem uma grande influência na vida útil do molde. O molde projetado usando o novo esquema tem vantagens óbvias e melhora muito a vida útil do molde.
6. Conclusão
O molde de extrusão de perfil de radiador de girassol é um tipo de molde muito difícil de projetar e fabricar, e seu projeto e fabricação são relativamente complexos. Portanto, para garantir a taxa de sucesso da extrusão e a vida útil do molde, os seguintes pontos devem ser alcançados:
(1) A forma estrutural do molde deve ser selecionada razoavelmente. A estrutura do molde deve ser propícia à redução da força de extrusão para reduzir a tensão no cantilever do molde formado pelos dentes de dissipação de calor, melhorando assim a resistência do molde. A chave é determinar razoavelmente o número e a disposição dos furos de derivação e a área dos furos de derivação e outros parâmetros: primeiro, a largura da ponte de derivação formada entre os furos de derivação não deve exceder 16 mm; Em segundo lugar, a área do furo dividido deve ser determinada de modo que a taxa de divisão atinja mais de 30% da taxa de extrusão, tanto quanto possível, garantindo ao mesmo tempo a resistência do molde.
(2) Selecione razoavelmente a correia de trabalho e adote medidas razoáveis durante a usinagem elétrica, incluindo a tecnologia de processamento de eletrodos de cobre e os parâmetros elétricos padrão da usinagem elétrica. O primeiro ponto chave é que o eletrodo de cobre deve ser aterrado na superfície antes do corte do fio, e o método de inserção deve ser usado durante o corte do fio para garantir isso. Os eletrodos não estão soltos ou deformados.
(3) Durante o processo de usinagem elétrica, o eletrodo deve estar alinhado com precisão para evitar desvios dentários. É claro que, com base em design e fabricação razoáveis, o uso de aço para molde para trabalho a quente de alta qualidade e o processo de tratamento térmico a vácuo de três ou mais têmperas podem maximizar o potencial do molde e obter melhores resultados. Desde o projeto, fabricação até a produção de extrusão, somente se cada elo for preciso poderemos garantir que o molde do perfil do radiador de girassol seja extrudado.
Horário da postagem: 01 de agosto de 2024
