כיצד לעצב את תבנית ההבלטה של ​​רדיאטור חמניות עבור פרופיל אלומיניום?

1. ניתוח מאפיינים מבניים של חתכי פרופיל אלומיניום

איור 1 מציג את חתך הרוחב של פרופיל אלומיניום טיפוסי לרדיאטור חמניות. שטח החתך של הפרופיל הוא 7773.5 מ"מ², עם סך של 40 שיניים לפיזור חום. גודל הפתח התלוי המקסימלי שנוצר בין השיניים הוא 4.46 מ"מ. לאחר החישוב, יחס הלשון בין השיניים הוא 15.7. יחד עם זאת, ישנו שטח מוצק גדול במרכז הפרופיל, עם שטח של 3846.5 מ"מ².

אם לשפוט לפי מאפייני הצורה של הפרופיל, ניתן להתייחס לרווח בין השיניים כפרופילים חצי חלולים, ופרופיל הרדיאטור מורכב מפרופילים חצי חלולים מרובים. לכן, בעת תכנון מבנה התבנית, המפתח הוא לשקול כיצד להבטיח את חוזק התבנית. למרות שעבור פרופילים חצי חלולים, התעשייה פיתחה מגוון מבני תבנית בוגרים, כגון "תבנית מפצל מכוסה", "תבנית מפצל חתוך", "תבנית מפצל גשר תלוי" וכו'. עם זאת, מבנים אלה אינם ישימים למוצרים המורכבים מפרופילים חצי חלולים מרובים. תכנון מסורתי מתחשב רק בחומרים, אך ביציקת שיחול, ההשפעה הגדולה ביותר על החוזק היא כוח השיחול במהלך תהליך השיחול, ותהליך עיצוב המתכת הוא הגורם העיקרי ליצירת כוח השיחול.

בשל השטח המרכזי הגדול והמוצק של פרופיל רדיאטור הסולארי, קל מאוד לגרום לקצב הזרימה הכולל באזור זה להיות מהיר מדי במהלך תהליך השיחול, ויווצר מאמץ מתיחה נוסף על ראש צינור התלייה בין השיניים, וכתוצאה מכך ייווצר שבר של צינור התלייה בין השיניים. לכן, בתכנון מבנה התבנית, עלינו להתמקד בהתאמת קצב הזרימה של המתכת וקצב הזרימה כדי להשיג את המטרה של הפחתת לחץ השיחול ושיפור מצב המאמץ של הצינור התלוי בין השיניים, על מנת לשפר את חוזק התבנית.

2. בחירת מבנה התבנית וקיבולת מכבש ההבלטה

2.1 צורת מבנה התבנית

עבור פרופיל רדיאטור החמניות המוצג באיור 1, למרות שאין לו חלק חלול, עליו לאמץ את מבנה התבנית המפוצלת כפי שמוצג באיור 2. בשונה ממבנה תבנית המחלף המסורתי, תא תחנת ההלחמה המתכתית ממוקם בתבנית העליונה, ומבנה הכנס משמש בתבנית התחתונה. המטרה היא להפחית את עלויות התבנית ולקצר את מחזור ייצור התבנית. גם סט התבנית העליונה וגם סט התבנית התחתונה הן אוניברסליות וניתנות לשימוש חוזר. חשוב מכך, ניתן לעבד את בלוקי חור התבנית באופן עצמאי, מה שיכול להבטיח טוב יותר את דיוק חגורת העבודה של חור התבנית. החור הפנימי של התבנית התחתונה מתוכנן כמדרגה. החלק העליון ובלוק חור התבנית מאמצים התאמת מרווח, וערך הפער משני הצדדים הוא 0.06~0.1 מטר; החלק התחתון מאמצת התאמת הפרעות, וכמות ההפרעות משני הצדדים היא 0.02~0.04 מטר, מה שעוזר להבטיח קואקסיאליות ומקל על ההרכבה, מה שהופך את התאמת השיבוץ לקומפקטית יותר, ובמקביל, זה יכול למנוע עיוות תבנית הנגרם על ידי התאמת הפרעות התקנה תרמית.

2.2 בחירת קיבולת מכבש

בחירת קיבולת המכבש נועדה, מצד אחד, לקבוע את הקוטר הפנימי המתאים של חבית החול ואת הלחץ הספציפי המרבי של המכבש על קטע חבית החול כדי לעמוד בלחץ במהלך עיצוב המתכת. מצד שני, נועדה לקבוע את יחס החול המתאים ולבחור את מפרט גודל התבנית המתאים בהתבסס על העלות. עבור פרופיל אלומיניום של רדיאטור חמניות, יחס החול לא יכול להיות גדול מדי. הסיבה העיקרית היא שכוח החול פרופורציונלי ליחס החול. ככל שיחס החול גדול יותר, כך כוח החול גדול יותר. זה מזיק ביותר לתבנית פרופיל אלומיניום של רדיאטור חמניות.

הניסיון מראה שיחס האקסטרוזיה של פרופילי אלומיניום עבור רדיאטורים של חמניות נמוך מ-25. עבור הפרופיל המוצג באיור 1, נבחר מכבש 20.0 MN עם קוטר פנימי של 208 מ"מ של חבית אקסטרוזיה. לאחר החישוב, הלחץ הסגולי המרבי של המכבש הוא 589MPa, שהוא ערך מתאים יותר. אם הלחץ הסגולי גבוה מדי, הלחץ על התבנית יהיה גדול, דבר שפוגע באורך החיים של התבנית; אם הלחץ הסגולי נמוך מדי, היא לא תוכל לעמוד בדרישות עיצוב האקסטרוזיה. הניסיון מראה שלחץ ספציפי בטווח של 550~750MPa יכול לעמוד טוב יותר בדרישות תהליך שונות. לאחר החישוב, מקדם האקסטרוזיה הוא 4.37. מפרט גודל התבנית נבחר כ-350 מ"מx200 מ"מ (קוטר חיצוני x מעלות).

3. קביעת פרמטרים מבניים של עובש

3.1 פרמטרים מבניים של התבנית העליונה

(1) מספר וסידור חורי ההסטה. עבור תבנית שאנט של פרופיל רדיאטור חמניות, ככל שמספר חורי השאנט גדול יותר, כך ייטב. עבור פרופילים בעלי צורות מעגליות דומות, בדרך כלל נבחרים 3 עד 4 חורי שאנט מסורתיים. התוצאה היא שרוחב גשר השאנט גדול יותר. באופן כללי, כאשר הוא גדול מ-20 מ"מ, מספר הריתוכים קטן יותר. עם זאת, בעת בחירת רצועת העבודה של חור התבנית, רצועת העבודה של חור התבנית בתחתית גשר השאנט חייבת להיות קצרה יותר. בתנאי שאין שיטת חישוב מדויקת לבחירת רצועת העבודה, הדבר יגרום באופן טבעי לכך שחור התבנית שמתחת לגשר וחלקים אחרים לא ישיגו בדיוק את אותו קצב זרימה במהלך החול עקב ההבדל ברצועת העבודה. הבדל זה בקצב הזרימה ייצור מאמץ מתיחה נוסף על הקנטיליבר ויגרום לעיוות של שיני פיזור החום. לכן, עבור תבנית שחול של רדיאטור חמניות עם מספר שיניים צפוף, חשוב מאוד להבטיח שקצב הזרימה של כל שן יהיה עקבי. ככל שמספר חורי השאנט גדל, מספר גשרי השאנט יגדל בהתאם, וקצב הזרימה וחלוקת הזרימה של המתכת יהפכו לאחידים יותר. הסיבה לכך היא שככל שמספר גשרי השאנט גדל, ניתן להפחית את רוחב גשרי השאנט בהתאם.

נתונים מעשיים מראים שמספר חורי השאנט הוא בדרך כלל 6 או 8, או אפילו יותר. כמובן, עבור פרופילי פיזור חום גדולים של חמניות, התבנית העליונה יכולה גם לסדר את חורי השאנט לפי העיקרון של רוחב גשר השאנט ≤ 14 מ"מ. ההבדל הוא שיש להוסיף לוחית מפצל קדמית כדי לפזר מראש ולכוונן את זרימת המתכת. ניתן לבצע את מספר וסידור חורי ההסבה בלוחית ההסבה הקדמית בצורה מסורתית.

בנוסף, בעת סידור חורי השאנט, יש לשקול שימוש בתבנית העליונה כדי להגן כראוי על ראש הקנטיליבר של שן פיזור החום כדי למנוע מהמתכת לפגוע ישירות בראש צינור הקנטיליבר ובכך לשפר את מצב המאמץ של צינור הקנטיליבר. החלק החסום של ראש הקנטיליבר בין השיניים יכול להיות 1/5 ~ 1/4 מאורך צינור הקנטיליבר. פריסת חורי השאנט מוצגת באיור 3.

(2) יחסי השטח של חור המעבר. מכיוון שעובי הדופן של שורש השן החמה קטן והגובה רחוק מהמרכז, והשטח הפיזי שונה מאוד מהמרכז, זהו החלק הקשה ביותר ליצירת מתכת. לכן, נקודה מרכזית בתכנון תבנית פרופיל רדיאטור חמניות היא להפוך את קצב הזרימה של החלק המוצק המרכזי לאיטי ככל האפשר כדי להבטיח שהמתכת תמלא תחילה את שורש השן. על מנת להשיג אפקט כזה, מצד אחד, מדובר בבחירת רצועת העבודה, וחשוב מכך, קביעת שטח חור ההסבה, בעיקר שטח החלק המרכזי המתאים לחור ההסבה. בדיקות וערכים אמפיריים מראים שהאפקט הטוב ביותר מושג כאשר שטח חור ההסבה המרכזי S1 ושטח חור ההסבה החיצוני היחיד S2 מקיימים את הקשר הבא: S1= (0.52 ~0.72) S2

בנוסף, תעלת זרימת המתכת האפקטיבית של חור המפצל המרכזי צריכה להיות ארוכה ב-20~25 מ"מ מתעלת זרימת המתכת האפקטיבית של חור המפצל החיצוני. אורך זה לוקח בחשבון גם את מרווח התיקון והאפשרות של עובש.

(3) עומק תא הריתוך. תבנית שיחול פרופיל הרדיאטור של חמניות שונה מתבנית שאנט מסורתית. כל תא הריתוך שלה חייב להיות ממוקם בתבנית העליונה. זאת כדי להבטיח את דיוק עיבוד בלוק החורים של התבנית התחתונה, ובמיוחד את דיוק רצועת העבודה. בהשוואה לתבנית שאנט מסורתית, יש להגדיל את עומק תא הריתוך של תבנית שאנט פרופיל הרדיאטור של חמניות. ככל שקיבולת מכונת השיחול גדולה יותר, כך עומק תא הריתוך גדל, שהוא 15~25 מ"מ. לדוגמה, אם משתמשים במכונת שיחול 20 MN, עומק תא הריתוך של תבנית השאנט המסורתית הוא 20~22 מ"מ, בעוד שעומק תא הריתוך של תבנית השאנט של פרופיל הרדיאטור של חמניות צריך להיות 35~40 מ"מ. היתרון בכך הוא שהמתכת מרותכת במלואה והלחץ על הצינור התלוי מופחת משמעותית. מבנה תא הריתוך של התבנית העליונה מוצג באיור 4.

3.2 תכנון של חור הכנסת השבב

תכנון בלוק חור התבנית כולל בעיקר את גודל חור התבנית, רצועת העבודה, הקוטר החיצוני ועובי בלוק המראה וכו'.

(1) קביעת גודל חור התבנית. ניתן לקבוע את גודל חור התבנית בדרך מסורתית, בעיקר תוך התחשבות בקנה המידה של עיבוד תרמי של סגסוגת.

(2) בחירת רצועת עבודה. עקרון בחירת רצועת העבודה הוא ראשית להבטיח שאספקת כל המתכת בתחתית שורש השן תהיה מספקת, כך שקצב הזרימה בתחתית שורש השן יהיה מהיר יותר מחלקים אחרים. לכן, רצועת העבודה בתחתית שורש השן צריכה להיות הקצרה ביותר, עם ערך של 0.3~0.6 מ"מ, ורצועת העבודה בחלקים הסמוכים צריכה להיות מוגדלת ב-0.3 מ"מ. העיקרון הוא להגדיל ב-0.4~0.5 כל 10~15 מ"מ לכיוון המרכז; שנית, רצועת העבודה בחלק המוצק הגדול ביותר במרכז לא צריכה לעלות על 7 מ"מ. אחרת, אם הפרש האורך של רצועת העבודה גדול מדי, יתרחשו שגיאות גדולות בעיבוד אלקטרודות הנחושת ובעיבוד EDM של רצועת העבודה. שגיאה זו עלולה לגרום בקלות לשבירת סטיית השן במהלך תהליך האקסטרוזיה. רצועת העבודה מוצגת באיור 5.

 

(3) הקוטר החיצוני ועובי התוספת. עבור תבניות שאנט מסורתיות, עובי חור התוספת של התבנית הוא עובי התבנית התחתונה. עם זאת, עבור תבנית רדיאטור חמניות, אם העובי האפקטיבי של חור התבנית גדול מדי, הפרופיל יתנגש בקלות בתבנית במהלך הבליטה והפריקה, וכתוצאה מכך שיניים לא אחידות, שריטות או אפילו חסימות שיניים. אלה יגרמו לשבירת השיניים.

בנוסף, אם עובי חור התבנית ארוך מדי, מצד אחד, זמן העיבוד ארוך במהלך תהליך ה-EDM, ומצד שני, קל לגרום לסטיית קורוזיה חשמלית, וגם קל לגרום לסטיית שיניים במהלך האקסטרוזיה. כמובן, אם עובי חור התבנית קטן מדי, לא ניתן להבטיח את חוזק השיניים. לכן, בהתחשב בשני גורמים אלה, הניסיון מראה שדרגת הכנסת חור התבנית של התבנית התחתונה היא בדרך כלל 40 עד 50; והקוטר החיצוני של הכנסת חור התבנית צריך להיות 25 עד 30 מ"מ מהקצה הגדול ביותר של חור התבנית ועד למעגל החיצוני של הכנס.

עבור הפרופיל המוצג באיור 1, הקוטר החיצוני והעובי של בלוק חור השבב הם 225 מ"מ ו-50 מ"מ בהתאמה. תוסף חור השבב מוצג באיור 6. D באיור הוא הגודל בפועל והגודל הנומינלי הוא 225 מ"מ. סטיית הגבול של מידותיו החיצוניות מותאמת בהתאם לחור הפנימי של התבנית התחתונה על מנת להבטיח שהפער החד-צדדי יהיה בטווח של 0.01~0.02 מ"מ. בלוק חור השבב מוצג באיור 6. הגודל הנומינלי של החור הפנימי של בלוק חור השבב המונח על התבנית התחתונה הוא 225 מ"מ. בהתבסס על הגודל הנמדד בפועל, בלוק חור השבב מותאם לפי העיקרון של 0.01~0.02 מ"מ לכל צד. ניתן לקבל את הקוטר החיצוני של בלוק חור השבב כ-D, אך לנוחות ההתקנה, ניתן להפחית את הקוטר החיצוני של בלוק המראה של חור השבב בצורה מתאימה בטווח של 0.1 מטר בקצה ההזנה, כפי שמוצג באיור.

4. טכנולוגיות מפתח של ייצור תבניות

עיבוד שבבי של תבנית פרופיל הרדיאטור של חמניות אינו שונה בהרבה מזה של תבניות פרופיל אלומיניום רגילות. ההבדל הברור בא לידי ביטוי בעיקר בעיבוד החשמלי.

(1) מבחינת חיתוך חוטים, יש צורך למנוע עיוות של אלקטרודת הנחושת. מכיוון שאלקטרודת הנחושת המשמשת לעיבוד אלקטרוני היא כבדה, השיניים קטנות מדי, האלקטרודה עצמה רכה, בעלת קשיחות נמוכה, והטמפרטורה הגבוהה המקומית הנוצרת מחיתוך חוטים גורמת לעיוות קל של האלקטרודה במהלך תהליך חיתוך החוט. בעת שימוש באלקטרודות נחושת מעוותות לעיבוד רצועות עבודה וסכינים ריקות, ייווצרו שיניים עקומות, מה שעלול בקלות לגרום לשריטות התבנית במהלך העיבוד. לכן, יש צורך למנוע עיוות של אלקטרודות הנחושת במהלך תהליך הייצור המקוון. אמצעי המניעה העיקריים הם: לפני חיתוך חוטים, יש לפלס את גוש הנחושת בעזרת מצע; השתמש במחוון חוגה כדי לכוון את האנכיות בהתחלה; בעת חיתוך חוטים, התחילו תחילה מחלק השן, ולבסוף חתכו את החלק בעל הדופן העבה; מדי פעם, השתמשו בחוט כסף גרוטאות כדי למלא את החלקים החתוכים; לאחר ייצור החוט, השתמשו במכונת חוטים כדי לחתוך קטע קצר של כ-4 מ"מ לאורך אלקטרודת הנחושת החתוכה.

(2) עיבוד שבבי פריקה חשמלית שונה באופן ברור מתבניות רגילות. עיבוד שבבי EDM חשוב מאוד בעיבוד תבניות פרופיל רדיאטור חמניות. גם אם העיצוב מושלם, פגם קל בעיבוד שבבי EDM יגרום לגריטה של ​​כל התבנית. עיבוד שבבי פריקה חשמלית אינו תלוי בציוד כמו חיתוך חוטים. זה תלוי במידה רבה בכישורי התפעול ובמיומנות של המפעיל. עיבוד שבבי פריקה חשמלית שם לב בעיקר לחמש הנקודות הבאות:

①זרם עיבוד פריקה חשמלית. ניתן להשתמש בזרם של 7~10 אמפר לעיבוד ראשוני של EDM כדי לקצר את זמן העיבוד; ניתן להשתמש בזרם של 5~7 אמפר לעיבוד גימור. מטרת השימוש בזרם קטן היא להשיג משטח טוב;

② יש לוודא את שטוחות פני הקצה של התבנית ואת האנכיות של אלקטרודת הנחושת. שטוחות ירודה של פני הקצה של התבנית או אנכיות לא מספקת של אלקטרודת הנחושת מקשים על הבטחת אורך רצועת העבודה לאחר עיבוד EDM בהתאם לאורך רצועת העבודה המתוכננת. תהליך ה-EDM עלול להיכשל או אפילו לחדור את רצועת העבודה המשוננת. לכן, לפני העיבוד, יש להשתמש במטחנה כדי לשטח את שני קצוות התבנית כדי לעמוד בדרישות הדיוק, ויש להשתמש במחוון חוגה כדי לתקן את האנכיות של אלקטרודת הנחושת;

③ ודאו שהרווח בין הסכינים הריקות שווה. במהלך העיבוד הראשוני, בדקו האם הכלי הריק מוטה כל 0.2 מ"מ בכל 3 עד 4 מ"מ של עיבוד. אם ההסטה גדולה, יהיה קשה לתקן אותה באמצעות התאמות נוספות;

④הסר את השאריות שנוצרו במהלך תהליך ה-EDM בזמן. קורוזיה מפליטת ניצוצות תייצר כמות גדולה של שאריות, אותן יש לנקות בזמן, אחרת אורך רצועת העבודה יהיה שונה עקב גבהים שונים של השאריות;

⑤ יש לבצע דה-מגנטיזציה של התבנית לפני ביצוע תהליך EDM.

5. השוואה בין תוצאות האקסטרוזיה

הפרופיל המוצג באיור 1 נבדק באמצעות תבנית מפוצלת מסורתית וסכימת התכנון החדשה המוצעת במאמר זה. השוואת התוצאות מוצגת בטבלה 1.

מתוצאות ההשוואה ניתן לראות כי למבנה התבנית יש השפעה רבה על חיי התבנית. לתבנית שתוכננה באמצעות התוכנית החדשה יש יתרונות ברורים והיא משפרת מאוד את חיי התבנית.

6. סיכום

תבנית שחול לפרופיל רדיאטור חמניות היא סוג של תבנית שקשה מאוד לתכנן וייצור, והעיצוב והייצור שלה מורכבים יחסית. לכן, כדי להבטיח את שיעור ההצלחה של השחול ואת חיי השירות של התבנית, יש להשיג את הנקודות הבאות:

(1) יש לבחור את צורת המבנה של התבנית בצורה סבירה. מבנה התבנית חייב להיות תורם להפחתת כוח הבליטה כדי להפחית את הלחץ על שלוחת התבנית שנוצרת על ידי שיני פיזור החום, ובכך לשפר את חוזק התבנית. המפתח הוא לקבוע באופן סביר את מספר וסידור חורי השאנט ואת שטח חורי השאנט ופרמטרים אחרים: ראשית, רוחב גשר השאנט שנוצר בין חורי השאנט לא יעלה על 16 מ"מ; שנית, יש לקבוע את שטח חור הפיצול כך שיחס הפיצול יגיע ליותר מ-30% מיחס הבליטה ככל האפשר תוך הבטחת חוזק התבנית.

(2) בחרו בצורה סבירה את רצועת העבודה ונקטו באמצעים סבירים במהלך עיבוד חשמלי, כולל טכנולוגיית עיבוד של אלקטרודות נחושת ופרמטרי התקן החשמלי של עיבוד חשמלי. נקודת המפתח הראשונה היא שיש ללטש את אלקטרודת הנחושת לפני חיתוך החוט, ויש להשתמש בשיטת ההחדרה במהלך חיתוך החוט כדי להבטיח שהאלקטרודות אינן רופפות או מעוותות.

(3) במהלך תהליך העיבוד החשמלי, יש ליישר את האלקטרודה במדויק כדי למנוע סטייה מהשיניים. כמובן, על בסיס תכנון וייצור סבירים, שימוש בפלדת תבנית איכותית לעבודה חמה ותהליך טיפול בחום בוואקום של שלושה או יותר מצבי טמפרטורה יכולים למקסם את הפוטנציאל של התבנית ולהשיג תוצאות טובות יותר. החל מתכנון, ייצור ועד ייצור שחול, רק אם כל חוליה מדויקת נוכל להבטיח שתבנית פרופיל רדיאטור החמניות תחול.