Bagaimana Mendesain Die Ekstrusi Radiator Bunga Matahari untuk Profil Aluminium?

1. Analisis karakteristik struktural bagian profil aluminium

Gambar 1 menunjukkan penampang profil aluminium radiator sunflower yang umum. Luas penampang profil adalah 7773,5 mm², dengan total 40 gigi pembuangan panas. Ukuran bukaan gantung maksimum yang terbentuk di antara gigi adalah 4,46 mm. Setelah perhitungan, rasio lidah antara gigi adalah 15,7. Pada saat yang sama, terdapat area padat yang besar di bagian tengah profil, dengan luas 3846,5 mm².

Dilihat dari karakteristik bentuk profil, ruang antara gigi dapat dianggap sebagai profil semi-hollow, dan profil radiator terdiri dari beberapa profil semi-hollow. Oleh karena itu, saat merancang struktur cetakan, kuncinya adalah mempertimbangkan cara memastikan kekuatan cetakan. Meskipun untuk profil semi-hollow, industri telah mengembangkan berbagai struktur cetakan yang matang, seperti "cetakan splitter tertutup", "cetakan splitter potong", "cetakan splitter jembatan gantung", dll. Namun, struktur ini tidak berlaku untuk produk yang terdiri dari beberapa profil semi-hollow. Desain tradisional hanya mempertimbangkan bahan, tetapi dalam pencetakan ekstrusi, dampak terbesar pada kekuatan adalah gaya ekstrusi selama proses ekstrusi, dan proses pembentukan logam adalah faktor utama yang menghasilkan gaya ekstrusi.

Karena area padat tengah yang besar dari profil radiator surya, sangat mudah menyebabkan laju aliran keseluruhan di area ini menjadi terlalu cepat selama proses ekstrusi, dan tegangan tarik tambahan akan dihasilkan pada kepala tabung suspensi intertooth, yang mengakibatkan fraktur tabung suspensi intertooth. Oleh karena itu, dalam desain struktur cetakan, kita harus fokus pada penyesuaian laju aliran logam dan laju aliran untuk mencapai tujuan mengurangi tekanan ekstrusi dan meningkatkan keadaan tegangan pipa yang ditangguhkan di antara gigi, sehingga dapat meningkatkan kekuatan cetakan.

2. Pemilihan struktur cetakan dan kapasitas mesin ekstrusi

2.1 Bentuk struktur cetakan

Untuk profil radiator sunflower yang ditunjukkan pada Gambar 1, meskipun tidak memiliki bagian berongga, ia harus mengadopsi struktur cetakan split seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Berbeda dari struktur cetakan shunt tradisional, ruang stasiun solder logam ditempatkan di cetakan atas, dan struktur sisipan digunakan di cetakan bawah. Tujuannya adalah untuk mengurangi biaya cetakan dan memperpendek siklus pembuatan cetakan. Baik set cetakan atas maupun cetakan bawah bersifat universal dan dapat digunakan kembali. Yang lebih penting, blok lubang die dapat diproses secara independen, yang dapat lebih memastikan keakuratan sabuk kerja lubang die. Lubang bagian dalam cetakan bawah dirancang sebagai langkah. Bagian atas dan blok lubang cetakan mengadopsi kecocokan jarak bebas, dan nilai celah di kedua sisi adalah 0,06~0,1m; bagian bawah mengadopsi kecocokan interferensi, dan jumlah interferensi di kedua sisi adalah 0,02~0,04m, yang membantu memastikan koaksialitas dan memfasilitasi perakitan, membuat kecocokan inlay lebih kompak, dan pada saat yang sama, dapat menghindari deformasi cetakan yang disebabkan oleh kecocokan interferensi pemasangan termal.

2.2 Pemilihan kapasitas ekstruder

Pemilihan kapasitas ekstruder, di satu sisi, adalah untuk menentukan diameter dalam laras ekstrusi yang sesuai dan tekanan spesifik maksimum ekstruder pada bagian laras ekstrusi untuk memenuhi tekanan selama pembentukan logam. Di sisi lain, adalah untuk menentukan rasio ekstrusi yang sesuai dan memilih spesifikasi ukuran cetakan yang sesuai berdasarkan biaya. Untuk profil aluminium radiator sunflower, rasio ekstrusi tidak boleh terlalu besar. Alasan utamanya adalah bahwa gaya ekstrusi sebanding dengan rasio ekstrusi. Semakin besar rasio ekstrusi, semakin besar pula gaya ekstrusi. Hal ini sangat merugikan cetakan profil aluminium radiator sunflower.

Pengalaman menunjukkan bahwa rasio ekstrusi profil aluminium untuk radiator sunflower kurang dari 25. Untuk profil yang ditunjukkan pada Gambar 1, ekstruder 20,0 MN dengan diameter dalam laras ekstrusi 208 mm dipilih. Setelah perhitungan, tekanan spesifik maksimum ekstruder adalah 589MPa, yang merupakan nilai yang lebih tepat. Jika tekanan spesifik terlalu tinggi, tekanan pada cetakan akan besar, yang merugikan masa pakai cetakan; jika tekanan spesifik terlalu rendah, tidak dapat memenuhi persyaratan pembentukan ekstrusi. Pengalaman menunjukkan bahwa tekanan spesifik dalam kisaran 550~750 MPa dapat lebih memenuhi berbagai persyaratan proses. Setelah perhitungan, koefisien ekstrusi adalah 4,37. Spesifikasi ukuran cetakan dipilih sebagai 350 mmx200 mm (diameter luar x derajat).

3. Penentuan parameter struktur cetakan

3.1 Parameter struktur cetakan atas

(1) Jumlah dan susunan lubang pengalih. Untuk cetakan shunt profil radiator sunflower, semakin banyak jumlah lubang shunt, semakin baik. Untuk profil dengan bentuk melingkar yang serupa, umumnya dipilih 3 hingga 4 lubang shunt tradisional. Hasilnya adalah lebar jembatan shunt lebih besar. Umumnya, bila lebih besar dari 20 mm, jumlah las lebih sedikit. Namun, saat memilih sabuk kerja lubang die, sabuk kerja lubang die di bagian bawah jembatan shunt harus lebih pendek. Di bawah kondisi tidak ada metode perhitungan yang tepat untuk pemilihan sabuk kerja, secara alami akan menyebabkan lubang die di bawah jembatan dan bagian lain tidak mencapai laju aliran yang sama persis selama ekstrusi karena perbedaan sabuk kerja, Perbedaan laju aliran ini akan menghasilkan tegangan tarik tambahan pada kantilever dan menyebabkan defleksi gigi pembuangan panas. Oleh karena itu, untuk die ekstrusi radiator sunflower dengan jumlah gigi yang padat, sangat penting untuk memastikan bahwa laju aliran setiap gigi konsisten. Seiring dengan bertambahnya jumlah lubang shunt, jumlah jembatan shunt akan bertambah pula, dan laju aliran serta distribusi aliran logam akan menjadi lebih merata. Hal ini karena seiring dengan bertambahnya jumlah jembatan shunt, lebar jembatan shunt dapat dikurangi.

Data praktis menunjukkan bahwa jumlah lubang shunt umumnya 6 atau 8, atau bahkan lebih. Tentu saja, untuk beberapa profil pembuangan panas sunflower yang besar, cetakan atas juga dapat mengatur lubang shunt sesuai dengan prinsip lebar jembatan shunt ≤ 14mm. Perbedaannya adalah pelat pemisah depan harus ditambahkan untuk mendistribusikan dan menyesuaikan aliran logam terlebih dahulu. Jumlah dan pengaturan lubang pengalih di pelat pengalih depan dapat dilakukan dengan cara tradisional.

Selain itu, saat mengatur lubang shunt, pertimbangan harus diberikan untuk menggunakan cetakan atas guna melindungi kepala kantilever gigi pembuangan panas dengan tepat guna mencegah logam mengenai kepala tabung kantilever secara langsung dan dengan demikian memperbaiki kondisi tegangan tabung kantilever. Bagian kepala kantilever yang terhalang di antara gigi dapat berukuran 1/5~1/4 dari panjang tabung kantilever. Tata letak lubang shunt ditunjukkan pada Gambar 3

(2) Hubungan area lubang shunt. Karena ketebalan dinding akar gigi panas kecil dan tingginya jauh dari pusat, dan area fisik sangat berbeda dari pusat, itu adalah bagian yang paling sulit untuk membentuk logam. Oleh karena itu, titik kunci dalam desain cetakan profil radiator bunga matahari adalah membuat laju aliran bagian padat tengah selambat mungkin untuk memastikan bahwa logam pertama-tama mengisi akar gigi. Untuk mencapai efek seperti itu, di satu sisi, itu adalah pemilihan sabuk kerja, dan yang lebih penting, penentuan area lubang pengalih, terutama area bagian tengah yang sesuai dengan lubang pengalih. Pengujian dan nilai empiris menunjukkan bahwa efek terbaik dicapai ketika area lubang pengalih pusat S1 dan area lubang pengalih tunggal eksternal S2 memenuhi hubungan berikut: S1 = (0,52 ~ 0,72) S2

Selain itu, saluran aliran logam efektif dari lubang pemisah tengah harus 20~25mm lebih panjang daripada saluran aliran logam efektif dari lubang pemisah luar. Panjang ini juga memperhitungkan margin dan kemungkinan perbaikan cetakan.

(3) Kedalaman ruang pengelasan. Cetakan ekstrusi profil radiator Sunflower berbeda dari cetakan shunt tradisional. Seluruh ruang pengelasannya harus ditempatkan di cetakan atas. Hal ini untuk memastikan keakuratan pemrosesan blok lubang cetakan bawah, terutama keakuratan sabuk kerja. Dibandingkan dengan cetakan shunt tradisional, kedalaman ruang pengelasan cetakan shunt profil radiator Sunflower perlu ditingkatkan. Semakin besar kapasitas mesin ekstrusi, semakin besar pula peningkatan kedalaman ruang pengelasan, yaitu 15~25mm. Misalnya, jika mesin ekstrusi 20 MN digunakan, kedalaman ruang pengelasan cetakan shunt tradisional adalah 20~22mm, sedangkan kedalaman ruang pengelasan cetakan shunt profil radiator sunflower harus 35~40mm. Keuntungannya adalah logam dilas sepenuhnya dan tegangan pada pipa yang digantung sangat berkurang. Struktur ruang pengelasan cetakan atas ditunjukkan pada Gambar 4.

3.2 Desain sisipan lubang die

Desain blok lubang cetakan terutama mencakup ukuran lubang cetakan, sabuk kerja, diameter luar dan ketebalan blok cermin, dll.

(1) Penentuan ukuran lubang die. Ukuran lubang die dapat ditentukan dengan cara tradisional, terutama mempertimbangkan skala pemrosesan termal paduan.

(2) Pemilihan sabuk kerja. Prinsip pemilihan sabuk kerja adalah pertama-tama memastikan bahwa pasokan semua logam di bagian bawah akar gigi mencukupi, sehingga laju aliran di bagian bawah akar gigi lebih cepat daripada bagian lainnya. Oleh karena itu, sabuk kerja di bagian bawah akar gigi harus paling pendek, dengan nilai 0,3~0,6mm, dan sabuk kerja di bagian yang berdekatan harus ditingkatkan sebesar 0,3mm. Prinsipnya adalah meningkatkan sebesar 0,4~0,5 setiap 10~15mm ke arah tengah; kedua, sabuk kerja di bagian padat terbesar di bagian tengah tidak boleh melebihi 7mm. Jika tidak, jika perbedaan panjang sabuk kerja terlalu besar, kesalahan besar akan terjadi dalam pemrosesan elektroda tembaga dan pemrosesan EDM sabuk kerja. Kesalahan ini dapat dengan mudah menyebabkan defleksi gigi putus selama proses ekstrusi. Sabuk kerja ditunjukkan pada Gambar 5.

 

(3) Diameter luar dan ketebalan sisipan. Untuk cetakan shunt tradisional, ketebalan sisipan lubang die adalah ketebalan cetakan bagian bawah. Namun, untuk cetakan radiator sunflower, jika ketebalan efektif lubang die terlalu besar, profil akan mudah bertabrakan dengan cetakan selama ekstrusi dan pelepasan, yang mengakibatkan gigi tidak rata, tergores, atau bahkan macetnya gigi. Hal ini akan menyebabkan gigi patah.

Selain itu, jika ketebalan lubang die terlalu panjang, di satu sisi, waktu pemrosesan lama selama proses EDM, dan di sisi lain, mudah menyebabkan penyimpangan korosi listrik, dan juga mudah menyebabkan penyimpangan gigi selama ekstrusi. Tentu saja, jika ketebalan lubang die terlalu kecil, kekuatan gigi tidak dapat dijamin. Oleh karena itu, dengan mempertimbangkan kedua faktor ini, pengalaman menunjukkan bahwa derajat sisipan lubang die dari cetakan bawah umumnya 40 hingga 50; dan diameter luar sisipan lubang die harus 25 hingga 30 mm dari tepi terbesar lubang die ke lingkaran luar sisipan.

Untuk profil yang diperlihatkan pada Gambar 1, diameter luar dan ketebalan blok lubang die masing-masing adalah 225mm dan 50mm. Sisipan lubang die diperlihatkan pada Gambar 6. D pada gambar adalah ukuran sebenarnya dan ukuran nominalnya adalah 225mm. Batas deviasi dimensi luarnya disesuaikan dengan lubang dalam cetakan bawah untuk memastikan bahwa celah unilateral berada dalam kisaran 0,01~0,02mm. Blok lubang die diperlihatkan pada Gambar 6. Ukuran nominal lubang dalam blok lubang die yang ditempatkan pada cetakan bawah adalah 225mm. Berdasarkan ukuran sebenarnya yang diukur, blok lubang die disesuaikan menurut prinsip 0,01~0,02mm per sisi. Diameter luar blok lubang die dapat diperoleh sebagai D , tetapi untuk kenyamanan pemasangan, diameter luar blok cermin lubang die dapat dikurangi dengan tepat dalam kisaran 0,1m pada ujung umpan, seperti yang diperlihatkan pada gambar.

4. Teknologi utama pembuatan cetakan

Pemesinan cetakan profil radiator Sunflower tidak jauh berbeda dengan cetakan profil aluminium biasa. Perbedaan yang jelas terutama tercermin dalam pemrosesan listrik.

(1) Dalam hal pemotongan kawat, perlu untuk mencegah deformasi elektroda tembaga. Karena elektroda tembaga yang digunakan untuk EDM berat, gigi terlalu kecil, elektroda itu sendiri lunak, memiliki kekakuan yang buruk, dan suhu tinggi lokal yang dihasilkan oleh pemotongan kawat menyebabkan elektroda mudah berubah bentuk selama proses pemotongan kawat. Saat menggunakan elektroda tembaga yang berubah bentuk untuk memproses sabuk kerja dan pisau kosong, gigi miring akan terjadi, yang dapat dengan mudah menyebabkan cetakan tergores selama pemrosesan. Oleh karena itu, perlu untuk mencegah deformasi elektroda tembaga selama proses pembuatan online. Tindakan pencegahan utama adalah: sebelum pemotongan kawat, ratakan blok tembaga dengan alas; gunakan indikator dial untuk menyesuaikan vertikalitas di awal; saat pemotongan kawat, mulailah dari bagian gigi terlebih dahulu, dan terakhir potong bagian dengan dinding tebal; Sesekali, gunakan kawat perak bekas untuk mengisi bagian yang dipotong; setelah kawat dibuat, gunakan mesin kawat untuk memotong bagian pendek sekitar 4 mm di sepanjang elektroda tembaga yang dipotong.

(2) Pemesinan pelepasan listrik jelas berbeda dari cetakan biasa. EDM sangat penting dalam pemrosesan cetakan profil radiator bunga matahari. Bahkan jika desainnya sempurna, sedikit cacat pada EDM akan menyebabkan seluruh cetakan dibuang. Pemesinan pelepasan listrik tidak terlalu bergantung pada peralatan seperti pemotongan kawat. Hal ini sangat bergantung pada keterampilan dan kemahiran pengoperasian operator. Pemesinan pelepasan listrik terutama memperhatikan lima poin berikut:

①Arus pemesinan pelepasan listrik. Arus 7~10 A dapat digunakan untuk pemesinan EDM awal guna mempersingkat waktu pemrosesan; Arus 5~7 A dapat digunakan untuk pemesinan akhir. Tujuan penggunaan arus kecil adalah untuk memperoleh permukaan yang baik;

② Pastikan kerataan permukaan ujung cetakan dan vertikalitas elektroda tembaga. Kerataan permukaan ujung cetakan yang buruk atau vertikalitas elektroda tembaga yang tidak memadai membuat sulit untuk memastikan bahwa panjang sabuk kerja setelah pemrosesan EDM konsisten dengan panjang sabuk kerja yang dirancang. Proses EDM mudah gagal atau bahkan menembus sabuk kerja bergigi. Oleh karena itu, sebelum pemrosesan, penggiling harus digunakan untuk meratakan kedua ujung cetakan untuk memenuhi persyaratan akurasi, dan indikator dial harus digunakan untuk mengoreksi vertikalitas elektroda tembaga;

③ Pastikan celah antara pisau kosong rata. Selama pemesinan awal, periksa apakah pahat kosong diimbangi setiap 0,2 mm setiap 3 hingga 4 mm pemrosesan. Jika offsetnya besar, akan sulit untuk memperbaikinya dengan penyesuaian selanjutnya;

④Singkirkan residu yang dihasilkan selama proses EDM tepat waktu. Korosi akibat pelepasan percikan akan menghasilkan sejumlah besar residu, yang harus dibersihkan tepat waktu, jika tidak, panjang sabuk kerja akan berbeda karena ketinggian residu yang berbeda;

⑤Cetakan harus didemagnetisasi sebelum EDM.

5. Perbandingan hasil ekstrusi

Profil yang ditunjukkan pada Gambar 1 diuji menggunakan cetakan split tradisional dan skema desain baru yang diusulkan dalam artikel ini. Perbandingan hasilnya ditunjukkan pada Tabel 1.

Dari hasil perbandingan dapat dilihat bahwa struktur cetakan memiliki pengaruh besar terhadap masa pakai cetakan. Cetakan yang dirancang menggunakan skema baru memiliki keunggulan yang jelas dan sangat meningkatkan masa pakai cetakan.

6. Kesimpulan

Cetakan ekstrusi profil radiator sunflower merupakan jenis cetakan yang sangat sulit dirancang dan diproduksi, serta desain dan pembuatannya relatif rumit. Oleh karena itu, untuk memastikan tingkat keberhasilan ekstrusi dan masa pakai cetakan, poin-poin berikut harus dicapai:

(1) Bentuk struktural cetakan harus dipilih secara wajar. Struktur cetakan harus kondusif untuk mengurangi gaya ekstrusi guna mengurangi tekanan pada kantilever cetakan yang dibentuk oleh gigi pembuangan panas, sehingga meningkatkan kekuatan cetakan. Kuncinya adalah menentukan jumlah dan susunan lubang shunt serta luas lubang shunt dan parameter lainnya secara wajar: pertama, lebar jembatan shunt yang terbentuk di antara lubang shunt tidak boleh melebihi 16 mm; Kedua, luas lubang split harus ditentukan sehingga rasio split mencapai lebih dari 30% dari rasio ekstrusi sebanyak mungkin sambil memastikan kekuatan cetakan.

(2) Pilih sabuk kerja secara wajar dan terapkan tindakan yang wajar selama pemesinan listrik, termasuk teknologi pemrosesan elektroda tembaga dan parameter standar listrik pemesinan listrik. Poin kunci pertama adalah elektroda tembaga harus digiling permukaannya sebelum pemotongan kawat, dan metode penyisipan harus digunakan selama pemotongan kawat untuk memastikannya. Elektroda tidak longgar atau berubah bentuk.

(3) Selama proses pemesinan listrik, elektroda harus disejajarkan secara akurat untuk menghindari penyimpangan gigi. Tentu saja, berdasarkan desain dan pembuatan yang wajar, penggunaan baja cetakan kerja panas berkualitas tinggi dan proses perlakuan panas vakum tiga temper atau lebih dapat memaksimalkan potensi cetakan dan mencapai hasil yang lebih baik. Dari desain, pembuatan hingga produksi ekstrusi, hanya jika setiap tautan akurat, kita dapat memastikan bahwa cetakan profil radiator sunflower diekstrusi.