Bagaimana Mendesain Cetakan Ekstrusi Radiator Bunga Matahari untuk Profil Aluminium?

1. Analisis karakteristik struktur penampang profil aluminium

Gambar 1 menunjukkan penampang profil aluminium radiator sunflower pada umumnya. Luas penampang profil adalah 7773,5 mm², dengan total 40 gigi pembuangan panas. Ukuran bukaan gantung maksimum yang terbentuk di antara gigi-gigi tersebut adalah 4,46 mm. Setelah perhitungan, rasio lidah antar gigi adalah 15,7. Di saat yang sama, terdapat area padat yang luas di 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, ketika merancang struktur cetakan, kuncinya adalah mempertimbangkan bagaimana 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 sentral profil radiator surya yang besar, laju aliran keseluruhan di area ini sangat mudah menjadi terlalu cepat selama proses ekstrusi, dan tegangan tarik tambahan akan dihasilkan pada kepala tabung suspensi intertooth, yang mengakibatkan fraktur pada 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 memperbaiki kondisi tegangan pipa suspensi antargigi, 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, profil tersebut harus mengadopsi struktur cetakan terpisah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Berbeda dengan struktur cetakan shunt tradisional, ruang stasiun solder logam ditempatkan pada cetakan atas, dan struktur sisipan digunakan pada cetakan bawah. Tujuannya adalah untuk mengurangi biaya cetakan dan memperpendek siklus produksi cetakan. Baik set cetakan atas maupun cetakan bawah bersifat universal dan dapat digunakan kembali. Lebih penting lagi, blok lubang cetakan dapat diproses secara independen, yang dapat lebih menjamin akurasi sabuk kerja lubang cetakan. Lubang bagian dalam cetakan bawah dirancang sebagai anak tangga. Bagian atas dan blok lubang cetakan mengadopsi kesesuaian celah, dan nilai celah di kedua sisi adalah 0,06~0,1m; bagian bawah mengadopsi kesesuaian interferensi, dan jumlah interferensi di kedua sisi adalah 0,02~0,04m, yang membantu memastikan koaksialitas dan memfasilitasi perakitan, membuat kesesuaian tatahan lebih kompak, dan pada saat yang sama, dapat menghindari deformasi cetakan yang disebabkan oleh kesesuaian interferensi instalasi termal.

2.2 Pemilihan kapasitas ekstruder

Pemilihan kapasitas ekstruder, di satu sisi, bertujuan untuk menentukan diameter dalam laras ekstrusi yang sesuai dan tekanan spesifik maksimum ekstruder pada bagian laras ekstrusi agar sesuai dengan tekanan selama proses pembentukan logam. Di sisi lain, tujuan utamanya adalah menentukan rasio ekstrusi yang tepat dan memilih spesifikasi ukuran cetakan yang sesuai berdasarkan biaya. Untuk profil aluminium radiator sunflower, rasio ekstrusi tidak boleh terlalu besar. Alasan utamanya adalah gaya ekstrusi sebanding dengan rasio ekstrusi. Semakin besar rasio ekstrusi, semakin besar pula gaya ekstrusinya. 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, dipilih ekstruder 20,0 MN dengan diameter dalam laras ekstrusi 208 mm. 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 umur cetakan; jika tekanan spesifik terlalu rendah, tidak dapat memenuhi persyaratan pembentukan ekstrusi. Pengalaman menunjukkan bahwa tekanan spesifik dalam kisaran 550~750 MPa dapat memenuhi berbagai persyaratan proses dengan lebih baik. 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 lingkaran serupa, umumnya dipilih 3 hingga 4 lubang shunt konvensional. Hasilnya adalah lebar jembatan shunt yang lebih besar. Umumnya, ketika lebih besar dari 20 mm, jumlah las lebih sedikit. Namun, ketika memilih sabuk kerja lubang die, sabuk kerja lubang die di bagian bawah jembatan shunt harus lebih pendek. Dengan kondisi tidak adanya metode perhitungan yang tepat untuk pemilihan sabuk kerja, hal ini tentu akan menyebabkan lubang die di bawah jembatan dan bagian lainnya 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 disipasi panas. Oleh karena itu, untuk cetakan ekstrusi radiator sunflower dengan jumlah gigi yang padat, sangat penting untuk memastikan bahwa laju aliran setiap gigi konsisten. Seiring bertambahnya jumlah lubang shunt, jumlah jembatan shunt juga akan bertambah, dan laju aliran serta distribusi aliran logam akan menjadi lebih merata. Hal ini karena seiring 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 ≤ 14 mm. Perbedaannya adalah pelat pemisah depan harus ditambahkan untuk mendistribusikan dan menyesuaikan aliran logam. Jumlah dan susunan lubang pengalih pada pelat pengalih depan dapat dilakukan dengan cara tradisional.

Selain itu, saat mengatur lubang shunt, pertimbangkan penggunaan cetakan atas untuk melindungi kepala kantilever dari gigi pembuangan panas dengan tepat. Hal ini mencegah logam mengenai kepala tabung kantilever secara langsung, sehingga meningkatkan kondisi tegangan tabung kantilever. Bagian kepala kantilever yang terblok di antara gigi dapat berukuran 1/5~1/4 dari panjang tabung kantilever. Tata letak lubang shunt ditunjukkan pada Gambar 3.

(2) Hubungan luas lubang shunt. Karena ketebalan dinding akar gigi panas kecil dan tingginya jauh dari pusat, serta luas fisiknya sangat berbeda dari pusat, bagian ini merupakan bagian yang paling sulit untuk dibentuk logamnya. Oleh karena itu, poin kunci dalam desain cetakan profil radiator sunflower adalah membuat laju aliran bagian padat di tengah sepelan mungkin untuk memastikan logam terlebih dahulu mengisi akar gigi. Untuk mencapai efek ini, di satu sisi, pemilihan sabuk kerja adalah kuncinya, dan yang lebih penting, penentuan luas lubang pengalih, terutama luas bagian tengah yang sesuai dengan lubang pengalih. Pengujian dan nilai empiris menunjukkan bahwa efek terbaik dicapai ketika luas lubang pengalih pusat S1 dan luas lubang pengalih tunggal eksternal S2 memenuhi hubungan berikut: S1 = (0,52 ~0,72) S2

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

(3) Kedalaman ruang pengelasan. Cetakan ekstrusi profil radiator Sunflower berbeda dengan cetakan shunt tradisional. Seluruh ruang pengelasannya harus terletak 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 dengan 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 untuk meningkatkan sebesar 0,4~0,5 setiap 10~15mm ke arah tengah; kedua, sabuk kerja di bagian padat terbesar dari pusat 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 sama dengan ketebalan cetakan bawah. Namun, untuk cetakan radiator sunflower, jika ketebalan efektif lubang die terlalu besar, profil akan mudah berbenturan dengan cetakan selama proses ekstrusi dan pelepasan, sehingga mengakibatkan gigi tidak rata, goresan, atau bahkan macet. Hal ini dapat menyebabkan gigi patah.

Selain itu, jika ketebalan lubang die terlalu panjang, di satu sisi, waktu pemrosesan EDM akan lama, dan di sisi lain, mudah menyebabkan deviasi korosi listrik, dan juga mudah menyebabkan deviasi 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 penyisipan lubang die cetakan bawah umumnya 40 hingga 50; dan diameter luar penyisipan lubang die harus 25 hingga 30 mm dari tepi terbesar lubang die ke lingkaran luar penyisipan.

Untuk profil yang ditunjukkan pada Gambar 1, diameter luar dan ketebalan blok lubang die masing-masing adalah 225mm dan 50mm. Sisipan lubang die ditunjukkan pada Gambar 6. D pada gambar adalah ukuran sebenarnya dan ukuran nominalnya adalah 225mm. Deviasi batas dimensi luarnya dicocokkan menurut lubang bagian dalam cetakan bawah untuk memastikan bahwa celah unilateral berada dalam kisaran 0,01~0,02mm. Blok lubang die ditunjukkan pada Gambar 6. Ukuran nominal lubang bagian dalam blok lubang die yang ditempatkan pada cetakan bawah adalah 225mm. Berdasarkan ukuran sebenarnya yang diukur, blok lubang die dicocokkan 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 ditunjukkan pada gambar.

4. Teknologi utama pembuatan cetakan

Pemesinan cetakan profil radiator Sunflower tidak jauh berbeda dengan cetakan profil aluminium biasa. Perbedaan yang mencolok terutama terlihat pada pemrosesan kelistrikannya.

(1) Dalam proses pemotongan kawat, perlu dilakukan pencegahan deformasi elektroda tembaga. Elektroda tembaga yang digunakan untuk EDM berat, giginya terlalu kecil, elektrodanya sendiri lunak, dan kekakuannya kurang. Suhu tinggi yang dihasilkan selama pemotongan kawat menyebabkan elektroda mudah berubah bentuk selama proses pemotongan kawat. Saat menggunakan elektroda tembaga yang telah berubah bentuk untuk memproses sabuk kerja dan pisau kosong, gigi akan miring, yang dapat dengan mudah menyebabkan cetakan tergores selama proses. Oleh karena itu, perlu dilakukan pencegahan deformasi elektroda tembaga selama proses manufaktur daring. Langkah-langkah pencegahan utama adalah: sebelum memotong kawat, ratakan blok tembaga dengan alas; gunakan indikator dial untuk mengatur vertikalitas di awal; saat memotong kawat, mulailah dari bagian gigi terlebih dahulu, baru kemudian potong bagian berdinding tebal; Sesekali, gunakan kawat perak bekas untuk mengisi bagian yang telah dipotong; setelah kawat dibuat, gunakan mesin kawat untuk memotong bagian pendek sekitar 4 mm di sepanjang elektroda tembaga yang telah dipotong.

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

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

2. Pastikan kerataan permukaan ujung cetakan dan vertikalitas elektroda tembaga. Kerataan permukaan ujung cetakan yang buruk atau vertikalitas elektroda tembaga yang kurang memadai akan menyulitkan untuk memastikan panjang sabuk kerja setelah proses EDM sesuai dengan panjang sabuk kerja yang dirancang. Proses EDM mudah gagal atau bahkan menembus sabuk kerja bergigi. Oleh karena itu, sebelum proses, gerinda harus digunakan untuk meratakan kedua ujung cetakan agar memenuhi persyaratan akurasi, dan indikator dial harus digunakan untuk mengoreksi vertikalitas elektroda tembaga.

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

4. Bersihkan residu yang dihasilkan selama proses EDM tepat waktu. Korosi akibat pelepasan percikan api akan menghasilkan residu dalam jumlah besar, yang harus dibersihkan tepat waktu. Jika tidak, panjang sabuk kerja akan berbeda karena perbedaan ketinggian residu;

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.

Hasil perbandingan menunjukkan bahwa struktur cetakan memiliki pengaruh yang besar terhadap umur cetakan. Cetakan yang dirancang menggunakan skema baru ini memiliki keunggulan yang jelas dan sangat meningkatkan umur cetakan.

6. Kesimpulan

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

(1) Bentuk struktur cetakan harus dipilih secara wajar. Struktur cetakan harus mampu mengurangi gaya ekstrusi dan mengurangi tekanan pada kantilever cetakan yang dibentuk oleh gigi-gigi disipasi panas, sehingga meningkatkan kekuatan cetakan. Kuncinya adalah menentukan jumlah dan susunan lubang shunt, 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 belah harus ditentukan sedemikian rupa sehingga rasio belah mencapai lebih dari 30% rasio ekstrusi semaksimal mungkin, sekaligus memastikan kekuatan cetakan.

(2) Pilih sabuk kerja secara wajar dan terapkan langkah-langkah yang wajar selama pemesinan listrik, termasuk teknologi pemrosesan elektroda tembaga dan parameter standar kelistrikan pemesinan listrik. Poin kunci pertama adalah elektroda tembaga harus digerinda 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 deviasi gigi. Tentu saja, berdasarkan desain dan manufaktur 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, manufaktur, hingga produksi ekstrusi, hanya jika setiap tautan akurat, kita dapat memastikan bahwa cetakan profil radiator sunflower diekstrusi.