Parce que les alliages d'aluminium sont légers, beaux, ont une bonne résistance à la corrosion et ont une excellente conductivité thermique et performances de traitement, ils sont largement utilisés comme composants de dissipation thermique dans l'industrie informatique, l'électronique et l'automobile, en particulier dans l'industrie émergente des LED. Ces composants de dissipation thermique en alliage d'aluminium ont de bonnes fonctions de dissipation thermique. En production, la clé d’une production par extrusion efficace de ces profilés de radiateur est le moule. Étant donné que ces profils ont généralement les caractéristiques de dents de dissipation thermique grandes et denses et de longs tubes de suspension, la structure de matrice plate traditionnelle, la structure de matrice divisée et la structure de matrice à profil semi-creux ne peuvent pas bien répondre aux exigences de résistance du moule et de moulage par extrusion.
À l'heure actuelle, les entreprises comptent davantage sur la qualité de l'acier moulé. Afin d'améliorer la résistance du moule, ils n'hésitent pas à utiliser de l'acier importé coûteux. Le coût du moule est très élevé et la durée de vie moyenne réelle du moule est inférieure à 3 tonnes, ce qui fait que le prix du marché du radiateur est relativement élevé, limitant sérieusement la promotion et la vulgarisation des lampes LED. Par conséquent, les filières d’extrusion pour profilés de radiateur en forme de tournesol ont attiré une grande attention de la part du personnel technique et d’ingénierie de l’industrie.
Cet article présente les différentes technologies de filière d'extrusion de profilés de radiateur tournesol obtenues au cours d'années de recherche minutieuse et d'essais répétés de production à travers des exemples de production réelle, pour référence par des pairs.
1. Analyse des caractéristiques structurelles des profilés en aluminium
La figure 1 montre la section transversale d'un profilé en aluminium typique pour radiateur tournesol. La section transversale du profilé est de 7 773,5 mm², avec un total de 40 dents de dissipation thermique. La taille maximale de l’ouverture pendante formée entre les dents est de 4,46 mm. Après calcul, le rapport de langue entre les dents est de 15,7. Dans le même temps, il y a une grande zone solide au centre du profil, d'une superficie de 3846,5 mm².
À en juger par les caractéristiques de forme du profil, l'espace entre les dents peut être considéré comme des profils semi-creux et le profil du radiateur est composé de plusieurs profils semi-creux. Par conséquent, lors de la conception de la structure du moule, la clé est de réfléchir à la manière de garantir la résistance du moule. Bien que pour les profilés semi-creux, l'industrie ait développé une variété de structures de moules matures, telles que le « moule séparateur couvert », le « moule séparateur découpé », le « moule séparateur de pont suspendu », etc. Cependant, ces structures ne sont pas applicables aux produits. composé de plusieurs profils semi-creux. La conception traditionnelle ne prend en compte que les matériaux, mais dans le moulage par extrusion, le plus grand impact sur la résistance est la force d'extrusion pendant le processus d'extrusion, et le processus de formage du métal est le principal facteur générant la force d'extrusion.
En raison de la grande zone centrale solide du profilé du radiateur solaire, il est très facile de provoquer un débit global trop rapide dans cette zone pendant le processus d'extrusion, et une contrainte de traction supplémentaire sera générée sur la tête de la suspension inter-dents. tube, entraînant la fracture du tube de suspension interdentaire. Par conséquent, dans la conception de la structure du moule, nous devons nous concentrer sur l'ajustement du débit de métal et du débit pour atteindre l'objectif de réduire la pression d'extrusion et d'améliorer l'état de contrainte du tuyau suspendu entre les dents, de manière à améliorer la résistance de le moule.
2. Sélection de la structure du moule et de la capacité de la presse à extrusion
2.1 Forme de structure du moule
Pour le profil de radiateur tournesol illustré à la figure 1, bien qu'il ne comporte pas de partie creuse, il doit adopter la structure de moule divisé comme illustré à la figure 2. Différente de la structure traditionnelle du moule shunt, la chambre de la station de soudage métallique est placée dans la partie supérieure. moule, et une structure d'insert est utilisée dans le moule inférieur. L’objectif est de réduire les coûts des moules et de raccourcir le cycle de fabrication des moules. Les ensembles de moules supérieurs et inférieurs sont universels et peuvent être réutilisés. Plus important encore, les blocs de trous de matrice peuvent être traités indépendamment, ce qui peut mieux garantir la précision de la courroie de travail des trous de matrice. Le trou intérieur du moule inférieur est conçu comme une marche. La partie supérieure et le bloc de trou de moule adoptent un ajustement avec jeu, et la valeur de l'écart des deux côtés est de 0,06 à 0,1 m ; la partie inférieure adopte un ajustement serré et la quantité d'interférence des deux côtés est de 0,02 ~ 0,04 m, ce qui contribue à garantir la coaxialité et facilite l'assemblage, rendant l'ajustement de l'incrustation plus compact, et en même temps, il peut éviter la déformation du moule causée par l'installation thermique ajustement serré.
2.2 Sélection de la capacité de l'extrudeuse
La sélection de la capacité de l'extrudeuse consiste, d'une part, à déterminer le diamètre intérieur approprié du cylindre d'extrusion et la pression spécifique maximale de l'extrudeuse sur la section du cylindre d'extrusion pour répondre à la pression pendant le formage du métal. D'autre part, il s'agit de déterminer le taux d'extrusion approprié et de sélectionner les spécifications de taille de moule appropriées en fonction du coût. Pour le profilé en aluminium du radiateur tournesol, le taux d'extrusion ne peut pas être trop important. La raison principale est que la force d’extrusion est proportionnelle au taux d’extrusion. Plus le taux d'extrusion est élevé, plus la force d'extrusion est grande. Ceci est extrêmement préjudiciable au moule en profilé d'aluminium du radiateur tournesol.
L'expérience montre que le taux d'extrusion des profilés en aluminium pour radiateurs tournesol est inférieur à 25. Pour le profilé illustré à la figure 1, une extrudeuse de 20,0 MN avec un diamètre intérieur de cylindre d'extrusion de 208 mm a été sélectionnée. Après calcul, la pression spécifique maximale de l'extrudeuse est de 589 MPa, ce qui est une valeur plus appropriée. Si la pression spécifique est trop élevée, la pression sur le moule sera importante, ce qui nuira à la durée de vie du moule ; si la pression spécifique est trop faible, elle ne peut pas répondre aux exigences du formage par extrusion. L'expérience montre qu'une pression spécifique comprise entre 550 et 750 MPa peut mieux répondre aux diverses exigences du processus. Après calcul, le coefficient d'extrusion est de 4,37. La spécification de taille du moule est sélectionnée comme étant de 350 mm x 200 mm (diamètre extérieur x degrés).
3. Détermination des paramètres structurels du moule
3.1 Paramètres structurels du moule supérieur
(1) Nombre et disposition des trous de dérivation. Pour le moule de dérivation de profil de radiateur tournesol, plus le nombre de trous de dérivation est élevé, mieux c'est. Pour des profils de formes circulaires similaires, 3 à 4 trous de dérivation traditionnels sont généralement sélectionnés. Le résultat est que la largeur du pont de dérivation est plus grande. Généralement, lorsqu’elle est supérieure à 20 mm, le nombre de soudures est moindre. Cependant, lors de la sélection de la courroie de travail du trou de filière, la courroie de travail du trou de filière au bas du pont de dérivation doit être plus courte. À condition qu'il n'y ait pas de méthode de calcul précise pour la sélection de la courroie de travail, le trou de filière sous le pont et les autres pièces n'atteindront naturellement pas exactement le même débit pendant l'extrusion en raison de la différence dans la courroie de travail, Cette différence de débit produira une contrainte de traction supplémentaire sur le cantilever et provoquera une déflexion des dents de dissipation thermique. Par conséquent, pour la filière d’extrusion de radiateur tournesol avec un nombre dense de dents, il est très essentiel de garantir que le débit de chaque dent est cohérent. À mesure que le nombre de trous de dérivation augmente, le nombre de ponts de dérivation augmentera en conséquence, et le débit et la répartition du débit du métal deviendront plus uniformes. En effet, à mesure que le nombre de ponts de dérivation augmente, la largeur des ponts de dérivation peut être réduite en conséquence.
Les données pratiques montrent que le nombre de trous de dérivation est généralement de 6 ou 8, voire plus. Bien entendu, pour certains grands profils de dissipation thermique en tournesol, le moule supérieur peut également disposer les trous de dérivation selon le principe de la largeur du pont de dérivation ≤ 14 mm. La différence est qu'une plaque de séparation avant doit être ajoutée pour pré-distribuer et ajuster le flux de métal. Le nombre et la disposition des trous de dérivation dans la plaque de déviation avant peuvent être réalisés de manière traditionnelle.
De plus, lors de la disposition des trous de dérivation, il convient d'envisager d'utiliser le moule supérieur pour protéger de manière appropriée la tête du porte-à-faux de la dent de dissipation thermique afin d'empêcher le métal de heurter directement la tête du tube en porte-à-faux et ainsi améliorer l'état de contrainte. du tube en porte-à-faux. La partie bloquée de la tête en porte-à-faux entre les dents peut représenter 1/5 à 1/4 de la longueur du tube en porte-à-faux. La disposition des trous de dérivation est illustrée à la figure 3.
(2) La relation de surface du trou de dérivation. Étant donné que l'épaisseur de la paroi de la racine de la dent chaude est faible, que la hauteur est éloignée du centre et que la zone physique est très différente du centre, c'est la partie la plus difficile à former du métal. Par conséquent, un point clé dans la conception du moule profilé pour radiateur tournesol est de rendre le débit de la partie solide centrale aussi lent que possible afin de garantir que le métal remplisse d'abord la racine de la dent. Pour obtenir un tel effet, il s'agit d'une part de sélectionner la bande de travail et, plus important encore, de déterminer la zone du trou de dérivation, principalement la zone de la partie centrale correspondant au trou de déviation. Les tests et les valeurs empiriques montrent que le meilleur effet est obtenu lorsque la surface du trou de dérivation central S1 et la surface du trou de déviation unique externe S2 satisfont à la relation suivante : S1 = (0,52 ~ 0,72) S2
De plus, le canal d'écoulement métallique efficace du trou de séparation central doit être 20 à 25 mm plus long que le canal d'écoulement métallique efficace du trou de séparation externe. Cette longueur prend également en compte la marge et la possibilité de réparation du moule.
(3) Profondeur de la chambre de soudage. La filière d'extrusion de profil de radiateur Tournesol est différente de la filière de shunt traditionnelle. Toute sa chambre de soudage doit être située dans la matrice supérieure. Ceci permet de garantir la précision du traitement des blocs de trous de la matrice inférieure, en particulier la précision de la courroie de travail. Par rapport au moule de dérivation traditionnel, la profondeur de la chambre de soudage du moule de dérivation du profil de radiateur Tournesol doit être augmentée. Plus la capacité de la machine d'extrusion est grande, plus la profondeur de la chambre de soudage augmente, qui est de 15 à 25 mm. Par exemple, si une machine d'extrusion de 20 MN est utilisée, la profondeur de la chambre de soudage de la filière de dérivation traditionnelle est de 20 à 22 mm, tandis que la profondeur de la chambre de soudage de la filière de dérivation du profil de radiateur tournesol doit être de 35 à 40 mm. . L'avantage est que le métal est entièrement soudé et que les contraintes sur le tuyau suspendu sont considérablement réduites. La structure de la chambre supérieure de soudage du moule est illustrée à la figure 4.
3.2 Conception de l'insert de trou de matrice
La conception du bloc de trous de matrice comprend principalement la taille du trou de matrice, la courroie de travail, le diamètre extérieur et l'épaisseur du bloc miroir, etc.
(1) Détermination de la taille du trou de filière. La taille du trou de filière peut être déterminée de manière traditionnelle, en tenant principalement compte de l’échelle du traitement thermique des alliages.
(2) Sélection de la ceinture de travail. Le principe de la sélection de la courroie de travail est de s'assurer d'abord que l'apport de tout le métal au bas de la racine de la dent est suffisant, de sorte que le débit au bas de la racine de la dent soit plus rapide que les autres parties. Par conséquent, la courroie de travail au bas de la racine de la dent doit être la plus courte, avec une valeur de 0,3 à 0,6 mm, et la courroie de travail au niveau des parties adjacentes doit être augmentée de 0,3 mm. Le principe est d'augmenter de 0,4~0,5 tous les 10~15 mm vers le centre ; Deuxièmement, la ceinture de travail au niveau de la plus grande partie solide du centre ne doit pas dépasser 7 mm. Sinon, si la différence de longueur de la bande de travail est trop grande, de grandes erreurs se produiront dans le traitement des électrodes de cuivre et le traitement EDM de la bande de travail. Cette erreur peut facilement provoquer la rupture de la déflexion des dents pendant le processus d'extrusion. La ceinture de travail est illustrée à la figure 5.
(3) Le diamètre extérieur et l'épaisseur de l'insert. Pour les moules shunt traditionnels, l’épaisseur de l’insert du trou de matrice correspond à l’épaisseur du moule inférieur. Cependant, pour le moule de radiateur tournesol, si l'épaisseur effective du trou de matrice est trop grande, le profil entrera facilement en collision avec le moule pendant l'extrusion et le déchargement, ce qui entraînera des dents inégales, des rayures ou même un coincement des dents. Cela entraînera la cassure des dents.
De plus, si l'épaisseur du trou de matrice est trop longue, d'une part, le temps de traitement est long pendant le processus EDM, et d'autre part, il est facile de provoquer une déviation de corrosion électrique, et il est également facile de provoquer une déviation des dents pendant l’extrusion. Bien entendu, si l’épaisseur du trou de filière est trop faible, la solidité des dents ne peut pas être garantie. Par conséquent, en tenant compte de ces deux facteurs, l'expérience montre que le degré d'insertion du trou de matrice du moule inférieur est généralement de 40 à 50 ; et le diamètre extérieur de l'insert de trou de matrice doit être de 25 à 30 mm du plus grand bord du trou de matrice au cercle extérieur de l'insert.
Pour le profil illustré à la figure 1, le diamètre extérieur et l'épaisseur du bloc de matrice sont respectivement de 225 mm et 50 mm. L'insert de trou de matrice est illustré à la figure 6. D sur la figure correspond à la taille réelle et la taille nominale est de 225 mm. L'écart limite de ses dimensions extérieures est adapté en fonction du trou intérieur du moule inférieur pour garantir que l'espace unilatéral est compris entre 0,01 et 0,02 mm. Le bloc de trous de matrice est illustré à la figure 6. La taille nominale du trou intérieur du bloc de trous de matrice placé sur le moule inférieur est de 225 mm. Sur la base de la taille réelle mesurée, le bloc de trous de matrice est adapté selon le principe de 0,01 ~ 0,02 mm par côté. Le diamètre extérieur du bloc de trou de filière peut être obtenu sous la forme D , mais pour faciliter l'installation, le diamètre extérieur du bloc miroir du trou de filière peut être réduit de manière appropriée dans la plage de 0,1 m à l'extrémité d'alimentation, comme indiqué sur la figure. .
4. Technologies clés de fabrication de moules
L'usinage du moule de profilé de radiateur Tournesol n'est pas très différent de celui des moules de profilés en aluminium ordinaires. La différence évidente se reflète principalement dans le traitement électrique.
(1) En termes de coupe de fil, il est nécessaire d'éviter la déformation de l'électrode de cuivre. Parce que l'électrode de cuivre utilisée pour l'EDM est lourde, les dents sont trop petites, l'électrode elle-même est molle, a une mauvaise rigidité et la température locale élevée générée par la coupe du fil provoque une déformation facile de l'électrode pendant le processus de coupe du fil. Lors de l'utilisation d'électrodes de cuivre déformées pour traiter des courroies de travail et des couteaux vides, des dents asymétriques se produiront, ce qui peut facilement entraîner la mise au rebut du moule pendant le traitement. Il est donc nécessaire d’éviter la déformation des électrodes de cuivre lors du processus de fabrication en ligne. Les principales mesures préventives sont : avant de couper le fil, niveler le bloc de cuivre avec un lit ; utilisez un comparateur à cadran pour régler la verticalité au début ; lors de la coupe au fil, commencez par la partie dentée et coupez enfin la partie à paroi épaisse ; De temps en temps, utilisez du fil d’argent pour remplir les parties coupées ; une fois le fil fabriqué, utilisez une machine à fil pour couper une courte section d'environ 4 mm le long de l'électrode de cuivre coupée.
(2) L'usinage par électroérosion est évidemment différent des moules ordinaires. L'EDM est très important dans le traitement des moules de profilés de radiateur tournesol. Même si la conception est parfaite, un léger défaut d’électroérosion entraînera la mise au rebut de l’ensemble du moule. L'usinage par électroérosion ne dépend pas autant de l'équipement que le découpage au fil. Cela dépend en grande partie des compétences opérationnelles et des compétences de l'opérateur. L'usinage par électroérosion prête principalement attention aux cinq points suivants :
①Courant d'usinage par décharge électrique. Un courant de 7 à 10 A peut être utilisé pour l'usinage EDM initial afin de raccourcir le temps de traitement ; Un courant de 5 à 7 A peut être utilisé pour la finition de l'usinage. Le but de l'utilisation d'un petit courant est d'obtenir une bonne surface ;
② Assurez-vous de la planéité de la face d'extrémité du moule et de la verticalité de l'électrode de cuivre. Une mauvaise planéité de la face d'extrémité du moule ou une verticalité insuffisante de l'électrode de cuivre rendent difficile la garantie que la longueur de la bande de travail après le traitement EDM est cohérente avec la longueur de la bande de travail conçue. Il est facile que le processus EDM échoue ou même pénètre dans la courroie de travail dentée. Par conséquent, avant le traitement, une meuleuse doit être utilisée pour aplatir les deux extrémités du moule afin de répondre aux exigences de précision, et un indicateur à cadran doit être utilisé pour corriger la verticalité de l'électrode de cuivre ;
③ Assurez-vous que l'écart entre les couteaux vides est uniforme. Lors du premier usinage, vérifiez si l'outil vide est décalé tous les 0,2 mm tous les 3 à 4 mm d'usinage. Si le décalage est important, il sera difficile de le corriger avec des ajustements ultérieurs ;
④Éliminez les résidus générés pendant le processus EDM en temps opportun. La corrosion par décharge d'étincelles produira une grande quantité de résidus, qui doivent être nettoyés à temps, sinon la longueur de la courroie de travail sera différente en raison des différentes hauteurs des résidus ;
⑤Le moule doit être démagnétisé avant l'EDM.
5. Comparaison des résultats d'extrusion
Le profil illustré à la figure 1 a été testé en utilisant le moule fendu traditionnel et le nouveau schéma de conception proposé dans cet article. La comparaison des résultats est présentée dans le tableau 1.
Les résultats de la comparaison montrent que la structure du moule a une grande influence sur la durée de vie du moule. Le moule conçu selon le nouveau schéma présente des avantages évidents et améliore considérablement la durée de vie du moule.
6. Conclusion
Le moule d'extrusion de profilé de radiateur tournesol est un type de moule très difficile à concevoir et à fabriquer, et sa conception et sa fabrication sont relativement complexes. Par conséquent, pour garantir le taux de réussite de l’extrusion et la durée de vie du moule, les points suivants doivent être atteints :
(1) La forme structurelle du moule doit être choisie de manière raisonnable. La structure du moule doit être propice à la réduction de la force d'extrusion afin de réduire la contrainte sur le porte-à-faux du moule formé par les dents de dissipation thermique, améliorant ainsi la résistance du moule. La clé est de déterminer raisonnablement le nombre et la disposition des trous de dérivation ainsi que la superficie des trous de dérivation et d'autres paramètres : premièrement, la largeur du pont de dérivation formé entre les trous de dérivation ne doit pas dépasser 16 mm ; Deuxièmement, la zone du trou divisé doit être déterminée de manière à ce que le rapport de division atteigne autant que possible plus de 30 % du taux d'extrusion tout en garantissant la résistance du moule.
(2) Sélectionnez raisonnablement la courroie de travail et adoptez des mesures raisonnables pendant l'usinage électrique, y compris la technologie de traitement des électrodes de cuivre et les paramètres électriques standard de l'usinage électrique. Le premier point clé est que l'électrode de cuivre doit être rectifiée en surface avant la coupe du fil, et la méthode d'insertion doit être utilisée pendant la coupe du fil pour le garantir. Les électrodes ne sont ni desserrées ni déformées.
(3) Pendant le processus d'usinage électrique, l'électrode doit être alignée avec précision pour éviter toute déviation des dents. Bien entendu, sur la base d'une conception et d'une fabrication raisonnables, l'utilisation d'acier pour moules pour travail à chaud de haute qualité et le processus de traitement thermique sous vide de trois états ou plus peuvent maximiser le potentiel du moule et obtenir de meilleurs résultats. De la conception, de la fabrication à la production par extrusion, ce n'est que si chaque lien est précis que nous pouvons garantir que le moule du profilé de radiateur tournesol est extrudé.
Heure de publication : 01 août 2024
