アルミニウム合金は、軽量で美しく、耐食性に優れ、熱伝導性や加工性に優れているため、IT産業、エレクトロニクス産業、自動車産業、特に現在新興しているLED産業の放熱部品として広く使用されています。これらのアルミニウム合金放熱部品は、優れた放熱機能を備えています。生産において、これらのラジエータープロファイルを効率的に押し出し生産するための鍵となるのは金型です。これらのプロファイルは一般に、大きくて緻密な放熱歯と長いサスペンションチューブの特性を備えているため、従来のフラットダイ構造、分割ダイ構造、半中空プロファイルダイ構造では、金型強度や押出成形の要件を十分に満たすことができません。
現在、企業は金型鋼の品質にさらに依存しています。金型の強度を高めるため、高価な輸入鋼材を惜しみなく使用している。金型のコストは非常に高く、金型の実際の平均寿命は 3 トン未満であるため、ラジエーターの市場価格は比較的高くなり、LED ランプの促進と普及が大きく制限されています。したがって、ひまわり型のラジエータープロファイル用の押出ダイスは、業界のエンジニアリングおよび技術担当者から大きな注目を集めています。
本稿では、長年にわたる研究と試作を重ねて得たひまわりラジエター異形押出金型の各種技術を、実生産例を通じて紹介し、同業者の参考にさせていただきます。
1. アルミニウム形材断面の構造特性の解析
図 1 は、典型的なひまわりラジエーターのアルミニウム プロファイルの断面を示しています。プロファイルの断面積は 7773.5mm² で、合計 40 個の放熱歯があります。歯間に形成される最大垂れ下がり開口部サイズは 4.46 mm です。計算すると、歯間の舌比は 15.7 になります。同時に、プロファイルの中心には、面積 3846.5mm² の大きな固体領域があります。
プロファイルの形状特徴から判断すると、歯間は半中空プロファイルと考えられ、ラジエータープロファイルは複数の半中空プロファイルから構成されます。したがって、金型の構造を設計する際には、金型の強度をいかに確保するかがポイントとなります。半中空プロファイルでは、業界では「カバー付きスプリッター金型」、「カットスプリッター金型」、「吊り橋スプリッター金型」などのさまざまな成熟した金型構造が開発されていますが、これらの構造は製品には適用できません。複数の半中空プロファイルで構成されています。従来の設計は材料のみを考慮していましたが、押出成形では、強度に最も大きな影響を与えるのは押出プロセス中の押出力であり、金属成形プロセスが押出力を生成する主な要因となります。
太陽放射器プロファイルの中央の固体領域が大きいため、押出プロセス中にこの領域の全体的な流量が非常に速くなりすぎ、歯間サスペンションの頭部に追加の引張応力が発生することが非常に簡単です。チューブが破損し、歯間サスペンションチューブが破損することがあります。したがって、金型構造の設計では、押出圧力を低減し、歯間の吊り下げパイプの応力状態を改善して、強度を向上させるという目的を達成するために、金属の流量と流量の調整に焦点を当てる必要があります。金型。
2. 金型構造と押出プレス能力の選定
2.1 モールド構造形態
図 1 に示すひまわりラジエーターのプロファイルでは、中空部分はありませんが、図 2 に示すような分割モールド構造を採用する必要があります。従来のシャントモールド構造とは異なり、金属半田付けステーションのチャンバーが上部に配置されています。金型を一体化し、下型にはインサート構造を採用。金型コストの削減と金型製造サイクルの短縮を目的としています。上型、下型セットはいずれも汎用品ですので再利用が可能です。さらに重要なことは、ダイ穴ブロックを独立して処理できるため、ダイ穴作業ベルトの精度をより確実に確保できることです。下型の内穴は段差になっています。上部と金型穴ブロックはすきまばめを採用しており、両側の隙間値は0.06〜0.1mです。下部はしまりばめを採用し、両側のしめしろ量は0.02〜0.04mで、同軸度を確保し、組み立てを容易にし、インレイのはめ合いをよりコンパクトにし、同時に熱による取り付けによる金型の変形を回避できます。締りばめ。
2.2 押出機の能力の選定
押出機の能力の選択は、一方では、金属成形中の圧力を満たすために、押出バレルの適切な内径と、押出バレルセクションにおける押出機の最大比圧力を決定することである。一方、コストに基づいて適切な押出比を決定し、適切な金型サイズ仕様を選択することです。サンフラワー ラジエーターのアルミニウム プロファイルの場合、押し出し比が大きすぎることはできません。その主な理由は、押出力が押出比に比例するためです。押出比が大きいほど、押出力は大きくなります。これは、ひまわりラジエーターのアルミニウム プロファイル金型にとって非常に有害です。
経験上、ひまわりラジエーターのアルミニウム プロファイルの押出比は 25 未満であることがわかっています。図 1 に示すプロファイルの場合、押出バレル内径 208 mm の 20.0 MN 押出機が選択されました。計算すると、押出機の最大比圧力は589MPaとなり、より適切な値となります。特定の圧力が高すぎると、金型にかかる圧力が大きくなり、金型の寿命に悪影響を及ぼします。比圧力が低すぎると、押出成形の要件を満たすことができません。経験によれば、550 ～ 750 MPa の範囲の特定の圧力がさまざまなプロセス要件をよりよく満たすことができます。計算後の押出係数は 4.37 となります。金型サイズ仕様は 350 mmx200 mm (外径 x 度) として選択されます。
3. 金型構造パラメータの決定
3.1 上型の構造パラメータ
(1) 分流穴の数と配置。ひまわりラジエーター プロファイル シャント モールドの場合、シャント穴の数が多いほど優れています。同様の円形形状のプロファイルの場合、通常は 3 ～ 4 個の従来のシャント ホールが選択されます。その結果、シャントブリッジの幅が大きくなります。一般的に20mmより大きいと溶接数が少なくなります。ただし、ダイ穴の作業ベルトを選択する場合は、シャントブリッジの底部のダイ穴の作業ベルトを短くする必要があります。作業ベルトを選択するための正確な計算方法がない状況では、当然、作業ベルトの違いにより、ブリッジ下のダイ穴やその他の部分が押出中にまったく同じ流量を達成できなくなります。この流量の違いにより、カンチレバーに追加の引張応力が生じ、放熱歯のたわみが発生します。したがって、高密度の歯を備えたヒマワリラジエーター押出ダイの場合、各歯の流量を確実に一定にすることが非常に重要です。シャントホールの数が増加すると、それに応じてシャントブリッジの数も増加し、金属の流量と流量分布がより均一になります。これは、シャントブリッジの数が増加すると、それに応じてシャントブリッジの幅を狭くすることができるためです。
実際のデータによると、シャントホールの数は一般的に 6 つまたは 8 つ、あるいはそれ以上です。もちろん、一部の大きなひまわり放熱プロファイルの場合、上部金型はシャントブリッジ幅 ≤ 14mm の原理に従ってシャント穴を配置することもできます。違いは、メタルフローを事前に分配して調整するために、フロントスプリッタープレートを追加する必要があることです。前方方向転換プレートの方向転換穴の数と配置は、従来の方法で行うことができる。
また、シャントホールを配置する際には、放熱歯のカンチレバーの頭部を上型で適切にシールドし、金属がカンチレバーの頭部に直接当たらないようにし、応力状態を改善することを考慮する必要があります。カンチレバーチューブの。カンチレバーヘッドの歯間のブロック部分は、カンチレバーチューブの長さの 1/5 ～ 1/4 になる場合があります。シャントホールのレイアウトを図 3 に示します。
（２）シャントホールの面積関係。ホットトゥースの歯根部は肉厚が薄く、高さが中心から離れており、物理的な面積が中心から大きく異なるため、金属を成形するのが最も難しい部分です。したがって、ひまわりラジエーターのプロファイル金型の設計における重要なポイントは、金属が最初に歯の根元に確実に充填されるように、中央の固体部分の流速をできるだけ遅くすることです。このような効果を達成するには、一方では作業ベルトの選択が必要であり、より重要なのは、方向転換穴の面積、主に方向転換穴に対応する中央部分の面積の決定である。テストと経験値によると、中央ダイバータ穴の面積 S1 と外側の単一ダイバータ穴の面積 S2 が次の関係を満たすときに最良の効果が得られます。 S1= (0.52 ~ 0.72) S2
また、中央のスプリッターホールの有効メタルフローチャネルは、外側のスプリッターホールの有効メタルフローチャネルよりも 20 ～ 25mm 長くする必要があります。この長さには、金型修復のマージンと可能性も考慮されています。
(3) 溶接室の深さ。 Sunflower ラジエーター プロファイル押出ダイは、従来のシャント ダイとは異なります。溶接チャンバー全体が上部ダイ内に配置されている必要があります。これは下型の穴ブロック加工の精度、特に作業ベルトの精度を確保するためです。従来のシャントモールドと比較して、Sunflower ラジエータープロファイルシャントモールドの溶接チャンバーの深さを増やす必要があります。押出機の能力が大きくなるほど溶接室の深さは15～25mm増加します。たとえば、20 MN の押出機を使用する場合、従来のシャント ダイの溶接チャンバーの深さは 20 ～ 22 mm ですが、ひまわりラジエーター プロファイルのシャント ダイの溶接チャンバーの深さは 35 ～ 40 mm でなければなりません。 。この利点は、金属が完全に溶接されており、吊り下げられたパイプにかかる応力が大幅に軽減されることです。上型溶接室の構造を図4に示します。
3.2 ダイ穴インサートの設計
ダイ穴ブロックの設計には、主にダイ穴サイズ、作業ベルト、ミラーブロックの外径と厚さなどが含まれます。
(1) ダイ穴サイズの決定。ダイの穴のサイズは、主に合金の熱処理のスケーリングを考慮して、従来の方法で決定できます。
(2) 作業ベルトの選定。作業ベルトの選択の原則は、まず歯の根の底部のすべての金属の供給が十分であることを確認し、歯の根の底の流速が他の部分よりも速くなるようにすることです。したがって、歯根底部の作動ベルトは0.3～0.6mmと最も短く、隣接する部分の作動ベルトは0.3mm長くする必要があります。中心に向かって10～15mmごとに0.4～0.5ずつ大きくするのが原則です。第二に、中心の最大固体部分の作動ベルトは 7mm を超えてはなりません。作業ベルトの長さの差が大きすぎると、銅電極の加工や作業ベルトの放電加工に大きな誤差が発生します。この誤差により、押出プロセス中に歯のたわみが簡単に破損する可能性があります。作業ベルトを図5に示します。
(3) インサートの外径と厚さ。従来のシャント金型の場合、ダイ穴インサートの厚さは下部金型の厚さになります。しかし、ひまわりラジエーター金型の場合、ダイ穴の有効肉厚が大きすぎると、押出・排出時にプロファイルが金型に衝突しやすくなり、歯ムラや傷、さらには歯詰まりが発生します。これらは歯が折れる原因となります。
また、ダイス穴の厚みが長すぎると、放電加工時の加工時間が長くなる一方で、電食ずれが発生しやすくなり、また、押出時の歯ずれの原因となります。もちろん、ダイス穴の厚さが小さすぎると、歯の強度が保証されません。したがって、これら 2 つの要素を考慮すると、下型のダイ穴挿入度は通常 40 ～ 50 であることが経験的にわかっています。ダイ穴インサートの外径は、ダイ穴の最大端からインサートの外周まで 25 ～ 30 mm である必要があります。
図 1 に示すプロファイルの場合、ダイ穴ブロックの外径と厚さはそれぞれ 225 mm と 50 mm です。ダイス穴インサートを図 6 に示します。図中の D は実際のサイズであり、呼びサイズは 225mm です。下型の内穴に合わせて外形寸法の限界偏差を合わせており、片側隙間が0.01～0.02mmの範囲内に収まるようにしています。ダイ穴ブロックを図 6 に示します。下型に配置されるダイ穴ブロックの内穴の呼び寸法は 225mm です。実際に測定したサイズに基づいて、ダイ穴ブロックは片側0.01〜0.02mmの原則に従って一致します。ダイホールブロックの外径は D として求められますが、取り付けの都合上、ダイホールミラーブロックの外径は図に示すように供給端で 0.1m の範囲内で適切に小さくすることができます。 。
4. 金型製造のキーテクノロジー
Sunflower ラジエーター プロファイル金型の加工は、通常のアルミニウム プロファイル金型とあまり変わりません。明らかな違いは主に電気処理に反映されます。
(1) ワイヤーカットの観点から、銅電極の変形を防ぐ必要があります。放電加工に使用される銅電極は重い、歯が小さすぎる、電極自体が柔らかくて剛性が低い、ワイヤ切断時に発生する局所的な高温によりワイヤ切断プロセス中に電極が変形しやすいためです。変形した銅電極を使用して作業ベルトや空ナイフを加工すると、歯の斜行が発生し、加工中に金型が欠けやすくなります。したがって、オンライン製造プロセス中に銅電極の変形を防ぐ必要があります。主な予防策は次のとおりです。ワイヤーを切断する前に、銅ブロックをベッドで水平にします。最初はダイヤルインジケータを使用して垂直度を調整します。ワイヤーを切断するときは、最初に歯の部分から開始し、最後に肉厚の部分を切断します。時々、切れた部分を埋めるために廃銀線を使用してください。ワイヤーを作成した後、ワイヤーマシンを使用して、切断された銅電極の長さに沿って約 4 mm の短いセクションを切り取ります。
(2) 放電加工は通常の金型とは明らかに異なります。 EDM は、ひまわりラジエーターのプロファイル金型の加工において非常に重要です。たとえ設計が完璧だったとしても、放電加工ではわずかな欠陥があれば、金型全体が廃棄されてしまいます。放電加工はワイヤーカットほど設備に依存しません。それはオペレーターの操作スキルと熟練度に大きく依存します。放電加工では主に以下の5つの点に注意します。
①放電加工電流。初期放電加工には 7 ～ 10 A の電流を使用して、加工時間を短縮できます。 5～7Aの電流で仕上げ加工が可能です。小さな電流を使用する目的は、良好な表面を得ることです。
② モールド端面の平面度、銅電極の垂直性を確保してください。金型端面の平面度が悪かったり、銅電極の垂直度が不十分な場合、放電加工後の作業ベルトの長さを設計上の作業ベルトの長さと一致させることが困難になります。 EDM プロセスは簡単に失敗したり、歯付き作業ベルトを貫通したりすることがあります。したがって、加工前にグラインダーを使用して金型の両端を精度要件を満たすように平坦にし、ダイヤルインジケータを使用して銅電極の垂直度を修正する必要があります。
③ 空のナイフの間隔が均等であることを確認します。初期加工では、空の工具が 3 ～ 4 mm の加工ごとに 0.2 mm ごとにオフセットしているかどうかを確認します。オフセットが大きい場合は、その後の調整で修正することが困難になります。
④放電加工時に発生する残留物は適時に除去してください。火花放電腐食により大量の残留物が生成されるため、時間内に除去する必要があります。そうしないと、残留物の高さの違いにより作業ベルトの長さが異なります。
⑤放電加工前に金型を消磁する必要があります。
5. 押出結果の比較
図 1 に示すプロファイルは、従来の分割金型とこの記事で提案した新しい設計スキームを使用してテストされました。結果の比較を表 1 に示します。
比較結果から、金型構造が金型寿命に大きく影響することが分かります。新しいスキームを使用して設計された金型には明らかな利点があり、金型の寿命が大幅に向上します。
6. 結論
ヒマワリラジエータープロファイル押出金型は、設計と製造が非常に難しい種類の金型であり、その設計と製造は比較的複雑です。したがって、押出の成功率と金型の寿命を確保するには、次の点を達成する必要があります。
(1) 金型の構造形状は合理的に選択する必要があります。金型の構造は、放熱歯によって形成される金型カンチレバーへの応力を軽減するために、押出力を低減し、それによって金型の強度を向上させるのに役立つ構造でなければなりません。重要なのは、シャント穴の数と配置、シャント穴の面積、その他のパラメータを合理的に決定することです。まず、シャント穴の間に形成されるシャントブリッジの幅が16mmを超えてはなりません。次に、金型の強度を確保しつつ、分割率が押出比の30％以上となるように分割穴面積を決定する必要があります。
(2) 作業ベルトを合理的に選択し、銅電極の加工技術や電気加工の電気標準パラメータなど、電気加工中に合理的な対策を講じてください。最初の重要な点は、ワイヤー切断前に銅電極の表面研磨を行う必要があり、それを確実にするためにワイヤー切断中に挿入方法を使用する必要があるということです。電極に緩みや変形がないこと。
(3) 電気加工プロセス中、歯のずれを避けるために電極を正確に位置合わせする必要があります。もちろん、合理的な設計と製造に基づいて、高品質の熱間加工用金型鋼の使用と 3 焼き戻し以上の真空熱処理プロセスにより、金型の潜在能力を最大限に引き出し、より良い結果を得ることができます。設計、製造から押出生産に至るまで、各リンクが正確である場合にのみ、ひまわりラジエーターのプロファイル金型を確実に押出成形することができます。
投稿日時: 2024 年 8 月 1 日
