كيفية تصميم قالب بثق مشعاع عباد الشمس لملفات الألومنيوم؟

1. تحليل الخصائص الهيكلية لمقاطع الألمنيوم

يوضح الشكل 1 المقطع العرضي لملف الألمنيوم النموذجي لمشعاع عباد الشمس. تبلغ مساحة المقطع العرضي للملف 7773.5 مم²، بإجمالي 40 سنًا لتبديد الحرارة. الحد الأقصى لحجم فتحة التعليق المتكونة بين الأسنان هو 4.46 ملم. وبعد الحساب تكون نسبة اللسان بين الأسنان 15.7. وفي الوقت نفسه، هناك مساحة صلبة كبيرة في وسط الملف الشخصي تبلغ مساحتها 3846.5 ملم مربع.

انطلاقًا من خصائص الشكل للملف الجانبي، يمكن اعتبار المسافة بين الأسنان بمثابة مقاطع شبه مجوفة، ويتكون ملف الرادياتير من مقاطع شبه مجوفة متعددة. ولذلك، عند تصميم هيكل القالب، فإن المفتاح هو النظر في كيفية ضمان قوة القالب. على الرغم من أنه بالنسبة للمقاطع شبه المجوفة، فقد طورت الصناعة مجموعة متنوعة من هياكل القوالب الناضجة، مثل "قالب الفاصل المغطى"، "قالب تقسيم القطع"، "قالب تقسيم الجسر المعلق"، وما إلى ذلك. ومع ذلك، لا تنطبق هذه الهياكل على المنتجات تتكون من عدة ملفات شبه مجوفة. التصميم التقليدي يأخذ في الاعتبار المواد فقط، ولكن في صب البثق، التأثير الأكبر على القوة هو قوة البثق أثناء عملية البثق، وعملية تشكيل المعدن هي العامل الرئيسي الذي يولد قوة البثق.

نظرًا للمساحة الصلبة المركزية الكبيرة لملف المبرد الشمسي، فمن السهل جدًا أن يكون معدل التدفق الإجمالي في هذه المنطقة سريعًا جدًا أثناء عملية البثق، وسيتم توليد إجهاد الشد الإضافي على رأس نظام التعليق بين الأسنان الأنبوب، مما أدى إلى كسر أنبوب التعليق بين الأسنان. لذلك، في تصميم هيكل القالب، يجب أن نركز على تعديل معدل التدفق المعدني ومعدل التدفق لتحقيق غرض تقليل ضغط البثق وتحسين حالة الضغط للأنبوب المعلق بين الأسنان، وذلك لتحسين قوة القالب.

2. اختيار هيكل القالب وقدرة ضغط البثق

2.1 شكل هيكل القالب

بالنسبة لملف مشعاع عباد الشمس الموضح في الشكل 1، على الرغم من أنه لا يحتوي على جزء مجوف، إلا أنه يجب أن يعتمد هيكل القالب المنفصل كما هو موضح في الشكل 2. يختلف عن هيكل قالب التحويل التقليدي، حيث يتم وضع غرفة محطة اللحام المعدنية في الجزء العلوي العفن، ويتم استخدام هيكل إدراج في القالب السفلي. والغرض من ذلك هو تقليل تكاليف القالب وتقصير دورة تصنيع القالب. كلا القالبين العلوي والسفلي هما عالميان ويمكن إعادة استخدامهما. والأهم من ذلك، يمكن معالجة كتل ثقب القالب بشكل مستقل، مما يضمن دقة حزام عمل ثقب القالب بشكل أفضل. تم تصميم الثقب الداخلي للقالب السفلي كخطوة. الجزء العلوي وكتلة ثقب القالب يعتمدان على الخلوص المناسب، وقيمة الفجوة على كلا الجانبين هي 0.06 ~ 0.1 م؛ الجزء السفلي يعتمد تناسب التداخل، ومقدار التداخل على كلا الجانبين هو 0.02 ~ 0.04 متر، مما يساعد على ضمان المحورية ويسهل التجميع، مما يجعل البطانة ملائمة أكثر إحكاما، وفي الوقت نفسه، يمكن تجنب تشوه القالب الناتج عن التثبيت الحراري تناسب التداخل

2.2 اختيار قدرة الطارد

يتم اختيار سعة الطارد، من ناحية، لتحديد القطر الداخلي المناسب لبرميل البثق والحد الأقصى للضغط النوعي للطارد على قسم برميل البثق لتلبية الضغط أثناء تشكيل المعدن. من ناحية أخرى، يجب تحديد نسبة البثق المناسبة واختيار مواصفات حجم القالب المناسب على أساس التكلفة. بالنسبة لملف الألمنيوم الخاص بمشعاع عباد الشمس، لا يمكن أن تكون نسبة البثق كبيرة جدًا. السبب الرئيسي هو أن قوة البثق تتناسب مع نسبة البثق. كلما زادت نسبة البثق، زادت قوة البثق. هذا ضار للغاية لقالب الألومنيوم الخاص بمشع دوار الشمس.

تظهر التجربة أن نسبة بثق مقاطع الألمنيوم لمشعات عباد الشمس أقل من 25. بالنسبة للملف الموضح في الشكل 1، تم اختيار جهاز بثق 20.0 MN بقطر داخلي لبرميل البثق يبلغ 208 مم. بعد الحساب، يكون الحد الأقصى للضغط النوعي للطارد هو 589MPa، وهي قيمة أكثر ملاءمة. إذا كان الضغط المحدد مرتفعًا جدًا، فسيكون الضغط على القالب كبيرًا، مما يضر بعمر القالب؛ إذا كان الضغط المحدد منخفضًا جدًا، فلن يتمكن من تلبية متطلبات التشكيل بالبثق. تظهر التجربة أن الضغط المحدد في نطاق 550 ~ 750 ميجا باسكال يمكن أن يلبي متطلبات العمليات المختلفة بشكل أفضل. بعد الحساب، معامل البثق هو 4.37. يتم تحديد مواصفات حجم القالب على أنها 350 مم × 200 مم (القطر الخارجي × درجة).

3. تحديد المعلمات الهيكلية للقالب

3.1 المعلمات الهيكلية للقالب العلوي

(1) عدد فتحات المحول وترتيبها. بالنسبة لقالب التحويل الخاص بمبرد عباد الشمس، كلما زاد عدد فتحات التحويل، كان ذلك أفضل. بالنسبة للمقاطع ذات الأشكال الدائرية المماثلة، يتم اختيار 3 إلى 4 فتحات تحويلة تقليدية بشكل عام. والنتيجة هي أن عرض جسر التحويلة أكبر. بشكل عام، عندما يكون أكبر من 20 مم، يكون عدد اللحامات أقل. ومع ذلك، عند اختيار حزام العمل الخاص بفتحة القالب، يجب أن يكون حزام العمل الخاص بثقب القالب الموجود أسفل جسر التحويلة أقصر. في ظل عدم وجود طريقة حسابية دقيقة لاختيار حزام العمل، فمن الطبيعي أن يتسبب ذلك في عدم تحقيق ثقب القالب الموجود أسفل الجسر والأجزاء الأخرى نفس معدل التدفق تمامًا أثناء البثق بسبب الاختلاف في حزام العمل، سيؤدي هذا الاختلاف في معدل التدفق إلى إنتاج إجهاد شد إضافي على الكابولي ويسبب انحراف أسنان تبديد الحرارة. لذلك، بالنسبة لقذف المبرد عباد الشمس يموت بعدد كثيف من الأسنان، فمن الأهمية بمكان التأكد من أن معدل التدفق لكل سن ثابت. مع زيادة عدد فتحات التحويل، سيزداد عدد جسور التحويل وفقًا لذلك، وسيصبح معدل التدفق وتوزيع تدفق المعدن أكثر توازناً. وذلك لأنه مع زيادة عدد الجسور التحويلية، يمكن تقليل عرض الجسور التحويلية وفقًا لذلك.

تظهر البيانات العملية أن عدد فتحات التحويل هو بشكل عام 6 أو 8 أو أكثر. بالطبع، بالنسبة لبعض مقاطع تبديد الحرارة الكبيرة لعباد الشمس، يمكن للقالب العلوي أيضًا ترتيب فتحات التحويل وفقًا لمبدأ عرض جسر التحويل ≥ 14 مم. الفرق هو أنه يجب إضافة لوحة مقسمة أمامية للتوزيع المسبق وضبط التدفق المعدني. يمكن تنفيذ عدد وترتيب فتحات المحول في لوحة المحول الأمامية بطريقة تقليدية.

بالإضافة إلى ذلك، عند ترتيب فتحات التحويل، يجب مراعاة استخدام القالب العلوي لحماية رأس الكابولي لسن تبديد الحرارة بشكل مناسب لمنع المعدن من الاصطدام مباشرة برأس الأنبوب الكابولي وبالتالي تحسين حالة الضغط من أنبوب ناتئ. يمكن أن يكون الجزء المسدود من رأس الكابولي بين الأسنان 1/5 ~ 1/4 من طول أنبوب الكابولي. يظهر تخطيط فتحات التحويل في الشكل 3

(2) العلاقة بين مساحة فتحة التحويلة. نظرًا لأن سمك جدار جذر السن الساخن صغير والارتفاع بعيد عن المركز، والمساحة المادية مختلفة جدًا عن المركز، فهو الجزء الأكثر صعوبة في تشكيل المعدن. ولذلك، فإن النقطة الأساسية في تصميم قالب ملف تعريف المبرد عباد الشمس هي جعل معدل تدفق الجزء الصلب المركزي بطيئًا قدر الإمكان لضمان أن المعدن يملأ جذر السن أولاً. من أجل تحقيق مثل هذا التأثير، من ناحية، هو اختيار حزام العمل، والأهم من ذلك، تحديد مساحة فتحة المحول، وخاصة منطقة الجزء المركزي المقابل لفتحة المحول. تظهر الاختبارات والقيم التجريبية أن أفضل تأثير يتم تحقيقه عندما تحقق مساحة فتحة المحول المركزي S1 ومساحة فتحة المحول المفردة الخارجية S2 العلاقة التالية: S1= (0.52 ~0.72) S2

بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تكون قناة التدفق المعدنية الفعالة لفتحة الفاصل المركزية أطول بمقدار 20 إلى 25 مم من قناة التدفق المعدنية الفعالة لفتحة الفاصل الخارجية. يأخذ هذا الطول أيضًا في الاعتبار هامش وإمكانية إصلاح القالب.

(3) عمق غرفة اللحام. يختلف قالب بثق ملف تعريف المبرد Sunflower عن قالب التحويل التقليدي. يجب أن تكون غرفة اللحام بأكملها موجودة في القالب العلوي. هذا لضمان دقة معالجة كتلة الثقب للقالب السفلي، وخاصة دقة حزام العمل. بالمقارنة مع قالب التحويل التقليدي، فإن عمق غرفة اللحام لقالب التحويل الجانبي لرادياتير عباد الشمس يحتاج إلى زيادة. كلما زادت سعة آلة البثق، كلما زاد عمق غرفة اللحام، والذي يتراوح بين 15 إلى 25 مم. على سبيل المثال، إذا تم استخدام آلة بثق 20 MN، فإن عمق غرفة اللحام لقالب التحويل التقليدي هو 20 ~ 22 مم، في حين أن عمق غرفة اللحام لقالب التحويل لملف المبرد عباد الشمس يجب أن يكون 35 ~ 40 مم . وتتمثل ميزة ذلك في أن المعدن ملحوم بالكامل ويقلل الضغط على الأنبوب المعلق بشكل كبير. يظهر هيكل غرفة لحام القالب العلوي في الشكل 4.

3.2 تصميم فتحة القالب

يتضمن تصميم كتلة ثقب القالب بشكل أساسي حجم ثقب القالب، وحزام العمل، والقطر الخارجي وسمك كتلة المرآة، وما إلى ذلك.

(1) تحديد حجم ثقب القالب. يمكن تحديد حجم ثقب القالب بطريقة تقليدية، مع الأخذ في الاعتبار بشكل رئيسي قياس المعالجة الحرارية للسبائك.

(2) اختيار حزام العمل. مبدأ اختيار حزام العمل هو التأكد أولاً من أن جميع المعادن الموجودة في الجزء السفلي من جذر السن كافية، بحيث يكون معدل التدفق في الجزء السفلي من جذر السن أسرع من الأجزاء الأخرى. لذلك، يجب أن يكون حزام العمل الموجود في الجزء السفلي من جذر السن هو الأقصر، بقيمة 0.3 ~ 0.6 مم، ويجب زيادة حزام العمل في الأجزاء المجاورة بمقدار 0.3 مم. المبدأ هو الزيادة بمقدار 0.4 إلى 0.5 كل 10 إلى 15 ملم باتجاه المركز؛ ثانيًا، يجب ألا يتجاوز حزام العمل عند أكبر جزء صلب من المركز 7 مم. بخلاف ذلك، إذا كان فرق الطول لحزام العمل كبيرًا جدًا، فستحدث أخطاء كبيرة في معالجة الأقطاب الكهربائية النحاسية ومعالجة EDM لحزام العمل. يمكن أن يؤدي هذا الخطأ بسهولة إلى كسر انحراف السن أثناء عملية البثق. يظهر حزام العمل في الشكل 5.

 

(3) القطر الخارجي وسمك الإدخال. بالنسبة لقوالب التحويل التقليدية، يكون سمك فتحة القالب هو سمك القالب السفلي. ومع ذلك، بالنسبة لقالب المبرد عباد الشمس، إذا كان السُمك الفعال لفتحة القالب كبيرًا جدًا، فسوف يصطدم المظهر الجانبي بسهولة بالقالب أثناء البثق والتفريغ، مما يؤدي إلى عدم استواء الأسنان، أو الخدوش أو حتى انحشار الأسنان. هذه سوف تسبب كسر الأسنان.

بالإضافة إلى ذلك، إذا كان سمك ثقب القالب طويلًا جدًا، فمن ناحية، يكون وقت المعالجة طويلًا أثناء عملية EDM، ومن ناحية أخرى، فمن السهل التسبب في انحراف التآكل الكهربائي، ومن السهل أيضًا تسبب انحراف الأسنان أثناء البثق. وبطبيعة الحال، إذا كان سمك ثقب القالب صغيرًا جدًا، فلا يمكن ضمان قوة الأسنان. لذلك، مع أخذ هذين العاملين في الاعتبار، تظهر التجربة أن درجة إدخال فتحة القالب للقالب السفلي تكون بشكل عام من 40 إلى 50؛ ويجب أن يكون القطر الخارجي لإدخال فتحة القالب من 25 إلى 30 مم من الحافة الأكبر لفتحة القالب إلى الدائرة الخارجية للإدخال.

بالنسبة للملف الجانبي الموضح في الشكل 1، فإن القطر الخارجي وسمك كتلة فتحة القالب هما 225 مم و50 مم على التوالي. يظهر إدراج ثقب القالب في الشكل 6. D في الشكل هو الحجم الفعلي والحجم الاسمي هو 225 مم. يتم مطابقة الانحراف الحدي لأبعاده الخارجية وفقًا للفتحة الداخلية للقالب السفلي لضمان أن الفجوة الأحادية الجانب تقع في نطاق 0.01 ~ 0.02 مم. تظهر كتلة ثقب القالب في الشكل 6. الحجم الاسمي للفتحة الداخلية لكتلة ثقب القالب الموضوعة على القالب السفلي هو 225 مم. على أساس الحجم الفعلي المقاس، فإن كتلة ثقب القالب مطابقة وفقًا لمبدأ 0.01~0.02 مم لكل جانب. يمكن الحصول على القطر الخارجي لكتلة فتحة القالب على شكل D، ولكن من أجل سهولة التركيب، يمكن تقليل القطر الخارجي لكتلة مرآة فتحة القالب بشكل مناسب ضمن نطاق 0.1 متر عند نهاية التغذية، كما هو موضح في الشكل .

4. التقنيات الرئيسية لتصنيع القوالب

إن تصنيع قالب ملف تعريف المبرد Sunflower لا يختلف كثيرًا عن قوالب الألومنيوم العادية. وينعكس الفرق الواضح بشكل رئيسي في المعالجة الكهربائية.

(1) فيما يتعلق بقطع الأسلاك، من الضروري منع تشوه القطب النحاسي. نظرًا لأن القطب النحاسي المستخدم في EDM ثقيل، والأسنان صغيرة جدًا، والقطب نفسه ناعم، وله صلابة ضعيفة، وتؤدي درجة الحرارة المرتفعة المحلية الناتجة عن قطع الأسلاك إلى تشوه القطب بسهولة أثناء عملية قطع الأسلاك. عند استخدام أقطاب النحاس المشوهة لمعالجة أحزمة العمل والسكاكين الفارغة، سوف تحدث أسنان منحرفة، مما قد يؤدي بسهولة إلى كشط القالب أثناء المعالجة. لذلك، من الضروري منع تشوه الأقطاب الكهربائية النحاسية أثناء عملية التصنيع عبر الإنترنت. التدابير الوقائية الرئيسية هي: قبل قطع الأسلاك، قم بتسوية الكتلة النحاسية بسرير؛ استخدم مؤشر الاتصال لضبط الوضع العمودي في البداية؛ عند قطع الأسلاك، ابدأ من جزء السن أولاً، وأخيرًا قم بقطع الجزء بجدار سميك؛ بين الحين والآخر، استخدم خردة الأسلاك الفضية لملء الأجزاء المقطوعة؛ بعد تصنيع السلك، استخدم آلة الأسلاك لقطع مقطع قصير يبلغ حوالي 4 مم على طول القطب النحاسي المقطوع.

(2) من الواضح أن تصنيع التفريغ الكهربائي يختلف عن القوالب العادية. يعتبر EDM مهمًا جدًا في معالجة قوالب تشكيل مشعاع عباد الشمس. حتى لو كان التصميم مثاليًا، فإن وجود خلل بسيط في EDM سيؤدي إلى إلغاء القالب بأكمله. لا تعتمد عملية التفريغ الكهربائي على المعدات مثل قطع الأسلاك. يعتمد ذلك إلى حد كبير على مهارات المشغل وكفاءته. تهتم معالجة التفريغ الكهربائي بشكل أساسي بالنقاط الخمس التالية:

①تيار معالجة التفريغ الكهربائي. 7 ~ 10 يمكن استخدام التيار لتصنيع EDM الأولي لتقصير وقت المعالجة؛ 5 ~ 7 يمكن استخدام التيار لإنهاء التشغيل الآلي. الغرض من استخدام تيار صغير هو الحصول على سطح جيد؛

② تأكد من استواء وجه نهاية القالب وعمودية القطب النحاسي. إن التسطيح الضعيف لوجه نهاية القالب أو العمودية غير الكافية للقطب النحاسي يجعل من الصعب التأكد من أن طول حزام العمل بعد معالجة EDM يتوافق مع طول حزام العمل المصمم. من السهل أن تفشل عملية EDM أو حتى تخترق حزام العمل المسنن. لذلك، قبل المعالجة، يجب استخدام مطحنة لتسوية طرفي القالب لتلبية متطلبات الدقة، ويجب استخدام مؤشر الاتصال لتصحيح عمودي القطب النحاسي؛

③ تأكد من أن الفجوة بين السكاكين الفارغة متساوية. أثناء المعالجة الأولية، تحقق مما إذا كانت الأداة الفارغة تتم إزاحتها كل 0.2 مم كل 3 إلى 4 مم من المعالجة. إذا كانت الإزاحة كبيرة، فسيكون من الصعب تصحيحها بالتعديلات اللاحقة؛

④ قم بإزالة البقايا الناتجة أثناء عملية EDM في الوقت المناسب. سوف ينتج عن التآكل الناتج عن الشرارة كمية كبيرة من البقايا، والتي يجب تنظيفها في الوقت المناسب، وإلا فإن طول حزام العمل سيكون مختلفًا بسبب اختلاف ارتفاعات البقايا؛

⑤يجب إزالة مغنطة القالب قبل EDM.

5. مقارنة نتائج البثق

تم اختبار ملف التعريف الموضح في الشكل 1 باستخدام قالب الانقسام التقليدي ونظام التصميم الجديد المقترح في هذه المقالة. وتظهر مقارنة النتائج في الجدول 1.

يمكن أن نرى من نتائج المقارنة أن هيكل القالب له تأثير كبير على عمر القالب. يتميز القالب المصمم باستخدام المخطط الجديد بمزايا واضحة ويحسن عمر القالب بشكل كبير.

6. الاستنتاج

قالب بثق ملف تعريف المبرد عباد الشمس هو نوع من القوالب يصعب تصميمه وتصنيعه، كما أن تصميمه وتصنيعه معقدان نسبيًا. ولذلك، لضمان معدل نجاح البثق وعمر الخدمة للقالب، يجب تحقيق النقاط التالية:

(1) يجب اختيار الشكل الهيكلي للقالب بشكل معقول. يجب أن يكون هيكل القالب ملائمًا لتقليل قوة البثق لتقليل الضغط على ناتئ القالب الذي يتكون من أسنان تبديد الحرارة، وبالتالي تحسين قوة القالب. المفتاح هو تحديد عدد وترتيب فتحات التحويل بشكل معقول ومساحة فتحات التحويل والمعلمات الأخرى: أولاً، يجب ألا يتجاوز عرض جسر التحويل المتكون بين فتحات التحويل 16 مم؛ ثانياً يجب تحديد مساحة فتحة الانقسام بحيث تصل نسبة الانقسام إلى أكثر من 30% من نسبة البثق قدر الإمكان مع ضمان قوة القالب.

(2) اختيار حزام العمل بشكل معقول واعتماد تدابير معقولة أثناء المعالجة الكهربائية، بما في ذلك تكنولوجيا معالجة الأقطاب الكهربائية النحاسية والمعلمات القياسية الكهربائية للتصنيع الكهربائي. النقطة الأساسية الأولى هي أن القطب النحاسي يجب أن يكون سطحيًا قبل قطع الأسلاك، ويجب استخدام طريقة الإدخال أثناء قطع الأسلاك لضمان ذلك. الأقطاب الكهربائية ليست فضفاضة أو مشوهة.

(3) أثناء عملية المعالجة الكهربائية، يجب محاذاة القطب بدقة لتجنب انحراف الأسنان. بالطبع، على أساس التصميم والتصنيع المعقولين، فإن استخدام فولاذ قوالب العمل الساخن عالي الجودة وعملية المعالجة الحرارية الفراغية لثلاث درجات حرارة أو أكثر يمكن أن يزيد من إمكانات القالب ويحقق نتائج أفضل. بدءًا من التصميم والتصنيع وحتى إنتاج البثق، فقط إذا كانت كل وصلة دقيقة، يمكننا التأكد من أن قالب ملف مشع عباد الشمس قد تم بثقه.