یکی از پیچیده ترین قالبهای اکستروژن پرتهل مربوط به پروفیل آلومینیومی بکاررفته در بدنه قطارهای تندرو می باشد که ژانگ و همکارانش در دانشگاه شاندونگ چین به طور گسترده در زمینه بهینه سازی طراحی این قالب ها فعالیت کرده اند.
در ذیل به نکات جالب و نوآوری های استفاده شده توسط این گروه خواهیم پرداخت.
همانطور که در شکل زیر مشاهده می کنید، این گروه یک طرح اولیه را برای قالب اکستروژن درنظر گرفتند و سپس عملیات اکستروژن در این قالب را در نرم افزار Hyperextrude شبیه سازی کردند. با پیدا کردن نقاط ضعف، دو بار قالب اکستروژن مورد نظر اصلاح گردید که هر اصلاح مطابق با نتایج شبیه سازی است.
طرح اولیه
در طرح اولیه تنها نکته ای که نویسنده به آن اشاره کرده است، تعبیه دو حوضچه در ماتریس قالب اکستروژن آلومینیوم است. ارتفاع حوضچه اول 25 میلی متر و ارتفاع حوضچه دوم 5 میلی متر است که هدف اصلی از تعبیه حوضچه دوم کنترل بهتر جریان مواد آلومینیومی نیمه مذاب (توزیع سرعت یکنواخت) می باشد.
در شکل سمت راست، توزیع سرعت در قسمت های مختلف پروفیل آلومینیوم در طرح اولیه نشان داده شده است که هرچه رنگ به قرمز تمایل پیدا می کند، سرعت جریان مواد نیمه مذاب آلومینیوم در آن نقطه از قالب اکستروژن بیشتر است. در ضمن همین تفاوت در سرعت مواد در جاهای مختلف مقطع پروفیل آلومینیوم سبب می شود که ضخامت (فیلر) پروفیل اکسترود شده در نقاط مختلف با مدل دو بعدی مطابقت نداشته باشد و تلرانس های مورد نظر را ارضا نکنددرنتیجه پروفیل اصطلاحاً اوت می شود.
ایده ای که برای متعادل ساختن جریان مواد خمیری آلومینیوم به ذهن طراح رسیده است حذف حوضچه دوم و استفاده از استوپ (اصطلاح علمی آن صفحه بافل است.) در حوضچه اول است. بدیهی است صفحات مرتفع تر و پهن تر در جاهایی که سرعت جریان مواد در حوضچه بیشتر است، استفاده می شود و برعکس در نقاطی که پروفیل آلومینیوم به سختی شکل می گیرد و مقاومت جریان مواد بالا است مانند سر پل ها یا از استوپ استفاده نمی شود و یا از استوپ های با ارتفاع کمتر بهره گرفته می شود.
طرح اصلاحی اول
در طرح اصلاحی اولیه از 10 استوپ متناسب با نتایج حاصل از نمودار توزیع سرعت در طرح ابتدایی استفاده شده است، به طوری که ارتفاع صفحه 1: 5 میلی متر، ارتفاع صفحه 2: 6 میلی متر و ارتفاع بقیه صفحات 3 میلی متر است. حال نحوه موقعیت دهی این استوپها در محفظه جوش چگونه است؟ در پاسخ به این پرسش باز به نحوه جریان مواد در قالب اکستروژن می پردازیم…..
اختلاف سرعت زیاد در سطح مقطع این پروفیل خاص در نمونه اولیه با دلایل زیر توجیه می شود:
1-قسمت 3 کاملاً روبروی سوراخ موادخور است و این یعنی مواد مستقیماً به این محل می رسد، پس مقاومت جریان مواد در این نقطه کمتر و سرعت جریان بیشتر است
2-از طرف دیگر در سر پل ها الف) اصطکاکی که بین پل ها و مواد ایجاد می شود و ب) جوش خوردگی بین دو سری جریان مواد که از سوراخ های مجاور در سر پل ها به هم می رسند، از عوامل کاهنده سرعت جریان مواد دراین محل هستند.
3-مطابق شکل، برای شکل گیری پل های پروفیل آلومینیوم، مواد می بایست در جهت راه گاهها جریان یابد و درنهایت از روزنه های کلگی سنبه خارج شود تا پل ها شکل گیرند. در راهگاههای موجود در سنبه، مقاومت جریان مواد خیلی زیاد اس و به همین دلیل است که در پروفیل های آلومینیومی که پل دارند، غالباً مواد کم می رسد و پل ها نازک می شوند.
توزیع سرعت در طرح اصلاحی اول
طرح اصلاحی دوم
همانطور که از سربار پروفیل آلومینیوم در اصلاح اول مشخص است، مواد در پل سمت چپ پروفیل کم می آید و ضخامت پل در پروفیل آلومینیوم کمتر از حد مجاز است، به همین دلیل طراح از طول استوپ شماره 1 کاسته تا سرعت جریان مواد در این محل بالا رود. در ضمن در آخرین اصلاح،اختلاف سرعت جریان مواد در سطح مقطع پروفیل به 6.3 درصد رسیده و تفاوت در ضخامت پل ها (اصطلاح علمی آن، ریب است.) حداکثر 0.12 میلی متر است که تست های کنترل کیفی را پاس می کند.
