CN103143586B - 一种铝型材挤压模具的液氮冷却方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种铝型材挤压模具的液氮冷却方法及装置，其根据模垫截面形状在挤压模垫上开沟槽，在型材挤压过程中往沟槽中通入液氮，通过闭环控制系统控制液氮冷却过程，将挤压模具的温度控制在440~480℃，通过使用本发明的铝型材挤压模具的液氮冷却方法及装置，避免了铝合金型材挤压过程因温度过高导致产品质量下降，挤压效率低下的问题，使模具挤压速度提高10-50%，模具使用寿命进一步延长的同时，产品品质也得到提高，所加工的铝型材的尺寸精度更高，表面光洁度更好，废品率也进一步降低。

Description

一种铝型材挤压模具的液氮冷却方法及装置

技术领域

本发明涉及金属型材加工领域，尤其涉及一种铝型材挤压模具的液氮冷却方法及装置。

背景技术

随着中国经济的腾飞，铝合金型材的生产、应用和消费得到迅猛的发展，2007年中国铝型材的产量已经达到约540万吨，其中建筑铝型材的产量超过390万吨，连续三年稳居世界第一，成为世界最大的挤压铝材生产国和消费国。挤压铝材包括管材、棒材、型材和线材，其中，以挤压型材的生产难度最大、品种规格最多、产量最大。

然而，铝材挤压的低速度，低效率却阻碍了挤压铝材产量和质量的进一步提高。如在国内，挤压性很好的应用最为广泛的建筑型材用6063铝合金，实心型材的挤压速度在15m/min-35m/min之间，空心型材在10m/min-30m/min之间，而目前国际上较为先进的挤压技术也只能使挤压速度维持在30m/min-50m/min之间，因此，如何通过提高挤压速度来提高产量并同时保持质量，成为型材挤压工艺中改良的关键。

挤压过程中由于塑性变形生热、合金与模具摩擦生热均会使得合金温度上升，在模孔出口处达到最高，并且挤压速度越快，温度上升越高。挤压出口温度过高，会使得型材力学性能下降、表面氧化变化、甚至发生热裂。目前国内的企业为了避免因温度高出现废品，均采用较低的挤压速度，因此挤压效率非常低。

因此，现有方法还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有方法的不足，本发明的目的在于提供一种铝型材挤压模具的液氮冷却方法及装置，旨在解决目前铝合金型材挤压过程因温度过高导致产品质量下降，影响加工效率的问题。

本发明的方法方案如下：

一种铝型材挤压模具的液氮冷却方法，其中，在挤压模垫上根据模垫截面形状开沟槽，在铝型材挤压过程中检测模具温度并反馈给闭环控制系统，所述闭环控制系统根据模具温度的反馈控制通入所述挤压模垫沟槽中液氮的流量，实现对模具及铝型材的冷却，所述挤压模具及铝型材的温度控制在440~480℃。

所述的铝型材挤压模具的液氮冷却方法，其中，氮气通过真空保温绝热管输送，使用二次深冷器确保氮气在输送过程中为液体状态。

所述的铝型材挤压模具的液氮冷却方法，其中，所述通过闭环控制系统控制液氮冷却过程分为自动和手动控制两种模式。

所述的铝型材挤压模具的液氮冷却方法，其中，所述闭环控制系统通过液氮控制阀调节液氮的流量实现对挤压模具及铝型材温度的控制。

所述的铝型材挤压模具的液氮冷却方法，其中，所述检测的模具温度具体是检测的挤压机出口处铝型材的温度。

所述的铝型材挤压模具的液氮冷却方法，其中，通过闭环控制系统中的红外测温仪监测所述挤压机出口处的铝型材温度。

一种铝型材挤压模具的液氮冷却装置，其中，包括有开有沟槽的挤压模垫、液氮储罐、真空保温绝热管、二次深冷器及闭环控制系统；  所述闭环控制系统由红外测温仪、计算机控制系统、液氮控制阀组成；

所述液氮储罐通过真空保温绝热管与挤压模垫的沟槽相通，所述二次深冷器和液氮控制阀设置在所述真空保温绝热管上，所述计算机系统通过红外测温仪测定挤压机出口处的铝型材温度，并根据检测温度的反馈控制液氮控制阀调节进入挤压模垫沟槽的液氮流量，实现对模具及铝型材的冷却。

有益效果：本发明提供一种一种铝型材挤压模具的液氮冷却方法及装置，通过在挤压模垫上开沟槽，并在型材挤压过程中往沟槽中通入液氮，且利用闭环控制系统控制液氮冷却过程，使得挤压模具的温度控制在440~480℃，避免了铝合金型材挤压过程因温度过高导致产品质量下降，挤压效率低下的问题，使模具挤压速度提高10-50%，模具使用寿命进一步延长的同时，产品品质也得到提高，所加工的铝型材的尺寸精度更高，表面光洁度更好，废品率也进一步降低。

附图说明

图1为本发明的铝型材挤压模具的液氮冷却装置的连接示意图。

具体实施方式

本发明提供一种铝型材挤压模具的液氮冷却方法及装置，为使本发明的目的、方法方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示的是本发明铝型材挤压模具的液氮冷却装置的连接示意图，所述装置包括有开有沟槽的挤压模垫500、液氮储罐100、真空保温绝热管200、二次深冷器400及闭环控制系统，所述闭环控制系统由红外测温仪600、计算机控制系统700、液氮控制阀300组成。所述液氮储罐100通过真空保温绝热管200与所述挤压模垫500的沟槽相通，真空保温绝热管200尽可能降低液氮在输送过程中与外界环境之间进行热量交换，保证液氮不受真空保温绝热管200外外界温度的影响，避免了液氮因气化而无法正常流出的问题。另外在所述真空保温绝热管200上还设置有二次深冷器400和液氮控制阀300，二次深冷器400可进一步深冷液氮，确保液氮在到达模具之前始终为液体。

在挤压模垫500上根据模垫截面形状的不同来开设沟槽，为延长液氮在沟槽中的滞留时间可将沟槽设置为螺旋带状或者将沟槽槽壁设置齿状起伏，这样都能最大限度滞留液氮，进而最大化利用液氮冷却。

由于挤压过程中由于塑性变形生热、合金与模具摩擦生热均会使得合金温度上升，在模孔出口处达到最高，因此，将红外测温仪600设定为测定挤压机出口处的铝型材温度。 在挤压开始前，设定挤压机出口处的铝型材温度需控制在440~480℃，在此温度范围，使得挤压压力在挤压机和模具的可承受范围内，又能保证模具自身不因温度过高而受损，若温度太低，挤压压力上升，挤压机和模具寿命缩短，温度太高，模具寿命同样会缩短，超过500度，则存在回火软化风险，而且在此温度范围内，可降低挤压刮痕的形成，保证所加工的铝型材具有良好的表面光洁度，铝型材的尺寸也更加精确，产品废品率相应降低，同时温度的降低也延长了模具的使用寿命。由于挤压温度得到控制，模具的挤压速度可进一步提升，相较于传统铝型材挤压模具，速度可提高10-50%。因此，在此温度范围，极好地实现了生产效率和加工品质的平衡。

在挤压过程中，红外测温仪600将全过程监测该处的型材温度。该温度传送到计算机控制系统700与设定温度进行比较后，将自动输出PID控制信号来驱动液氮控制阀300的开关大小来调节液氮注入量，通过对型材出口温度进行自动控制，达到控制模具温度的目的。整个通氮过程根据不同机台的挤压周期均采用PLC控制。PLC根据模子在装料和挤压周期的不同时段，可以灵活采用不同的流量使模子的温度可以控制在一个窄小的范围，PLC接受挤压机的工作信号，自动调整通氮流量。本发明的铝型材挤压模具液氮冷却装置的上述自动模式可减少工人的劳动强度，避免由于人误操作所导致的液氮的大量泄漏等安全事故，防止人员伤害事故的发生。同时自动模式相对于人手动操作，其液氮流量调节更精确，更及时，可节省液氮用量，液氮利用效率明显提高。

本发明中，通过闭环控制系统控制液氮冷却过程除上述自动模式外还设置手动模式。可根据不同的工艺要求进行人工调整液氮流量，以确保产品质量。这样保证当计算机控制系统700出现故障时，可通过人工及时进行接管，采取手动控制模式进行生产，保证了生产的正常运行，体现了安全生产的要求。在手动模式下，可根据出口处型材的温度变化，人工制定挤压工作中液氮控制阀的开度与挤压时间对应的过程参数，以控制挤压机出口处挤出铝型材的温度，从而达到控制模具温度的目的。

另外，本发明系统在所有可能的盲管区域均安装安全泄压阀，以保证系统安全。挤压机工作信号与计算机控制系统指令是同步的，当挤压机停止挤压信号发出后，计算机控制系统同时接受到停止指令，液氮控制阀自动切断，同样可避免操作工人在误操作时，引起液氮大量泄漏，防止人员伤害事故的发生。

本发明提供一种铝型材挤压模具的液氮冷却方法及装置，通过在挤压模垫上开沟槽，并在型材挤压过程中往沟槽中通入液氮，且利用闭环控制系统控制液氮冷却过程，使得挤压模具的温度控制在440~480℃，避免了铝合金型材挤压过程因温度过高导致产品质量下降，挤压效率低下的问题，使模具挤压速度提高10-50%，模具使用寿命进一步延长的同时，产品品质也得到提高，所加工的铝型材的尺寸精度更高，表面光洁度更好，废品率也进一步降低。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通方法人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1. 一种铝型材挤压模具的液氮冷却方法，其特征在于，在挤压模垫上根据模垫截面形状开沟槽，在铝型材挤压过程中检测模具温度并反馈给闭环控制系统，所述闭环控制系统根据模具温度的反馈控制通入所述挤压模垫沟槽中液氮的流量，实现对模具及铝型材的冷却，所述挤压模具及铝型材的温度控制在440~480℃；

氮气通过真空保温绝热管输送，使用二次深冷器确保氮气在输送过程中为液体状态。

2.根据权利要求1所述的铝型材挤压模具的液氮冷却方法，其特征在于，所述通过闭环控制系统控制液氮冷却过程分为自动和手动控制两种模式。

3.根据权利要求1所述的铝型材挤压模具的液氮冷却方法，其特征在于，所述闭环控制系统通过液氮控制阀调节液氮的流量实现对挤压模具及铝型材温度的控制。

4.根据权利要求1所述的铝型材挤压模具的液氮冷却方法，其特征在于，所述检测的模具温度具体是检测的挤压机出口处铝型材的温度。

5.根据权利要求4所述的铝型材挤压模具的液氮冷却方法，其特征在于，通过闭环控制系统中的红外测温仪监测所述挤压机出口处的铝型材温度。

6.一种铝型材挤压模具的液氮冷却装置，其特征在于，包括有开有沟槽的挤压模垫、液氮储罐、真空保温绝热管、二次深冷器及闭环控制系统；  所述闭环控制系统由红外测温仪、计算机控制系统、液氮控制阀组成；

所述液氮储罐通过真空保温绝热管与挤压模垫的沟槽相通，所述二次深冷器和液氮控制阀设置在所述真空保温绝热管上，所述计算机控制系统通过红外测温仪测定挤压机出口处的铝型材温度，并根据检测温度的反馈控制液氮控制阀调节进入挤压模垫沟槽的液氮流量，实现对模具及铝型材的冷却。