CN108246895B - 一种冲压模具的冷却装置及冲压模具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种冲压模具的冷却装置及冲压模具，其中，冷却装置包括第一冷却腔、第二冷却腔和冷却剂存储装置。第一冷却腔设在冲压模具的上模板内，并围绕冲压模具的冲压凸模的外周形成冷却剂的密封容置空间。第二冷却腔设在冲压模具的下模板内，并围绕冲压模具的冲压凹模的外周形成冷却剂的另一密封容置空间。冷却剂存储装置设在冲压模具外并通过进气管路向第一冷却腔和第二冷却腔配送冷却剂。第一冷却腔和第二冷却腔上还连通有排气管路，能够将冷却剂排放或回收。本发明中的冲压模具的冷却装置及冲压模具能够有效解决冲压模具在经高速的摩擦后会产生“热”的问题。
Description
技术领域
本发明属于冲压模具技术领域，具体涉及一种冲压模具的冷却装置及冲压模具。
背景技术
冲压是在室温下利用安装在压力机上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件的一种压力加工方法。冲压模具是在冷冲压加工中，将材料加工成零件(或半成品)的一种特殊工艺装备。其中，高速精密冲压制程在电子行业的零件制作工艺是应用极为广泛的成熟技术，但由于是高速的情况下运动生产，以致冲压模具在经由高速的摩擦后会产生“热”，此问题在业界里存在已久，由于产生“热”会造成如下的一些问题：
1、冲压模具在高速运作下产生“热”之后，造成冲压凸模内的冲压头经常断裂，以致需经常性的维修与更换，如此造成了冲压模具成本的增加及品质的控管漏洞。2、由于“热”的问题一直无法有效改善，因此在冲压件的材料选择上都也有所限制，导致材料成本没法有效降低，如局限于不锈钢与铜等。
由于对于冲压模具来说，实属开放式的“冷加工”，因此不适合在冲压模具里设计有冷却装置。现有技术中一般解决“热”的问题，大多会选择在冲压件的材料上加喷淋切削油剂，虽然可以改善冲压模具的润滑效果，以使“热”的问题暂时得以改善，但是产生的粉屑仍然存在沾粘的问题无法得到改善，但也相对的提高了产品与冲压模具的污染。现有中还有利用所使用的氮气与二氧化碳来减少加工环境里的含氧成分，以达到降低材料因在高速冲压后产生的粉屑，但是经摩擦产生热后粉屑与空气中的氧气会起化学变化造成熔结，导致沾粘在冲压模具的冲压凸模和冲压凹模上，造成冲压模具与产品的不良比例。
因此，如何有效解决冲压模具在经高速的摩擦后会产生“热”的问题成为目前的一大难题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种能够有效解决冲压模具在经高速的摩擦后会产生“热”的问题的冲压模具的冷却装置及冲压模具。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
本实施例一方面提供一种冲压模具的冷却装置，包括第一冷却腔、第二冷却腔和冷却剂存储装置；第一冷却腔设在冲压模具的上模板内，并围绕冲压模具的冲压凸模的外周形成冷却剂的密封容置空间；第二冷却腔设在冲压模具的下模板内，并围绕冲压模具的冲压凹模的外周形成冷却剂的另一密封容置空间；冷却剂存储装置设在冲压模具外并通过进气管路向第一冷却腔和第二冷却腔配送冷却剂；第一冷却腔和第二冷却腔上还连通有排气管路，能够将冷却剂排放或回收。
根据本发明，第一冷却腔的上顶面和下顶面具有位置对应的通孔，且通孔与冲压凸模之间形成滑动密封，使冲压凸模在通孔内上下活动；第二冷却腔的上顶面和下顶面具有位置对应的另一通孔，且另一通孔与冲压凹模形成接触密封，使冲压凹模穿过另一通孔。
根据本发明，冷却剂为液氮。
根据本发明，进气管路与第一冷却腔、第二冷却腔的连接处分别设有第一进气阀和第二进气阀；排气管路与第一冷却腔、第二冷却腔的连接处分别设有第一排气阀和第二排气阀。
根据本发明，还包括控制器、第一感温器、第二感温器、第一压力传感器和第二压力传感器；第一感温器和第二感温器分别设在第一冷却腔和第二冷却腔内并与控制器通讯连接；第一压力传感器和第二压力传感器分别设在第一冷却腔和第二冷却腔上并与控制器通讯连接；控制器还与第一进气阀、第二进气阀、第一排气阀和第二排气阀通讯连接；控制器能够在第一感温器的测量值大于预设值时控制第一进气阀打开，在第一压力传感器的测量值大于预设值时控制第一排气阀打开；控制器能够在第二感温器的测量值大于预设值时控制第二进气阀打开，在第二压力传感器的测量值大于预设值时控制第二排气阀打开。
本发明另一方面提供一种冲压模具，包括上述的冷却装置。
根据本发明，冲压模具为铝合金件冲压模具。
根据本发明，铝合金件的材料表面设有TiO2和SiO2的保护镀层。
根据本发明，铝合金中还掺有镁，且镁的质量占制成的铝镁合金总质量的0.02％以下。
根据本发明，铝合金件为LED支架。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明突破了冲压模具内不适合设有冷却装置的传统观念，在冲压模具的内部设置了冷却装置，且该冷却装置包括第一冷却腔和第二冷却腔，通入到第一冷却腔内和第二冷却腔内的冷却剂可以将位于第一冷却腔内的冲压凸模和位于第二冷却腔内的冲压凹模的部分包围在冷却剂的氛围当中，大大增加了冷却面积，而且在每次冲压结束后都能及时对冲压凸模和冲压凹模进行冷却。因此，能够有效解决冲压模具在经高速的摩擦后会产生“热”的问题，不管对何种材料的冲压件进行冲压都能保证加工产品的质量，同时也有效地避免了冲压凸模的冲压头的断裂，而且能够使冲压模具更加持续长时间稳定地进行工作，提高了生产效率。
附图说明
图1为如下实施例提供的冲压模具的冷却装置的横截面结构示意图。
【附图标记说明】
1：上模板；11：上模板的上表面；2：下模板；3：冲压凸模；4：冲压凹模；5：第一冷却腔；51：第一感温器；6：第二冷却腔；61：第二感温器；7：冷却剂存储装置；8：进气管路；9：排气管路；10：冲压件。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
参照图1，本实施例提供一种冲压模具，包括上模板1、下模板2、冲压凸模3、冲压凹模4和冷却装置。
其中，冷却装置包括第一冷却腔5、第二冷却腔6和冷却剂存储装置7。第一冷却腔5设在冲压模具的上模板1内，并围绕冲压模具的冲压凸模3的外周形成冷却剂的密封容置空间。第二冷却腔6设在冲压模具的下模板2内，并围绕冲压模具的冲压凹模4的外周形成冷却剂的另一密封容置空间。冷却剂存储装置7设在冲压模具外并通过进气管路8向第一冷却腔5和第二冷却腔6配送冷却剂。第一冷却腔5和第二冷却腔6上还连通有排气管路9，能够将冷却剂排放或回收。
进一步地，第一冷却腔5的上顶面和下顶面具有位置对应的通孔，且通孔与冲压凸模3之间形成滑动密封，使冲压凸模3在通孔内上下活动。第二冷却腔6的上顶面和下顶面具有位置对应的另一通孔，且另一通孔与冲压凹模4形成接触密封，使冲压凹模4穿过另一通孔。
具体地，通过对上模板1的内部进行适当的加工形成空腔，该空腔的全部或者一部分构成第一冷却腔5。同时第一冷却腔5的上顶面和下顶面分别设有通孔且与上模板1自身设有的通孔相对应，以供冲压凸模3穿过。且通孔与冲压凸模3之间形成滑动密封，即冲压凸模3可以在通孔内上下滑动，且相对于通孔是密封的，以防止第一冷却腔5内的冷却剂泄露到大气中。
通过对下模板2的内部进行适当的加工形成另一空腔，该空腔的全部或者一部分构成第二冷却腔6。同时第二冷却腔6的的上顶面和下顶面分别设有通孔且与下模板2自身设有的通孔相对应，以供冲压凹模4穿过。且通孔与冲压凹模4之间形成接触密封，以防止第二冷却腔6内的冷却剂泄露到大气中。
进一步地，第一密封腔5和第二密封腔6的形状设计成阶梯状(参照图1中示出的结构形状)，即第一密封腔5和第二密封腔6分别越靠近冲压凸模3和冲压凹模4的部分，其容置空间越大，由此可以使越接近的冲压凸模3和冲压凹模4地冷却面积越大，进而达到更加的冷却效果，具体第一冷却腔5和第二冷却腔6的腔体的体积大小形状和尺寸根据实际需要而定。
需要说明的是，图1中示出的仅是冷却装置的横截面的示意图，在实际的水平方向(即垂直于图1中示出的纸面的方向)的第一冷却腔5和第二冷却腔6的形状可以是正方形或者长方形，或者其它形状，根据实际需要而定。同时在本实施例中冲压凸模3以圆柱形为例(即通孔在本实施例中均为圆形)，在实际中其形状根据实际情况而定。此外，图1中示出的上模板的上表面11是整个上模板1的上表面，其与冲压模具的其余部件的连接关系和现有中的冲压模具的连接关系是一样的，在此不在赘述。
在第一冷却腔5上设有第一进气口，并通过第一进气管路与冷却剂存储装置7连通，在第二冷却腔6上设有第二进气口，并通过第二进气管路与冷却剂存储装置7连通。其中，第一进气管路和第二进气管路可以是两个不同的管路分别连接两个不同的冷却剂存储装置7，也可以是这两个进气管路与同一个总进气管路连通后再与同一个冷却剂存储装置7连接。冷却剂存储装置7优选为储气瓶。在第一冷却腔5和第二冷却腔6上还分别设有第一排气口和第二排气口，且分别连接有排气管路9，以将冷却剂排放到大气中或者进行回收再利用，同时当第一冷却腔5和第二冷却腔6内的压强过大时还可以起到释压的作用。其中，冷却剂的流通方向已在图1中以箭头示出。
由此，通入到第一冷却腔5和第二冷却腔6内的冷却剂就可以将位于第一冷却腔5内的冲压凸模3和位于第二冷却腔6内的冲压凹模4的部分包围在冷却剂的氛围当中，大大增加了冷却面积，进而实现对冲压凸模3和冲压凹模4的冷却作用。其中，这里的冷却剂可以选择一般的冷却用低温气体。
进一步地，对于注塑、型材挤出、压铸等模具均属于“热加工”，这些模具一般都会利用上冷却结构设计，在材料上加热后使材料呈现熔融状态，再利用模具成型的工艺，目的为使材料成型后的稳定及缩短加工的时间，因此会在这类模具当中将设计有冷却装置，且一般皆属于“密闭式加工”。
而对于冲压模具来说，实属开放式的“冷加工”，因此不适合在冲压模具里设计有冷却装置(尤其是水冷)，并且在高速的冲压加工属于精密加工，热的产生位置并不是在冲压件10的材料上，而往往是发生在摩擦面，如：冲压凸模3与冲压凹模4。由于冲压凸模3主要用于冲压，而冲压凹模4是冲压凸模3与冲压件10的材料高速冲压摩擦的地方，因此，上面所说的“热”的问题主要是指冲压凸模3和冲压凹模4的过热。经过大量的研究发现，要改善所说的“热”的问题，应该着注于“如何减少摩擦面积”及“增加冷却面积”的角度设计。
目前现有技术中尚未发现对冲压模具设有冷却装置的，而本实施例中正是突破了冲压模具内不适合设有冷却装置的传统观念，在冲压模具的内部设置了冷却装置，且从如何增大冷却面积的角度出发设计了该冷却装置的结构，大大改善了“热”的问题，由此避免了“冲压凸模3的冲压头经常断裂的问题，也使冲压件10的材料的可选择的种类更加广泛。
而且不管对何种材料的冲压件10进行冲压，在冲压次数过多时或者需要冲压较小孔径的孔时均会存在上述的“热”的问题而带来的影响，且冲压次数越多或者需要冲压的孔径越小时上述影响就越明显。因此，在冲压模具中设有该冷却装置后，不管对何种材料的冲压件10进行冲压都能保证加工产品的质量，同时也有效地避免了冲压凸模3的冲压头的断裂，而且能够使冲压模具更加持续长时间稳定地进行工作，提高了生产效率。
进一步地，冷却剂存储装置7中的冷却剂为液氮。当液氮通入到第一冷却腔5和第二冷却腔6后，随着冲压模具在高速运作下产生“热”后，第一冷却腔5和第二冷却腔6内的温度也会随之升高，而液氮的沸点极低为-196.56℃，液氮会立即变成气体并不断地膨胀，这样液氮变为气体后就会充满整个第一冷却腔5和第二冷却腔6而将位于第一冷却腔5内的冲压凸模3和位于第二冷却腔6内的冲压凹模4的部分充分地包围在气态氮的氛围当中，进而实现对冲压凸模3和冲压凹模4的冷却作用。
由于冲压凸模3在工作过程中会在第一冷却腔5的通孔内上下移动，在对冲压件10进行冲压时，冲压凸模3的冲压头(即实际起到冲压作用的区域，也是在高速的工作后会摩擦产生的地方)会伸出第一冷却腔5的通孔，而在冲压结束后该冲压凸模3的冲压头又会向上移动恢复到在第一冷却腔5的通孔中的位置。因此，每次冲压结束后冲压凸模3的冲压头均会再恢复到第一冷却腔5的通孔的位置，进而实现每次冲压后均能够实现对摩擦受热后的冲压凸模3的冲压头的冷却作用，以防止随着冲压凸模3的冲压头因摩擦过热而造成经常断裂的现象。
此外，由于液氮通入到第一冷却腔5和第二冷却腔6后会立即变成气体并不断地膨胀，因此在使用时对液氮的通入量要有一定地控制或者及时采取措施将其排出，防止液氮通入过多膨胀过严重而产生过大的压力造成危险。同时由于金属在低温下的脆性会不断地增强，因此，若液氮的通入量过多，易造成冲压凸模3的冲压头脆性增强而发生断裂。所以，对于液氮的通入量的控制既要能保证具有一定的降温效果，又要保证冲压头不会因温度过低而变脆断裂。
进一步地，进气管路8与第一冷却腔5、第二冷却腔6的连接处分别设有第一进气阀和第二进气阀，排气管路9与第一冷却腔5、第二冷却腔6的连接处分别设有第一排气阀和第二排气阀。由此，能够安全有效地控制液氮的通入量和排出量，以满足需求。
进一步地，该冲压模具的冷却装置还包括控制器、第一感温器51、第二感温器61、第一压力传感器和第二压力传感器，第一感温器51和第二感温器61分别设在第一冷却腔5和第二冷却腔6内并与控制器通讯连接，第一压力传感器和第二压力传感器分别设在第一冷却腔5和第二冷却腔6上并与控制器通讯连接。控制器还与第一进气阀、第二进气阀、第一排气阀和第二排气阀通讯连接。
具体地，当第一感温器51的测量值大于预设值时，控制器能够控制第一进气阀打开，以及时补充液氮实现降温。当第一感温器51的测量值小于预设值，控制器能够控制第一进气阀关闭，以控制液氮的通入量。当第一压力传感器的测量值大于预设值时，控制器能够控制第一排气阀打开，以防止第一冷却腔5内的压力过大而造成危险。当第一压力传感器的测量值小于预设值时，控制器能够控制第一排气阀关闭，以保证第一冷却腔5内的液氮的量。
当第二感温器61的测量值大于预设值时，控制器能够控制第二进气阀打开，以及时补充液氮实现降温。当第二感温器61的测量值小于预设值，控制器能够控制第二进气阀关闭，以控制液氮的通入量。当第二压力传感器的测量值大于预设值时，控制器能够控制第二排气阀打开，以防止第二冷却腔6内的压力过大而造成危险。当第二压力传感器的测量值小于预设值时，控制器能够控制第二排气阀关闭，以保证第二冷却腔6内的液氮的量。其中，第一感温器51、第二感温器61、第一压力传感器和第二压力传感器的预设值均根据既能保证具有一定的降温效果，又能保证冲压头不会因温度过低而变脆断裂，以及实际需求而定。
由此，设有控制器、第一感温器51、第二感温器61、第一压力传感器和第二压力传感器后，能够更安全高效地对第一冷却腔5和第二冷却腔6内的温度、压力进行全面准确地检测，进而能够及时控制液氮的通入量，以达到冷却的效果，同时又能保证整个装置的正常安全工作，实现了自动化的过程，简单方便。
进一步地，第一感温器51和第二感温器61可以选择红外线感温器或者激光感温器等，简单方便、测量的准确度较高。第一进气阀、第二进气阀、第一排气阀和第二排气阀均优选为压力调节阀。
进一步地，冲压凸模3的材料为高碳钢。高碳钢经热处理后具有较高的硬度和较好的耐磨性，且高碳钢的材料易得，成本低。
进一步地，第一进气口和第二进气口与进气管路8的连接处还设有密封件，在第一排气口和第二排气口与排气管路9的连接处也设有密封件，以使防止液氮的泄露。
进一步地，冲压模具为铝合金件冲压模具，即该冲压模具主要用于对材料为铝合金的冲压件进行冲压。其中，铝合金件常用于制成电子零配件。
进一步地，铝合金件的材料表面还设有TiO2和SiO2的保护镀层。
进一步地，铝合金中还掺有镁，且镁的质量占制成的铝镁合金总质量的0.02％以下。经过大量的试验研究表明，在此比例范围下，能够保证在高速冲压过程中的强度要求。
进一步地，铝合金件为LED支架。
具体地，目前为了材料导通性的问题，大部分LED支架的材料都采用“红铜+电镀银”。但是由于近年来铜材的价格居高不下，甚至还在调涨波动中，另外，对于电镀的污染问题国家政策也越来越严峻，相对带来的是成本不断地攀升，因此对市场的冲击颇大。同时由于银的表面无保护而会氧化，因此在光学的呈现上会有“光衰”的现象，这是对LED支架的一个急于处理的问题，所以，现有中采用的“红铜+电镀银”制成的LED支架存在诸多的弊端。
而本实施例中利用铝镁合金制成LED支架，采用铝镁合金这种光学材料代替现有的红铜，用镀TiO2和SiO2替代现有的电镀银。经过大量的试验研究表明，采用此种材料后，能够解决“光衰”的问题。另外，铝镁合金的价格较低，也大大降低成本，采用镀TiO2和SiO2也避免的电镀的污染问题。而由于铝合金本身的硬度较低，因此在在铝合金中加入镁制成铝镁合金，能够增加合金的硬度和强度，以满足需求。
另外，需要说明的是，由于铝镁合金中的镁在高温下会燃烧，因此在实际生产过程中若冲压凸模3和冲压凹模4因冲压摩擦而温度过高时，易导致镁燃烧而产生碎屑，易造成沾粘的问题。而本实施例中的铝合金件冲压模具具有上述的冷却装置，因此能够避免了温度过高，有效地防止了镁燃烧而产生碎屑的问题。因此，本实施例中的铝合金件冲压模具既解决了材料的成本过高、存在污染以及存在“光衰”的问题，同时也有限避免了在使用过程中产“热”现象严重的问题，保证了冲压模具的高效持续稳定的工作，提高了生产效率和质量。
以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对发明做其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种加工和冷却可同时进行的冲压模具的冷却装置，其特征在于，包括第一冷却腔(5)、第二冷却腔(6)和冷却剂存储装置(7)；
所述第一冷却腔(5)设在所述冲压模具的上模板(1)内，并围绕所述冲压模具的冲压凸模(3)的外周形成冷却剂的密封容置空间；
所述第二冷却腔(6)设在所述冲压模具的下模板(2)内，并围绕所述冲压模具的冲压凹模(4)的外周形成所述冷却剂的另一密封容置空间；
所述冷却剂存储装置(7)设在所述冲压模具外并通过进气管路(8)向所述第一冷却腔(5)和所述第二冷却腔(6)配送所述冷却剂；
所述第一冷却腔(5)和所述第二冷却腔(6)上还连通有排气管路(9)，能够将所述冷却剂排放或回收；
所述第一冷却腔(5)的上顶面和下顶面具有位置对应的通孔，且所述通孔与所述冲压凸模(3)之间形成滑动密封，使所述冲压凸模(3)在所述通孔内上下活动；
所述第二冷却腔(6)的上顶面和下顶面具有位置对应的另一通孔，且所述另一通孔与所述冲压凹模(4)形成接触密封，使所述冲压凹模(4)穿过所述另一通孔；
第一冷却腔(5)和第二冷却腔(6)为阶梯状，由靠近冲压凸模(3)和冲压凹模(4)至远离冲压凸模(3)和冲压凹模(4)方向，第一冷却腔(5)和第二冷却腔(6)的空间逐渐减小。
2.如权利要求1所述的加工和冷却可同时进行的冲压模具的冷却装置，其特征在于，所述冷却剂为液氮。
3.如权利要求1所述的加工和冷却可同时进行的冲压模具的冷却装置，其特征在于，
所述进气管路(8)与所述第一冷却腔(5)、所述第二冷却腔(6)的连接处分别设有第一进气阀和第二进气阀；
所述排气管路(9)与所述第一冷却腔(5)、所述第二冷却腔(6)的连接处分别设有第一排气阀和第二排气阀。
4.如权利要求3所述的加工和冷却可同时进行的冲压模具的冷却装置，其特征在于，还包括控制器、第一感温器(51)、第二感温器(61)、第一压力传感器和第二压力传感器；
所述第一感温器(51)和所述第二感温器(61)分别设在所述第一冷却腔(5)和所述第二冷却腔(6)内并与所述控制器通讯连接；
所述第一压力传感器和所述第二压力传感器分别设在所述第一冷却腔(5)和所述第二冷却腔(6)上并与所述控制器通讯连接；
所述控制器还与所述第一进气阀、第二进气阀、第一排气阀和第二排气阀通讯连接；
所述控制器能够在所述第一感温器(51)的测量值大于预设值时控制所述第一进气阀打开，在所述第一压力传感器的测量值大于预设值时控制所述第一排气阀打开；
所述控制器能够在所述第二感温器(61)的测量值大于预设值时控制所述第二进气阀打开，在所述第二压力传感器的测量值大于预设值时控制所述第二排气阀打开。
5.一种冲压模具，其特征在于，包括如权利要求1至4任一项所述的冷却装置。
6.如权利要求5所述的冲压模具，其特征在于，
所述冲压模具为铝合金件冲压模具。
7.如权利要求6所述的冲压模具，其特征在于，
所述铝合金件的材料表面设有TiO2和SiO2的保护镀层。
8.如权利要求6或7所述的冲压模具，其特征在于，
所述铝合金中还掺有镁，且所述镁的质量占制成的铝镁合金总质量的0.02％以下。
9.如权利要求8所述的冲压模具，其特征在于，
所述铝合金件为LED支架。
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