CN108500076A - 一种精确控制铝型材热挤压模具局部温度的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种精确控制铝型材热挤压模具局部温度的装置，包括液氮罐、低温控制阀、液氮管道、模垫、模具和温控仪，所述模具安装在模垫内，所述液氮管道连接在液氮罐和模垫之间并用于向模垫内输送液氮，所述低温控制阀设于液氮管道上并控制液氮流量，所述模具内设有接触式热电偶，所述接触式热电偶通过补偿导线连接有温控仪，所述温控仪与低温控制阀电连接并向低温控制阀输送直流电控制信号。本发明还提出一种精确控制铝型材热挤压模具局部温度的方法，通过直接测量模具温度来对低温液氮控制阀提供反馈信号，从而精确控制模具的温度，克服铝挤压过程中压机出口处型材高温与模具温度的变化滞后性和不一致性。

Description

一种精确控制铝型材热挤压模具局部温度的装置及方法

技术领域

本发明涉及铝型材生产设备和工艺的技术领域，尤其涉及一种精确控制铝型材热挤压模具局部温度的装置及方法。

背景技术

铝型材产品是依靠特定结构形式的模具通过热挤压的方法使铝合金材料被挤压成型的。由于是在高温高压高摩擦的条件下工作，因此模具的工作带往往因局部温度的不断升高和磨损而最容易失效，从而导致型材表面质量下降，尺寸超差，甚至造成模具报废等问题。基于以上问题，现有的解决方案主要有两个：一是采用较低的挤压速度来减少铝合金在挤压变形过程中变形热和摩擦热的积聚，避免导致模具局部(工作带)温度的持续升高；二是采用液氮冷却技术，该方法是将液氮通过附加的管道引入模垫上特制的凹槽内，液氮受热气化吸热，从而降低模垫及与模垫紧密接触的模具温度，其液氮的供应量由低温阀门控制，较好的控制技术是在压机出口安装红外线测温仪，通过测量挤出铝型材的表面温度，反馈到可自动调节阀门开度的低温阀进而控制液氮的供应量，该方法由于测温点是被挤出的铝型材，而非需要直接控制降温的模具，而实际上型材的温度与模具的温度并不具备严格的一致性，因此该方法中液氮对模具温度的控制并不精确，有时因为两者温度变化的滞后性导致温度反馈的控制信号对液氮降温起到相反的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精确控制铝型材热挤压模具局部温度的装置及方法，能够精确控制铝型材热挤压模具的温度，克服铝挤压过程中压机出口处型材高温与模具温度的变化滞后性和不一致性。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种精确控制铝型材热挤压模具局部温度的装置，包括液氮罐、低温控制阀、液氮管道、模垫、模具和温控仪，所述模具安装在模垫内，所述液氮管道连接在液氮罐和模垫之间并用于向模垫内输送液氮，所述低温控制阀设于液氮管道上并控制液氮流量，所述模具内设有接触式热电偶，所述接触式热电偶通过补偿导线连接有温控仪，所述温控仪与低温控制阀电连接并向低温控制阀输送直流电控制信号。

进一步的，所述模垫上设有型材出口，所述模具内设有工作带，所述工作带和型材出口同轴布置，所述模垫接触模具且靠近型材出口的一面设有液氮通道回路，所述液氮通道回路与液氮管道连通。

进一步的，所述液氮通道回路上设有液氮入口和液氮出口，所述液氮出口与型材出口连通，所述液氮入口与液氮管道连通。

进一步的，所述液氮通道回路的截面为半圆形结构，且围绕液氮入口布置。

进一步的，所述接触式热电偶安装在模具内且位于工作带的外周。

本发明还提出一种精确控制铝型材热挤压模具局部温度的方法，具体的步骤如下：在铝型材热挤压的过程中，采用低温液氮作为冷却介质对正在进行挤压作业的模具进行局部冷却，安装在模具内的接触式热电偶来测量模具温度，并由温控仪根据预设的模具失效温度控制输出相应电压值或电流值的直流信号，并将信号传递给低温控制阀，依此来控制和调节低温控制阀的开度，实现液氮管道内液氮流量的控制，进而实现精确控制模具内工作带附近的温度；当接触式热电偶测量的模具温度达到了预设的模具失效温度时，由温控仪增大输出的电压值或电流值给低温控制阀，从而增大低温控制阀的开度，实现液氮管道内液氮流量的增大，实现模具的降温避免模具失效，当接触式热电偶测量的模具温度未达到预设的模具失效温度时，由温控仪减小输出的电压值或电流值给低温控制阀，从而减小低温控制阀的开度，实现液氮管道内液氮流量的减小，实现模具的温度平稳降低到正常值。

采用上述技术方案后，本发明具有如下优点：

1、通过在模垫内安装模具，并将接触式热电偶安装在模具内，通过接触式热电偶实现对模具温度的直接测量，并通过测量的模具温度信息传递给温控仪，温控仪根据预设的模具失效温度控制输出相应电压值或电流值的直流信号，并将信号传递给低温控制阀，依此来控制和调节低温控制阀的开度，实现液氮管道内液氮流量的控制，进而实现精确控制模具的温度，克服了铝挤压过程中压机出口处型材高温与模具温度的变化滞后性和不一致性，其次，模具液氮冷却过程中通过阀门开度精确控制液氮流量，并通过接触式热电偶及时反馈液氮流量控制阀，避免了现有技术中通过红外线测量型材表面温度方案所固有的间接测温和温度变化响应滞后等缺点，从而防止模具被液氮冷却过渡而造成挤压工艺不合格甚至直接挤不动等问题。

2、通过将液氮通道回路布置在模垫接触模具且靠近型材出口的一面，实现了液氮通道回路上的液氮能够精确控制模具的工作带处温度，最大限度地延长了模具寿命和减少了液氮的用量。

3、由液氮罐将液氮经过液氮管道输送至液氮入口，并由液氮入口进入到液氮通道回路实现对模具降温，低温的液氮在对模具冷却的同时还会马上蒸发为具有惰性保护作用的氮气，氮气能够排空模具出口空间内的氧气，即在型材出口处形成氮气保护层，保护模具和型材表面不被高温空气氧化。

4、通过使液氮通道回路的截面为半圆形结构，且围绕液氮入口布置，实现液氮对模具的高效冷却，减少了液氮的用量。

5、通过将接触式热电偶安装在模具内且位于工作带的外周，可以实现对模具的工作带温度的较精确控制而最大限度地延长了模具寿命和减少了液氮的用量。

6、采用低温液氮作为冷却介质对正在进行挤压作业的模具进行局部冷却，安装在模具内的接触式热电偶来测量模具温度，实现对模具温度的直接测量，克服铝挤压过程中压机出口处型材高温与模具温度的变化滞后性和不一致性，并由温控仪根据预设的模具失效温度控制输出相应电压值或电流值的直流信号，并将信号传递给低温控制阀，依此来控制和调节低温控制阀的开度，实现液氮管道内液氮流量的控制，进而实现精确控制模具内工作带附近的温度，从而使模具温度控制在理想的范围内。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1为本发明实施例一提出的一种精确控制铝型材热挤压模具局部温度的装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一提出的一种精确控制铝型材热挤压模具局部温度的装置中接触式热电偶及工作带的结构示意图；

图3为图2中a-a面的剖视图；

图中所标各部件名称如下：

1-液氮罐，2-低温控制阀，3-液氮管道，4-模垫，5-模具，6-接触式热电偶，7-温控仪，41-液氮出口，42-型材出口，43-液氮入口，44-液氮通道回路，51-工作带。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。需要理解的是，下述的“上”、“下”、“左”、“右”、“纵向”、“横向”、“内”、“外”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示方位或位置关系的词语仅基于附图所示的方位或位置关系，仅为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置/元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例一

如图1-3所示，本发明提供一种精确控制铝型材热挤压模具局部温度的装置，包括液氮罐1、低温控制阀2、液氮管道3、模垫4、模具5和温控仪7，模具5安装在模垫4内，液氮管道3连接在液氮罐1和模垫4之间并用于向模垫4内输送液氮，低温控制阀2设于液氮管道3上并控制液氮流量，模具5内设有接触式热电偶6，接触式热电偶6通过补偿导线连接有温控仪7，温控仪7与低温控制阀2电连接并向低温控制阀2输送直流电控制信号。通过在模垫4内安装模具5，并将接触式热电偶6安装在模具内，通过接触式热电偶6实现对模具5温度的直接测量，并通过测量的模具温度信息传递给温控仪7，温控仪根据预设的模具失效温度控制输出相应电压值或电流值的直流信号，并将信号传递给低温控制阀2，依此来控制和调节低温控制阀2的开度，实现液氮管道3内液氮流量的控制，进而实现精确控制模具的温度，克服了铝挤压过程中压机出口处型材高温与模具温度的变化滞后性和不一致性，其次，模具液氮冷却过程中通过阀门开度精确控制液氮流量，并通过接触式热电偶及时反馈液氮流量控制阀，避免了现有技术中通过红外线测量型材表面温度方案所固有的间接测温和温度变化响应滞后等缺点，从而防止模具被液氮冷却过渡而造成挤压工艺不合格甚至直接挤不动等问题。

在本实施例中，模垫4上设有型材出口42，所述模具5内设有工作带51，工作带51和型材出口42同轴布置，模垫4接触模具5且靠近型材出口42的一面设有液氮通道回路44，液氮通道回路44与液氮管道3连通。通过将液氮通道回路44布置在模垫4接触模具5且靠近型材出口42的一面，实现了液氮通道回路44上的液氮能够精确控制模具的工作带51处温度，最大限度地延长了模具寿命和减少了液氮的用量。

在本实施例中，液氮通道回路44上设有液氮入口43和液氮出口41，液氮出口41与型材出口42连通，所述液氮入口43与液氮管道3连通。由液氮罐1将液氮经过液氮管道3输送至液氮入口43，并由液氮入口43进入到液氮通道回路44实现对模具5降温，低温的液氮在对模具冷却的同时还会马上蒸发为具有惰性保护作用的氮气，氮气能够排空模具出口空间内的氧气，即在型材出口42处形成氮气保护层，保护模具和型材表面不被高温空气氧化。

在本实施例中，液氮通道回路44的截面为半圆形结构，且围绕液氮入口43布置。通过使液氮通道回路44的截面为半圆形结构，且围绕液氮入口43布置，实现液氮对模具的高效冷却，减少了液氮的用量。

在本实施例中，接触式热电偶6安装在模具5内且位于工作带51的外周。通过将接触式热电偶6安装在模具5内且位于工作带51的外周，可以实现对模具的工作带51温度的较精确控制而最大限度地延长了模具寿命和减少了液氮的用量。

本发明实施例一还提出一种精确控制铝型材热挤压模具局部温度的方法，具体的步骤如下：在铝型材热挤压的过程中，采用低温液氮作为冷却介质对正在进行挤压作业的模具5进行局部冷却，安装在模具5内的接触式热电偶6来测量模具5温度，并由温控仪7根据预设的模具失效温度控制输出相应电压值或电流值的直流信号，并将信号传递给低温控制阀2，依此来控制和调节低温控制阀2的开度，实现液氮管道3内液氮流量的控制，进而实现精确控制模具内工作带附近的温度；当接触式热电偶6测量的模具5温度达到了预设的模具失效温度时，由温控仪7增大输出的电压值或电流值给低温控制阀2，从而增大低温控制阀2的开度，实现液氮管道3内液氮流量的增大，实现模具的降温避免模具失效，当接触式热电偶6测量的模具5温度未达到预设的模具失效温度时，由温控仪7减小输出的电压值或电流值给低温控制阀2，从而减小低温控制阀2的开度，实现液氮管道3内液氮流量的减小，实现模具的温度平稳降低到正常值。

可以理解的是，对于挤压壁厚较小的铝型材模具，接触式热电偶6可安装在模具的工作带51附近区域，以便更精准地控制液氮流量，确保模具温度不低于420℃，以防止因过度冷却导致挤压闷车。

可以理解的是，对于模具5(平模或分流组合模的下模)与直接引入液氮的模垫4之间存在过渡性模垫的情况，则应将液氮回路置于过渡模垫上，即应使液氮冷却回路尽量靠近模具，这样可以使其对模具的温度控制更为直接、有效、并可以更好地节约液氮的用量。

需要说明是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序，而且术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括哪些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的精神和情况下可以做出对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由所附权利要求及其等同物质限定。

Claims (6)

1.一种精确控制铝型材热挤压模具局部温度的装置，包括液氮罐、低温控制阀、液氮管道、模垫、模具和温控仪，所述模具安装在模垫内，其特征在于，所述液氮管道连接在液氮罐和模垫之间并用于向模垫内输送液氮，所述低温控制阀设于液氮管道上并控制液氮流量，所述模具内设有接触式热电偶，所述接触式热电偶通过补偿导线连接有温控仪，所述温控仪与低温控制阀电连接并向低温控制阀输送直流电控制信号。

2.根据权利要求1所述的精确控制铝型材热挤压模具局部温度的装置，其特征在于，所述模垫上设有型材出口，所述模具内设有工作带，所述工作带和型材出口同轴布置，所述模垫接触模具且靠近型材出口的一面设有液氮通道回路，所述液氮通道回路与液氮管道连通。

3.根据权利要求2所述的精确控制铝型材热挤压模具局部温度的装置，其特征在于，所述液氮通道回路上设有液氮入口和液氮出口，所述液氮出口与型材出口连通，所述液氮入口与液氮管道连通。

4.根据权利要求2所述的精确控制铝型材热挤压模具局部温度的装置，其特征在于，所述液氮通道回路的截面为半圆形结构，且围绕液氮入口布置。

5.根据权利要求1所述的精确控制铝型材热挤压模具局部温度的装置，其特征在于，所述接触式热电偶安装在模具内且位于工作带的外周。

6.一种根据权利要求1-5任一项所述的精确控制铝型材热挤压模具局部温度的方法，其特征在于，具体的步骤如下：在铝型材热挤压的过程中，采用低温液氮作为冷却介质对正在进行挤压作业的模具进行局部冷却，安装在模具内的接触式热电偶来测量模具温度，并由温控仪根据预设的模具失效温度控制输出相应电压值或电流值的直流信号，并将信号传递给低温控制阀，依此来控制和调节低温控制阀的开度，实现液氮管道内液氮流量的控制，进而实现精确控制模具内工作带附近的温度；当接触式热电偶测量的模具温度达到了预设的模具失效温度时，由温控仪增大输出的电压值或电流值给低温控制阀，从而增大低温控制阀的开度，实现液氮管道内液氮流量的增大，实现模具的降温避免模具失效，当接触式热电偶测量的模具温度未达到预设的模具失效温度时，由温控仪减小输出的电压值或电流值给低温控制阀，从而减小低温控制阀的开度，实现液氮管道内液氮流量的减小，实现模具的温度平稳降低到正常值。