CN109877231A - 一种模具冷却系统及冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及模具冲压技术，具体涉及一种在冲压过程中，更精确地对模具进行降温的模具冷却系统及冷却方法，包括ECU控制器(1)、储水冷却罐(2)、出口电磁阀(5)、压力传感器(6)、出口温度传感器(7)，波纹管(8)、模具(9)、水道(10)、入口温度传感器(12)、入口电磁阀(13)、蓄压器压力传感器(14)、蓄压器(15)、水泵(16)、水管一(18)、水管二(19)，水管一(18)一端与储水冷却罐(2)连通，另一端与水道(10)的入口连通，所述模具(9)中设有盘管形状的水道(10)，所述水道(10)的出口与水管二的一端连通，所述水管二的另一端与储水冷却罐连通，所述水管一上串接有蓄压器、入口电磁阀和入口温度传感器。

Description

一种模具冷却系统及冷却方法

技术领域

本发明涉及模具冲压技术，具体涉及一种模具冷却系统及冷却方法。

背景技术

现有技术中，在金属制品、如汽车防撞梁的热型冲压过程中，由于冲压前的坯料被加热至设定的温度，然后放到冲压机床的一对模具中，通过在该对模具上施加压力来使坯料塑性变形得到所需形状的金属产品，经过冲压后的金属制品，其强度及抗应变力的能力得到提高。在冲压生产过程中，由于坯料的温度较高，在持续生产过程中，与模具热交换会使得模具的温度超过正常值，使模具变形而影响冲压件的形状，甚至会使模具直接损坏。因此，现有的热型冲压工艺中，一般都会在模具内设计水道，该水道与外界的冷却装置通过管道连通，从而通过水道中的冷却水与模具之间的热交换将模具的热量传递至外界散发掉。

现有技术中，通过冷却水对模具进行散热方式，主要有以下两种方式：方式1：通过水泵持续不断地将冷却水送入模具内，使模具内的水道中持续不断地有冷却水流过，该过程能够起到对模具降温的作用；其缺点是不管模具在冲压坯料过程中，还是机床处于上料、下料过程中，冷却水都在模具内流动。事实上，在冲压生产的三个过程上料、冲压、下料，有部分时间、模具的温度已经降低至设定的安全值以下，在模具无必要热交换降温时冷却水仍然在水道内流动，浪费了水泵的动力。方式2：当机床处于冲压过程中，保持模具中水道内的冷却水处于流动状态，当机床处于上料或下料阶段时，切断模具水道的入口或出口，使水道内的冷却水停止流动，从而节省水泵的动力及能源消耗；其缺点是，由于模具的水道与坯料所在的模具表面之间具有一定厚度的模具材料层，当坯料刚放到模具内时，坯料与模具之间的接触面少，热传导效率低，传导的热量少，模具升温慢，当冲压之后，坯料塑性变形并与模具表面完全贴合，此时两者之间的接触面积达到最大，热传导效率高，传导热量大，但由于上述的模具材料层存在厚度，热量传递过程中、穿过该模具材料层到达冷却水道需要一定的时间。另外，现在冲压自动化效率高，坯料从放到模具中到冲压成型的时间很短，因此，冲压过程完成时，来自于坯料的大量热量才传递至水道部位、并与水道内的冷却水进行热交换。如果模具材料层更厚时，当冲压过程完成后并进入下料阶段时，来自于坯料的大量热量才传递至水道部位、并与水道内的冷却水进行热交换。该第2种散热方式中，当机床处于冲压过程中，使水道内的水流动来进行快速热交换，带走的热量有限，而当机床处于上、下料阶段时，使水道内的水停止流动，会使大量的热量无法及时导出，使模具温度逐渐上升，甚至超过极限值而使模具变形损坏。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种在冲压过程中，更精确地对模具进行降温的模具冷却系统及冷却方法。

解决其技术问题所采用的技术方案是：一种模具冷却系统，包括ECU控制器、储水冷却罐、出口电磁阀、压力传感器、出口温度传感器，波纹管、模具、水道、入口温度传感器、入口电磁阀、蓄压器压力传感器、蓄压器、水泵、水管一、水管二，水管一一端与储水冷却罐连通并没入液面下方，另一端与水道的入口连通，所述模具中设有盘管形状的水道，所述水道的出口与水管二的一端连通，所述水管二的另一端与储水冷却罐连通并没入液面下方，所述水管二上串接有水泵、蓄压器、入口电磁阀和入口温度传感器，所述蓄压器的蓄压口与水管二连通并且该连通处设有蓄压器压力传感器，所述水管一上依次密封地串接有出口电磁阀、压力传感器和出口温度传感器，所述出口电磁阀、压力传感器、出口温度传感器、入口温度传感器、入口电磁阀、蓄压器压力传感器和水泵均与ECU控制器电连接；。

作为优选，所述ECU控制器还与继电器的受控端与5V电源正极电连接，继电器的控制端串接于机床电机电路。

作为优选，还包括波纹管，所述水道的出、入口分别通过波纹管与水管一和水管二连接。

解决其技术问题所采用的技术方案是一种模具冷却系统的冷却方法，包括如下步骤：

首先，ECU控制器开机自检，ECU控制器接收来自机床电机的启动信号，即采集与继电器连接的引脚电压，如果机床电机未通电，继电器的控制端断电，其受控端开关断开，该引脚电压为0，则反复检测该引脚电压值，如果机床电机通电启动，继电器的控制端通电，其受控端开关闭合，该引脚电压为5V，则分成两个步骤同时进行：

步骤一：通过蓄压器的压力传感器检测蓄压器内的压力是否大于上限值C，如果压力大于上限值C则停止水泵，如果小于等于C则启动水泵，让水泵向其后方的水管以及蓄压器泵送冷却水，直至蓄压器内的压力超过C；

步骤二：通过出口温度传感器检测水道的出口处水管内的水温是否超过上限值M，如果不超过，则按下述模具冷却方法，即在上、下料阶段对出、入口电磁阀通电、使两者开启，而在冲压阶段对出、入口电磁阀断电、使两者关闭；

如果水道的出口处水管内的水温超过上限值M，则对出、入口电磁阀保持通电，使两者常开，使水道内的冷却水一直保持流动状态；

其次，当模具处于冲压阶段过程中，ECU控制器控制入口电磁阀及出口电磁阀关闭，使水道内的冷却水停止流动，从而减少水泵的介入频率，当模具处于上料及下料阶段时，开启入口电磁阀及出口电磁阀，使模具水道内的冷却水流动，带走由坯料通过模具传递至水道的热量。

本发明的模具冷却系统及冷却方法具有以下优点：相比现有技术中持续性对模具供水冷却的方式，本发明减少水泵启用的时间，提高其使用寿命，同时起到节能的作用；相比现有技术中仅在冲压过程进行供水冷却的方式，本发明利用热传导的滞后性，在冲压过程之后对模具进行冷却，冷却时机把握更精确，冷却效果更好；在水泵与蓄压器的配合下，使水管二内的水压稳定在设定范围内，相比现有技术能够在水道内形成更稳定的水压和流速，有利于在更短的时间内将模具的温度降至设定值以下，提高模具冷却系统的工作效率。

附图说明

图1是本发明的模具冷却系统的结构示意图。

图2是本发明的模具冷却系统的出、入口电磁阀与机床工作的时间状态示意图。

图3为本发明的模具冷却系统的冷却步骤示意图。

附图说明：1、ECU控制器，2、储水冷却罐，5、出口电磁阀，6、压力传感器，7、出口温度传感器，8、波纹管，9、模具，10、水道，12、入口温度传感器，13、入口电磁阀，14、蓄压器压力传感器，15、蓄压器，16、水泵，17、继电器，18、水管一，19、水管二。

具体实施方式

如图所示，一种模具冷却系统，包括ECU控制器1、储水冷却罐2、出口电磁阀5、压力传感器6、出口温度传感器7，波纹管8、模具9、水道10、入口温度传感器12、入口电磁阀13、蓄压器压力传感器14、蓄压器15、水泵16、水管一18、水管二19，水管一18一端与储水冷却罐2连通并没入液面下方，另一端与水道10的出口密封连通，所述模具9中设有盘管形状的水道10，所述水道10的入口与水管二19的一端密封连通，所述水管二19的另一端与储水冷却罐2连通并没入液面下方。从储水冷却罐2到水道10的入口，所述水管二19上依次密封地串接有水泵16、蓄压器15、入口电磁阀13和入口温度传感器12，所述蓄压器15的蓄压口与水管二19密封连通并且该连通处设有蓄压器压力传感器14。从储水冷却罐2到水道10的出口，所述水管一18上依次密封地串接有出口电磁阀5、压力传感器6和出口温度传感器7，所述出口电磁阀5、压力传感器6、出口温度传感器7、入口温度传感器12、入口电磁阀13、蓄压器压力传感器14和水泵16均与ECU控制器1电连接；所述ECU控制器1还与继电器17的受控端及5V电源正极电连接，继电器17的控制端与机床电机串接于同一电路中；还包括波纹管8，所述水道10的出、入口分别通过波纹管8与水管一18、水管二19连接，从而使模具9在冲压移动过程中，保持水道10的出、入口分别与水管一18、水管二19的密封连接性能。储水冷却罐2利用其与外界空气、自然地热交换来实现对其内储存的水进行散热。

一种模具冷却系统的冷却方法，包括如下步骤：首先ECU控制器开机自检，ECU控制器接收来自机床电机的启动信号，即采集与继电器连接的引脚电压，如果机床电机未通电，继电器17的控制端断电，其受控端开关断开，该引脚电压为0，则反复检测该引脚电压值，如果机床电机通电启动，继电器17的控制端通电，其受控端开关闭合，该引脚电压为5V，则分成两个步骤同时进行：

步骤一：通过蓄压器压力传感器14检测蓄压器15内的压力是否大于上限值C，如果压力大于上限值C则停止水泵16，如果小于等于C则启动水泵16，让水泵16向其后方的水管以及蓄压器15泵送冷却水，直至蓄压器15内的压力超过C；

步骤二：通过出口温度传感器7检测水道10的出口处水管内的水温是否超过上限值M，如果不超过，则按下述的模具冷却方法，在上、下料阶段对出、入口电磁阀通电、使两者开启，而在冲压阶段对出、入口电磁阀断电、使两者关闭；

如果水道10的出口处水管内的水温超过上限值M，则对出、入口电磁阀保持通电，使两者常开，使水道10内的冷却水一直保持流动状态，提高冷却水对模具的冷却效果，有利于快速地将模具的温度降至极限值以下。以解决当储水冷却罐2的冷却效率下降、使模具水道入口处的水温过高，或者水道内壁积垢太多、使冷却水与模具热交换效率下降，而引起的模具温度超过极限值的问题。

发明的模具冷却方法是：当模具处于冲压阶段过程中，ECU控制器1控制入口电磁阀13及出口电磁阀5关闭，使水道10内的冷却水停止流动，从而减少水泵16的介入频率，当模具处于上料及下料阶段时，开启入口电磁阀13及出口电磁阀5，使模具水道10内的冷却水流动，带走由坯料通过模具传递至水道的热量。当每一次冲压阶段结束时，由于存在热传导的时间延迟、此时来自于坏料的大部分热量尚未传递至水道，因此该热量未能被及时带出模具，每一次冲压阶段结束后，之前的大部分热量才会传导至水道，而此时机床会循环地进入成品下料和新的坯料上料的阶段，在这两个阶段中，水道内流动的冷却水与模具进行热交换，带走已传导至模具水道的热量，在进入下个冲压阶段时，使模具的温度降低至设定值以下。

出、入口电磁阀都是常闭电磁阀，通电时、电磁阀开启，断电时、电磁阀关闭。如图2所示，为两个电磁阀的电压值变化过程，例如当时间t为t₁≤t≤t₂、t₃≤t≤t₄、t₅≤t≤t₆时，电压达到使电磁阀开启的值U1，这些时间段恰好是机床处于上、下料阶段的，而在其余时间段，电压为0，电磁阀关闭，此时机床处于冲压阶段。由于机床启动后，以自动化方式在上料、冲压及下料工作阶段之间循环，因此，各个工作阶段的时间是固定不变的，并将这些时间段预先输入ECU控制器中。所以当ECU控制器通过继电器首次检测到用于驱动模具移动冲压的机床电机启动信号后，机床将先进入冲压过程，因此ECU控制器首先以冲压阶段的冷却水控制方式进行，然后再以下料、上料阶段的冷却水控制方式进行，周而复始地循环。

作为一种优选，如果机床内设有控制单元PCU，则将PCU与本发明中的ECU控制器电连接，由PCU直接将机床所处的各个工作阶段的信号实时地传送给ECU控制器，从而使ECU控制器能更准确地判断机床所处的工作阶段，比如上料、冲压或者下料，以便更精确地控制模具水道内的冷却水的流动规律，减小ECU控制器的控制误差。

以上述依据发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改，本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种模具冷却系统，其特征在于：包括ECU控制器(1)、储水冷却罐(2)、出口电磁阀(5)、压力传感器(6)、出口温度传感器(7)，波纹管(8)、模具(9)、水道(10)、入口温度传感器(12)、入口电磁阀(13)、蓄压器压力传感器(14)、蓄压器(15)、水泵(16)、水管一(18)、水管二(19)，水管一(18)一端与储水冷却罐(2)连通并没入液面下方，另一端与水道(10)的入口连通，所述模具(9)中设有盘管形状的水道(10)，所述水道(10)的出口与水管二(19)的一端连通，所述水管二(19)的另一端与储水冷却罐(2)连通并没入液面下方，所述水管二(19)上串接有水泵(16)、蓄压器(15)、入口电磁阀(13)和入口温度传感器(12)，所述蓄压器(15)的蓄压口与水管二(19)连通并且该连通处设有蓄压器压力传感器(14)，所述水管一(18)上依次密封地串接有出口电磁阀(5)、压力传感器(6)和出口温度传感器(7)，所述出口电磁阀(5)、压力传感器(6)、出口温度传感器(7)、入口温度传感器(12)、入口电磁阀(13)、蓄压器压力传感器(14)和水泵(16)均与ECU控制器(1)电连接；。

2.根据权利要求1所述的模具冷却系统，其特征在于：所述ECU控制器(1)还与继电器(17)的受控端与5V电源正极电连接，继电器(17)的控制端串接于机床电机电路。

3.根据权利要求1所述的模具冷却系统，其特征在于：还包括波纹管(8)，所述水道(10)的出、入口分别通过波纹管(8)与水管一(18)和水管二(19)连接。

4.一种模具冷却系统的冷却方法，其特征在于：包括如下步骤：

首先，ECU控制器开机自检，ECU控制器接收来自机床电机的启动信号，即采集与继电器连接的引脚电压，如果机床电机未通电，继电器(17)的控制端断电，其受控端开关断开，该引脚电压为0，则反复检测该引脚电压值，如果机床电机通电启动，继电器(17)的控制端通电，其受控端开关闭合，该引脚电压为5V，则分成两个步骤同时进行：

步骤一：通过蓄压器的压力传感器(14)检测蓄压器(15)内的压力是否大于上限值C，如果压力大于上限值C则停止水泵(16)，如果小于等于C则启动水泵(16)，让水泵(16)向其后方的水管以及蓄压器(15)泵送冷却水，直至蓄压器(15)内的压力超过C；

步骤二：通过出口温度传感器(7)检测水道(10)的出口处水管内的水温是否超过上限值M，如果不超过，则按下述模具冷却方法，即在上、下料阶段对出、入口电磁阀通电、使两者开启，而在冲压阶段对出、入口电磁阀断电、使两者关闭；

如果水道(10)的出口处水管内的水温超过上限值M，则对出、入口电磁阀保持通电，使两者常开，使水道(10)内的冷却水一直保持流动状态；

其次，当模具处于冲压阶段过程中，ECU控制器(1)控制入口电磁阀(13)及出口电磁阀(5)关闭，使水道(10)内的冷却水停止流动，从而减少水泵(16)的介入频率，当模具处于上料及下料阶段时，开启入口电磁阀(13)及出口电磁阀(5)，使模具水道(10)内的冷却水流动，带走由坯料通过模具传递至水道的热量。