一种液氮冷却模具及其应用制造技术

本申请公开了一种液氮冷却模具，包括模垫，所述模垫中部设有型材通道；所述模具内部设有环绕型材通道设置的二级冷却循环通道，所述模垫内部环绕在二级冷却循环通道外侧还设有一级冷却循环通道；所述一级冷却循环通道通过液氮接口2连接液氮供给装置；所述二级冷却循环通道通过液氮接口1连接液氮供给装置；所述一级冷却循环通道设置有与二级冷却循环通道连通的连通过道；所述二级冷却循环通道设置有与型材通道的出口侧连通的排气通道。该模具可在不干扰生产质量的前提下，显著提升挤压速度和生产效率。度和生产效率。度和生产效率。

【技术实现步骤摘要】
一种液氮冷却模具及其应用


[0001]本申请涉及一种液氮冷却模具及其应用，属于化学化工领域，具体金属成型


技术介绍

[0002]模具硬度会随温度升高而降低，特别当温度超过500℃后硬度的下降更加明显。铝及铝合金挤压的成形温度在一般在490～510℃，铝型材挤压模具一般采用H13钢，在实际生产中，模具的挤压温度基本都在540～560℃之间。挤压时坯料温度相对较高，模具工作一定时间后，由于模具承受了高温、高压、高摩擦和交变载荷的反复作用，表面温度升得很高，达到了回火软化温度。当模具承受的外载荷达到一定极限，就会发生变形。工作带入口处由于应力较为集中常出现塑性变形，发生塌陷现象。不仅使金属流动状态变坏，而且使产品的表面质量和尺寸精度难以保证，从而使模具失效。
[0003]在进行挤压模具冷却系统的设计时，主要考虑以下三个因素：
[0004]1、工作温度升高：挤出型材的质量与挤压模的工作带的加工质量及硬度密切相关。在铝合金的挤压过程中，挤压模的工作温度在500
°
以上，随着挤压过程的持续，由于铝合金锭的形状剧变及铝材与模具的摩擦产生热量使挤压模工作带的温度升高，导致模具钢回火稳定性下降及产生表面退氮，硬度降低，这是导致挤压模过早失效的主要原因之一。
[0005]2、型材的氧化：导致模具过早失效的原因之二是由于挤压过程中温度的升高加大了型材的氧化，型材表面生成的AL2O3(氧化铝)硬点不仅对模具工作带造成损伤，而且也影响型材表面的光洁度，导致停产更换模具；
[0006]3、限制生产效率：随着挤压过程中挤压模及变形金属温度持续上升，挤出的型材还将产生气泡、融合及尺寸超差等缺陷，为延长模具的使用寿命及避免型材表面缺陷造成挤压废品，在挤压生产中必须限制型材的挤压速度以防止模具及型材温度过高，如此限制了挤压生产率，
[0007]因此，研制一种高效的针对热挤压模具的冷却系统是生产厂家主要研发的热点。

技术实现思路

[0008]根据本申请的一个方面，提供了一种液氮冷却模具，通过液氮通道的设计在保持良好的挤出型材质量的同时，使模具温度保持在可接受范围内，让模具能够可持续的长期稳定保持生产效率，延长模具寿命，提供了一种可迭代的普适性解决方案。
[0009]本申请采用如下技术方案：
[0010]一种液氮冷却模具，所述液氮冷却模具包括挤出模，所述挤出模后端设置有模垫，所述挤出模和模垫外设置有模套；
[0011]所述模垫中部设有型材通道；
[0012]所述模具内部设有环绕型材通道设置的二级冷却循环通道，所述模垫内部环绕在二级冷却循环通道外侧还设有一级冷却循环通道；
[0013]所述一级冷却循环通道、所述二级冷却循环通道连接液氮供给装置；
[0014]所述一级冷却循环通道通过连通过道与二级冷却循环通道连接；
[0015]所述二级冷却循环通道设置有与型材通道的出口侧连通的排气通道；
[0016]所述液氮由分别进入二级冷却循环通道和一级冷却循环通道，且液氮在一级冷却循环通道中流动并经过连通过道进入二级冷却循环通道中，液氮在二级冷却循环通道中流动后经过排气通道进入型材通道中。
[0017]可选地，所述模垫的开口形状为沿着工作通道形状或者型材的形状设计。
[0018]所述一级冷却循环通道通过液氮接口2连接液氮供给装置；所述二级冷却循环通道通过液氮接口1连接液氮供给装置。
[0019]所述液氮由液氮接口1和液氮接口2分别进入二级冷却循环通道和一级冷却循环通道，液氮在一级冷却循环通道中流动并经过连通过道进入二级冷却循环通道中，液氮在二级冷却循环通道中流动后经过排气通道进入型材通道中，在形成表面挥发为氮气。
[0020]可选地，所述液氮接口1、液氮接口2、所述一级冷却循环通道、所述连通过道的宽度和深度独立地为4～6mm；
[0021]所述二级冷却循环通道的宽度和深度独立地为3～5mm；
[0022]所述排气通道的宽度和深度独立地为2～4mm。
[0023]可选地，所述液氮接口1、液氮接口2、一级冷却循环通道、所述连通过道的截面积相等并大于所述二级冷却循环通道的截面积；
[0024]所述二级冷却循环通道的截面积大于所述排气通道的截面积。
[0025]上述各部位的截面积之间的大小关系遵循流体力学原理的通道截面积的阶梯式设计，且越靠近第二过道的通道的截面积越小，促使液氮加速流动
[0026]可选地，所述二级冷却循环通道的内边缘轮廓与型材通道的外边缘轮廓的距离为2～4mm。
[0027]可选地，当型材通道存在弯折部时，在所述型材通道弯折部的部位增加设置所述连通过道和/或排气通道的排列密集度。
[0028]可选地，所述连通过道数量大于等于2个；所述排气通道数量大于等于15个。
[0029]可选地，所述弯折部指型材通道上非平直形状或弯曲、弯折程度较大的部位。
[0030]可选地，所述连通过道为上下对称设置的两个连通过道。
[0031]在工业实践中，液氮冷却通道离型材位置越近越好，冷却通道的形状应贴合型材的轮廓，并且通过复制轮廓的形状尽可能接近轴承区域，液氮冷却通道应位于型材出口附近，这样对挤出荷载的影响最小，本专利技术提出了上述特有的液氮冷却通道的位置和形状布置方案。
[0032]根据本申请的另一方面，提供了一种双接口双循环的液氮冷却系统，所述双接口双循环的液氮冷却系统包含上述的任一项所述液氮冷却模具。
[0033]可选地，所述双接口双循环的液氮冷却系统中，所述液氮供给装置包括液氮储罐，所述液氮罐通过保温管道依次连接安全排放系统、监控系统、液氮流量控制系统，所述液氮控制系统与一级冷却循环通道、二级冷却循环通道连接；
[0034]所述监控系统还包括红外线测温装置，所述红外线测温装置用于检测液氮冷却模具中型材挤出口的温度。
[0035]可选地，所述保温管道的直径大于等于8mm.
[0036]可选地，所述保温管道中氮气的流速范围为30～80Kg/h。
[0037]可选地，所述保温管道中氮气的流速范围为50～60Kg/h。
[0038]上述液氮冷却模具采用双循环双通道的设计，在形状不规则的一端增加设置一个液氮入口并接入到液氮循环通道。可以使整个液氮在循环通道里更快、更均匀的分布，避免降温不均匀。
[0039]一级冷却循环通道、二级冷却循环通道是基与对模垫及模具温度分析所设计的。模具、模垫温度分布不均且表面温差较大，在液氮冷却过程中，当液氮通过模垫通道接触到模垫与模具时，部分液氮迅速吸热汽化，模垫与模具表面温度都会显著下降。此时如果模垫冷却不均匀，模垫及模具表面温度下降将会出现较大表面温差，而表面温差过大很容易导致模具开裂，因此未放置因液氮冷却不均匀所产生的模具表面温差，因此，设计了一级冷却循环通道、二级冷却循环通道。
[0040]二级冷却循环通道宽度及深度均小于一级冷却循环通道，此设计能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液氮冷却模具，其特征在于，所述液氮冷却模具包括挤出模，所述挤出模后端设置有模垫，所述挤出模和模垫外设置有模套；所述模垫中部设有型材通道；所述模具内部设有环绕型材通道设置的二级冷却循环通道，所述模垫内部环绕在二级冷却循环通道外侧还设有一级冷却循环通道；所述一级冷却循环通道、所述二级冷却循环通道连接液氮供给装置；所述一级冷却循环通道通过连通过道与二级冷却循环通道连接；所述二级冷却循环通道设置有与型材通道的出口侧连通的排气通道；所述液氮分别进入二级冷却循环通道和一级冷却循环通道，且液氮在一级冷却循环通道中流动并经过连通过道进入二级冷却循环通道中，液氮在二级冷却循环通道中流动后经过排气通道进入型材通道中。2.根据权利要求1所述的液氮冷却模具，其特征在于，所述一级冷却循环通道通过液氮接口2连接液氮供给装置；所述二级冷却循环通道通过液氮接口1连接液氮供给装置。3.根据权利要求2所述的液氮冷却模具，其特征在于，所述液氮接口1、液氮接口2、所述一级冷却循环通道、所述连通过道的宽度和深度独立地为4～6mm；所述二级冷却循环通道的宽度和深度独立地为3～5mm；所述排气通道的宽度和深度独立地为2～4mm。4.根据权利要求3所述的液氮冷却模具，其特征在于，所述液氮接口1、液氮接口2、一...

【专利技术属性】
技术研发人员：游黄璟，
申请(专利权)人：南京助天中科科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：