專利名稱：一種使用霧化冷卻技術(shù)的連續(xù)擠壓設(shè)備及冷卻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有色金屬加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種連續(xù)擠壓設(shè)備及冷卻方法。
背景技術(shù)：
連續(xù)擠壓技術(shù)利用摩擦力驅(qū)動(dòng)坯料運(yùn)動(dòng)，借助于摩擦以及金屬變形產(chǎn)生的熱量， 使坯料溫度達(dá)到變形溫度，并在摩擦驅(qū)動(dòng)力的作用下發(fā)生塑性變形。金屬變形過程中與金 屬直接接觸的連續(xù)擠壓設(shè)備的工裝模具需要耐受很高的溫度，并保證足夠的強(qiáng)度和硬度。 因此，冷卻技術(shù)是連續(xù)擠壓技術(shù)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。目前，連續(xù)擠壓設(shè)備中采用的冷卻方法主要有兩種一種是內(nèi)冷卻，主要應(yīng)用對象 是主軸和擠壓輪內(nèi)部，冷卻介質(zhì)為帶有緩蝕劑的水，通過冷卻通道對設(shè)備零部件進(jìn)行冷卻， 系統(tǒng)屬于封閉狀態(tài)，冷卻介質(zhì)可以循環(huán)使用。另外一種是外冷卻，即在擠壓輪和擋料塊表面 直接進(jìn)行冷卻，冷卻介質(zhì)采用水或液氮。內(nèi)冷卻是連續(xù)擠壓設(shè)備生產(chǎn)過程中必須采取的冷 卻措施，但由于受到零部件尺寸和加工手段的限制，以及考慮和分析冷卻效果性價(jià)比，該冷 卻方法很難得以創(chuàng)新和改進(jìn)。當(dāng)連續(xù)擠壓生產(chǎn)銅及合金產(chǎn)品或大截面銅產(chǎn)品時(shí)，由于被擠 壓金屬高變形抗力或大擴(kuò)展比的大阻力影響，金屬變形熱急劇增加，變形工具需要耐受的 溫度也相應(yīng)提高，該種條件下就需要使用外冷。傳統(tǒng)外冷方法主要有以下缺陷采用噴水冷 卻，如果冷卻水流量過大，則可能有殘留帶入擠壓腔體，造成擠壓產(chǎn)品缺陷，為了清除殘留 冷卻水，需要另外使用高壓氣體吹干；其次，由于水的比熱容相對較大，即使少量冷卻水直 接噴到擠壓輪和擋料塊表面，也會(huì)造成變形工具的局部大幅度降溫，溫度的不均勻以及高 低溫交替溫差的增大，造成擋料塊應(yīng)力破壞和擠壓輪熱疲勞開裂。如果采用液氮冷卻，液氮 在管道中流動(dòng)過程中逐步氣化，成為低溫氣體，氣體比熱容小，冷卻均勻，冷卻后無殘留，冷 卻效果理想，但液氮屬于危險(xiǎn)品，運(yùn)輸和保存需要增加成本，最主要的是液氮價(jià)格昂貴，使 用過程中單位重量擠壓產(chǎn)品成本提高30%以上，大大增加了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服傳統(tǒng)連續(xù)擠壓生產(chǎn)過程中外冷卻方式的不足，使連續(xù)擠壓設(shè)備在加工銅 及合金或大截面銅產(chǎn)品時(shí)，能夠及時(shí)帶走因變形阻力增加產(chǎn)生的熱量，降低變形工具的溫 度，在延長擠壓工具使用壽命的基礎(chǔ)上，提高生產(chǎn)效率和控制生產(chǎn)成本，本發(fā)明提供了一種 使用霧化冷卻技術(shù)的連續(xù)擠壓設(shè)備及冷卻方法。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是一種使用霧化冷卻技術(shù)的連續(xù)擠壓 設(shè)備，包括機(jī)架、主軸、擠壓輪、壓實(shí)輪、靴座、腔體、擋料塊和軸套，擠壓輪安裝在主軸上，壓 實(shí)輪安裝于擠壓輪上方，腔體安裝在靴座中，腔體上安裝有擋料塊，軸套安裝于主軸外部， 其特征在于還包括霧化裝置，霧化裝置包括霧化噴頭、液體管道和氣體管道，液體管道和 氣體管道與霧化噴頭連接，液體管道上安裝有液體流量電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、液體壓力表、液體過濾 器、液體截止閥，各部件通過管道連接，氣體管道上安裝有氣體壓力電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、氣體壓力 表、空氣過濾器、空氣截止閥，各部件通過管道連接。
所述連續(xù)擠壓設(shè)備安裝有三個(gè)霧化噴頭。所述霧化噴頭其中一個(gè)安裝于靴座上，另外兩個(gè)安裝于機(jī)架上。一種使用霧化冷卻技術(shù)的冷卻方法，其特征在于包括以下步驟a.測量擠壓輪轉(zhuǎn)速信號(hào)和擋料塊溫度信號(hào)；b.測量的擠壓輪轉(zhuǎn)速信號(hào)和擋料塊溫度信號(hào)輸入控制裝置進(jìn)行運(yùn)算處理，輸出控 制信號(hào)；C.控制信號(hào)控制位于霧化裝置氣體通道上的氣體壓力電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和位于霧化裝 置液體通道上的液體流量電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)氣體壓力和液體流量，從而調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)中壓 縮空氣和冷卻水的混合比例；d.氣體通道中的壓縮空氣和液體通道中的冷卻水同時(shí)進(jìn)入霧化噴頭，經(jīng)過霧化噴 頭的霧化作用后噴射到需要冷卻的高溫部件上。所述氣體通道中的壓縮空氣在進(jìn)入霧化噴頭之前經(jīng)過氣體過濾器過濾，通過氣體 壓力表檢測氣體壓力，當(dāng)氣體壓力不在正常范圍內(nèi)時(shí)可以使用空氣截止閥開閉壓縮空氣； 所述液體通道中的冷卻水在進(jìn)入霧化噴頭之前經(jīng)過液體過濾器過濾，通過液體壓力表檢測 液體壓力，當(dāng)液體壓力不在正常范圍內(nèi)時(shí)可以使用液體截止閥開閉冷卻水。所述控制裝置采用PLC和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。測量擠壓輪轉(zhuǎn)速信號(hào)采用轉(zhuǎn)速表、測速發(fā)動(dòng)機(jī)或者編碼器。擋料塊溫度采用熱電偶測量。本發(fā)明的使用霧化冷卻技術(shù)的連續(xù)擠壓設(shè)備及冷卻方法使連續(xù)擠壓設(shè)備在加工 銅及合金或大截面銅產(chǎn)品時(shí)，在霧化氛圍中對擠壓輪、擋料塊、軸套、靴座、軸承座、立柱、機(jī) 架等零部件進(jìn)行冷卻，同時(shí)也使溢料得到冷卻，能夠及時(shí)帶走各部件產(chǎn)生的熱量，降低變形 工具的溫度，并且降溫過程柔和，能夠滿足長時(shí)間連續(xù)擠壓生產(chǎn)過程中擠壓輪和擋料塊溫 度的合理控制，保證連續(xù)擠壓生產(chǎn)過程的穩(wěn)定進(jìn)行，霧化冷卻介質(zhì)在降溫的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn) 在進(jìn)入壓實(shí)輪前無殘留，不影響連續(xù)擠壓產(chǎn)品的質(zhì)量。避免了表面冷卻不均勻造成的溫度 應(yīng)力破壞和溫度疲勞開裂，提高擠壓輪、擋料塊等高消耗變形工具的使用壽命，同時(shí)提高生 產(chǎn)效率和控制生產(chǎn)成本，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單合理，使用方便。


圖1是使用霧化冷卻技術(shù)的連續(xù)擠壓設(shè)備的側(cè)視圖；圖2是使用霧化冷卻技術(shù)的連續(xù)擠壓設(shè)備的主視圖。
具體實(shí)施例方式如圖1和圖2所示的一種使用霧化冷卻技術(shù)的連續(xù)擠壓設(shè)備，擠壓輪4安裝在主 軸3上，軸套19安裝于主軸3外部，擠壓輪4上有擠壓輪槽，正常生產(chǎn)過程中擠壓輪4槽內(nèi) 附著被擠壓的金屬，并與擠壓輪4和主軸3同步運(yùn)動(dòng)，壓實(shí)輪5安裝于擠壓輪4上方，腔體 7帶有圓弧密封面，腔體7安裝在靴座6中，腔體7上安裝有擋料塊8，擋料塊8突出部位深 入到擠壓輪4槽內(nèi)，擋料塊8和腔體7都有密封面與擠壓輪4表面和輪槽面保持適當(dāng)間隙， 霧化冷卻裝置包括液體管道、氣體管道和霧化噴頭2，氣體管道上安裝有氣體壓力電動(dòng)調(diào)節(jié) 閥14、氣體壓力表15、空氣過濾器18、空氣截止閥17等元器件，液體管道上安裝有液體流量電動(dòng)調(diào)節(jié)閥9、液體壓力表10、液體過濾器11、液體截止閥12等各元器件，各元器件之間通 過無縫鋼管、不銹鋼軟管和橡膠軟管等管道連接，連續(xù)擠壓設(shè)備上安裝有三個(gè)霧化噴頭2， 其中一個(gè)霧化噴頭2安裝于靴座6上，另外兩個(gè)霧化噴頭2安裝于機(jī)架1上，霧化噴頭2分 別對準(zhǔn)擠壓輪4槽與擋料塊8，以及擠壓輪4、靴座6、機(jī)架1形成的空間。被擠壓金屬經(jīng)過壓實(shí)輪5壓軋后，嵌在擠壓輪4的輪槽中，并在旋轉(zhuǎn)擠壓輪4的摩 擦力驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)到擋料塊8處，由于摩擦作用使金屬溫度升高，伴隨著摩擦力的驅(qū)動(dòng)，被擠 壓金屬發(fā)生變形，并且被擠壓金屬在變形過程中生產(chǎn)變形熱，使自身溫度進(jìn)一步升高，最終 被擠壓金屬在高溫高壓的狀態(tài)下發(fā)生塑性變形直到從模具口擠出形成擠壓產(chǎn)品。金屬被擠 壓加工的同時(shí)，擠壓輪4、擋料塊8、腔體7、靴座6、軸套19、機(jī)架1等都逐漸被加熱。通過編碼器、轉(zhuǎn)速表或者測速發(fā)動(dòng)機(jī)測量擠壓輪4的轉(zhuǎn)速，擠壓輪4的溫度和擋料 塊8的溫度通過熱電偶測量，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換輸出溫度信號(hào)，檢測到的速度和溫度信號(hào)實(shí)時(shí)傳 送給可編程控制器PLC和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，通過程序運(yùn)算處理，得到針對不同被擠壓合金 材料、不同產(chǎn)品規(guī)格、在不同生產(chǎn)過程中擠壓輪4轉(zhuǎn)速和擋料塊8溫度控制范圍等對氣體壓 力電動(dòng)調(diào)節(jié)閥14和液體流量電動(dòng)調(diào)節(jié)閥9進(jìn)行調(diào)控，控制壓縮空氣和冷卻水兩者的混合比 例，獲得具有不同液氣混合程度的霧化冷卻介質(zhì)，從而獲得期望的霧化冷卻效果。壓縮空氣 從壓縮空氣入口 16進(jìn)入霧化冷卻裝置的氣體通道，經(jīng)過空氣過濾器18由氣體壓力電動(dòng)調(diào) 節(jié)閥14控制產(chǎn)生所需要的氣體壓力，氣體通道中的壓力可以通過氣體壓力表15觀察，正常 情況下氣體壓力應(yīng)該在0. 4-0. 7MPa之間，緊急情況下可以使用空氣截止閥17開閉壓縮空 氣。冷卻水從液體入口 13進(jìn)入霧化冷卻裝置的液體通道，經(jīng)過液體過濾器11由液體流量 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥9控制冷卻液體的流量供給，液體通道中的液體壓力可以通過液體壓力表10觀 察，正常情況下氣體壓力應(yīng)該在0. 1-0. 4MPa之間，緊急情況下可以使用液體截止閥12開閉 冷卻水。壓縮空氣和冷卻水同時(shí)進(jìn)入霧化噴頭2，經(jīng)過霧化噴頭2的霧化作用，混合產(chǎn)生所 需要的霧化冷卻介質(zhì)，并由霧化噴頭2噴射到擠壓輪4及其輪槽、附著在擠壓輪4的輪槽中 的被擠壓金屬、擋料塊8、腔體7、靴座6、軸套19、機(jī)架1等需要冷卻的高溫部件上。霧化冷 卻介質(zhì)中的大量微小液滴在接觸面上直接被氣化，形成的水蒸氣被壓縮空氣帶走的同時(shí)， 又共同參與對壓縮空氣吹到的高溫零部件表面的冷卻。本發(fā)明涉及的霧化冷卻裝置共有3 個(gè)霧化噴頭2，其中安裝在靴座6上的霧化噴頭2設(shè)為每小時(shí)20-60升，空氣流量為每分鐘 60-120升，安裝在機(jī)架1上的霧化噴頭2設(shè)為每分鐘4-20升，空氣流量為每分鐘120-160 升。
權(quán)利要求
一種使用霧化冷卻技術(shù)的連續(xù)擠壓設(shè)備，包括機(jī)架、主軸、擠壓輪、壓實(shí)輪、靴座、腔體、擋料塊和軸套，擠壓輪安裝在主軸上，壓實(shí)輪安裝于擠壓輪上方，腔體安裝在靴座中，腔體上安裝有擋料塊，軸套安裝于主軸外部，其特征在于還包括霧化裝置，霧化裝置包括霧化噴頭、液體管道和氣體管道，液體管道和氣體管道與霧化噴頭連接，液體管道上安裝有液體流量電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、液體壓力表、液體過濾器、液體截止閥，各部件通過管道連接，氣體管道上安裝有氣體壓力電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、氣體壓力表、空氣過濾器、空氣截止閥，各部件通過管道連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用霧化冷卻技術(shù)的連續(xù)擠壓設(shè)備，其特征在于所述 連續(xù)擠壓設(shè)備安裝有三個(gè)霧化噴頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用霧化冷卻技術(shù)的連續(xù)擠壓設(shè)備，其特征在于所述 霧化噴頭其中一個(gè)安裝于靴座上，另外兩個(gè)安裝于機(jī)架上。
4.一種使用霧化冷卻技術(shù)的冷卻方法，其特征在于包括以下步驟a.測量擠壓輪轉(zhuǎn)速信號(hào)和擋料塊溫度信號(hào)；b.測量的擠壓輪轉(zhuǎn)速信號(hào)和擋料塊溫度信號(hào)輸入控制裝置進(jìn)行運(yùn)算處理，輸出控制信號(hào)；c.控制信號(hào)控制位于霧化裝置氣體通道上的氣體壓力電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和位于霧化裝置液 體通道上的液體流量電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)氣體壓力和液體流量，從而調(diào)節(jié)冷卻介質(zhì)中壓縮空 氣和冷卻水的混合比例；d.氣體通道中的壓縮空氣和液體通道中的冷卻水同時(shí)進(jìn)入霧化噴頭，經(jīng)過霧化噴頭的 霧化作用后噴射到需要冷卻的高溫部件上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種使用霧化冷卻技術(shù)的冷卻方法，其特征在于所述氣體 通道中的壓縮空氣在進(jìn)入霧化噴頭之前經(jīng)過氣體過濾器過濾，通過氣體壓力表檢測氣體壓 力，當(dāng)氣體壓力不在正常范圍內(nèi)時(shí)可以使用空氣截止閥開閉壓縮空氣；所述液體通道中的 冷卻水在進(jìn)入霧化噴頭之前經(jīng)過液體過濾器過濾，通過液體壓力表檢測液體壓力，當(dāng)液體 壓力不在正常范圍內(nèi)時(shí)可以使用液體截止閥開閉冷卻水。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種使用霧化冷卻技術(shù)的冷卻方法，其特征在于所述控制 裝置采用PLC和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種使用霧化冷卻技術(shù)的冷卻方法，其特征在于測量擠壓 輪轉(zhuǎn)速信號(hào)采用轉(zhuǎn)速表、測速發(fā)動(dòng)機(jī)或者編碼器。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種使用霧化冷卻技術(shù)的冷卻方法，其特征在于擋料塊溫 度采用熱電偶測量。
全文摘要
一種使用霧化冷卻技術(shù)的連續(xù)擠壓設(shè)備，由機(jī)架、主軸、擠壓輪、壓實(shí)輪、靴座、腔體、擋料塊、軸套和霧化裝置構(gòu)成，霧化裝置包括3個(gè)霧化噴頭、液體管道和氣體管道，液體管道和氣體管道與霧化噴頭連接，霧化噴頭安裝于靴座和機(jī)架上，液體管道上裝有液體流量電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、液體壓力表、液體過濾器和液體截止閥，氣體管道上裝有氣體壓力電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、氣體壓力表、空氣過濾器和空氣截止閥。本發(fā)明的使用霧化冷卻技術(shù)的連續(xù)擠壓設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單合理，在霧化氛圍中對擠壓輪、擋料塊等部件進(jìn)行冷卻，避免了表面冷卻不均勻造成的溫度應(yīng)力破壞和溫度疲勞開裂，同時(shí)也使溢料得到冷卻，提高擠壓輪、擋料塊等高消耗變形工具的使用壽命。
文檔編號(hào)B21C29/00GK101934299SQ201010259569
公開日2011年1月5日 申請日期2010年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月17日
發(fā)明者孫海洋, 宋寶韞, 樊志新 申請人:大連康豐科技有限公司;大連交通大學(xué)