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一种使用雾化冷却技术的连续挤压设备及冷却方法

花匠小妙招
2025-01-14 10:57

专利名称：一种使用雾化冷却技术的连续挤压设备及冷却方法
技术领域：
本发明涉及有色金属加工技术领域，尤其涉及一种连续挤压设备及冷却方法。
背景技术：
连续挤压技术利用摩擦力驱动坯料运动，借助于摩擦以及金属变形产生的热量，使坯料温度达到变形温度，并在摩擦驱动力的作用下发生塑性变形。金属变形过程中与金属直接接触的连续挤压设备的工装模具需要耐受很高的温度，并保证足够的强度和硬度。因此，冷却技术是连续挤压技术的一项重要内容。目前，连续挤压设备中采用的冷却方法主要有两种一种是内冷却，主要应用对象是主轴和挤压轮内部，冷却介质为带有缓蚀剂的水，通过冷却通道对设备零部件进行冷却，系统属于封闭状态，冷却介质可以循环使用。另外一种是外冷却，即在挤压轮和挡料块表面直接进行冷却，冷却介质采用水或液氮。内冷却是连续挤压设备生产过程中必须采取的冷却措施，但由于受到零部件尺寸和加工手段的限制，以及考虑和分析冷却效果性价比，该冷却方法很难得以创新和改进。当连续挤压生产铜及合金产品或大截面铜产品时，由于被挤压金属高变形抗力或大扩展比的大阻力影响，金属变形热急剧增加，变形工具需要耐受的温度也相应提高，该种条件下就需要使用外冷。传统外冷方法主要有以下缺陷采用喷水冷却，如果冷却水流量过大，则可能有残留带入挤压腔体，造成挤压产品缺陷，为了清除残留冷却水，需要另外使用高压气体吹干；其次，由于水的比热容相对较大，即使少量冷却水直接喷到挤压轮和挡料块表面，也会造成变形工具的局部大幅度降温，温度的不均勻以及高低温交替温差的增大，造成挡料块应力破坏和挤压轮热疲劳开裂。如果采用液氮冷却，液氮在管道中流动过程中逐步气化，成为低温气体，气体比热容小，冷却均勻，冷却后无残留，冷却效果理想，但液氮属于危险品，运输和保存需要增加成本，最主要的是液氮价格昂贵，使用过程中单位重量挤压产品成本提高30%以上，大大增加了产品的生产成本。

发明内容
为了克服传统连续挤压生产过程中外冷却方式的不足，使连续挤压设备在加工铜及合金或大截面铜产品时，能够及时带走因变形阻力增加产生的热量，降低变形工具的温度，在延长挤压工具使用寿命的基础上，提高生产效率和控制生产成本，本发明提供了一种使用雾化冷却技术的连续挤压设备及冷却方法。本发明为实现上述目的所采用的技术方案是一种使用雾化冷却技术的连续挤压设备，包括机架、主轴、挤压轮、压实轮、靴座、腔体、挡料块和轴套，挤压轮安装在主轴上，压实轮安装于挤压轮上方，腔体安装在靴座中，腔体上安装有挡料块，轴套安装于主轴外部，其特征在于还包括雾化装置，雾化装置包括雾化喷头、液体管道和气体管道，液体管道和气体管道与雾化喷头连接，液体管道上安装有液体流量电动调节阀、液体压力表、液体过滤器、液体截止阀，各部件通过管道连接，气体管道上安装有气体压力电动调节阀、气体压力表、空气过滤器、空气截止阀，各部件通过管道连接。
所述连续挤压设备安装有三个雾化喷头。所述雾化喷头其中一个安装于靴座上，另外两个安装于机架上。一种使用雾化冷却技术的冷却方法，其特征在于包括以下步骤a.测量挤压轮转速信号和挡料块温度信号；b.测量的挤压轮转速信号和挡料块温度信号输入控制装置进行运算处理，输出控制信号；C.控制信号控制位于雾化装置气体通道上的气体压力电动调节阀和位于雾化装置液体通道上的液体流量电动调节阀，调节气体压力和液体流量，从而调节冷却介质中压缩空气和冷却水的混合比例；d.气体通道中的压缩空气和液体通道中的冷却水同时进入雾化喷头，经过雾化喷头的雾化作用后喷射到需要冷却的高温部件上。所述气体通道中的压缩空气在进入雾化喷头之前经过气体过滤器过滤，通过气体压力表检测气体压力，当气体压力不在正常范围内时可以使用空气截止阀开闭压缩空气；所述液体通道中的冷却水在进入雾化喷头之前经过液体过滤器过滤，通过液体压力表检测液体压力，当液体压力不在正常范围内时可以使用液体截止阀开闭冷却水。所述控制装置采用PLC和工业控制计算机。测量挤压轮转速信号采用转速表、测速发动机或者编码器。挡料块温度采用热电偶测量。本发明的使用雾化冷却技术的连续挤压设备及冷却方法使连续挤压设备在加工铜及合金或大截面铜产品时，在雾化氛围中对挤压轮、挡料块、轴套、靴座、轴承座、立柱、机架等零部件进行冷却，同时也使溢料得到冷却，能够及时带走各部件产生的热量，降低变形工具的温度，并且降温过程柔和，能够满足长时间连续挤压生产过程中挤压轮和挡料块温度的合理控制，保证连续挤压生产过程的稳定进行，雾化冷却介质在降温的同时，可以实现在进入压实轮前无残留，不影响连续挤压产品的质量。避免了表面冷却不均勻造成的温度应力破坏和温度疲劳开裂，提高挤压轮、挡料块等高消耗变形工具的使用寿命，同时提高生产效率和控制生产成本，设备结构简单合理，使用方便。

图1是使用雾化冷却技术的连续挤压设备的侧视图；图2是使用雾化冷却技术的连续挤压设备的主视图。
具体实施例方式如图1和图2所示的一种使用雾化冷却技术的连续挤压设备，挤压轮4安装在主轴3上，轴套19安装于主轴3外部，挤压轮4上有挤压轮槽，正常生产过程中挤压轮4槽内附着被挤压的金属，并与挤压轮4和主轴3同步运动，压实轮5安装于挤压轮4上方，腔体 7带有圆弧密封面，腔体7安装在靴座6中，腔体7上安装有挡料块8，挡料块8突出部位深入到挤压轮4槽内，挡料块8和腔体7都有密封面与挤压轮4表面和轮槽面保持适当间隙，雾化冷却装置包括液体管道、气体管道和雾化喷头2，气体管道上安装有气体压力电动调节阀14、气体压力表15、空气过滤器18、空气截止阀17等元器件，液体管道上安装有液体流量电动调节阀9、液体压力表10、液体过滤器11、液体截止阀12等各元器件，各元器件之间通过无缝钢管、不锈钢软管和橡胶软管等管道连接，连续挤压设备上安装有三个雾化喷头2，其中一个雾化喷头2安装于靴座6上，另外两个雾化喷头2安装于机架1上，雾化喷头2分别对准挤压轮4槽与挡料块8，以及挤压轮4、靴座6、机架1形成的空间。被挤压金属经过压实轮5压轧后，嵌在挤压轮4的轮槽中，并在旋转挤压轮4的摩擦力驱动下转动到挡料块8处，由于摩擦作用使金属温度升高，伴随着摩擦力的驱动，被挤压金属发生变形，并且被挤压金属在变形过程中生产变形热，使自身温度进一步升高，最终被挤压金属在高温高压的状态下发生塑性变形直到从模具口挤出形成挤压产品。金属被挤压加工的同时，挤压轮4、挡料块8、腔体7、靴座6、轴套19、机架1等都逐渐被加热。通过编码器、转速表或者测速发动机测量挤压轮4的转速，挤压轮4的温度和挡料块8的温度通过热电偶测量，经过AD转换输出温度信号，检测到的速度和温度信号实时传送给可编程控制器PLC和工业控制计算机，通过程序运算处理，得到针对不同被挤压合金材料、不同产品规格、在不同生产过程中挤压轮4转速和挡料块8温度控制范围等对气体压力电动调节阀14和液体流量电动调节阀9进行调控，控制压缩空气和冷却水两者的混合比例，获得具有不同液气混合程度的雾化冷却介质，从而获得期望的雾化冷却效果。压缩空气从压缩空气入口 16进入雾化冷却装置的气体通道，经过空气过滤器18由气体压力电动调节阀14控制产生所需要的气体压力，气体通道中的压力可以通过气体压力表15观察，正常情况下气体压力应该在0. 4-0. 7MPa之间，紧急情况下可以使用空气截止阀17开闭压缩空气。冷却水从液体入口 13进入雾化冷却装置的液体通道，经过液体过滤器11由液体流量电动调节阀9控制冷却液体的流量供给，液体通道中的液体压力可以通过液体压力表10观察，正常情况下气体压力应该在0. 1-0. 4MPa之间，紧急情况下可以使用液体截止阀12开闭冷却水。压缩空气和冷却水同时进入雾化喷头2，经过雾化喷头2的雾化作用，混合产生所需要的雾化冷却介质，并由雾化喷头2喷射到挤压轮4及其轮槽、附着在挤压轮4的轮槽中的被挤压金属、挡料块8、腔体7、靴座6、轴套19、机架1等需要冷却的高温部件上。雾化冷却介质中的大量微小液滴在接触面上直接被气化，形成的水蒸气被压缩空气带走的同时，又共同参与对压缩空气吹到的高温零部件表面的冷却。本发明涉及的雾化冷却装置共有3 个雾化喷头2，其中安装在靴座6上的雾化喷头2设为每小时20-60升，空气流量为每分钟 60-120升，安装在机架1上的雾化喷头2设为每分钟4-20升，空气流量为每分钟120-160 升。
权利要求
一种使用雾化冷却技术的连续挤压设备，包括机架、主轴、挤压轮、压实轮、靴座、腔体、挡料块和轴套，挤压轮安装在主轴上，压实轮安装于挤压轮上方，腔体安装在靴座中，腔体上安装有挡料块，轴套安装于主轴外部，其特征在于还包括雾化装置，雾化装置包括雾化喷头、液体管道和气体管道，液体管道和气体管道与雾化喷头连接，液体管道上安装有液体流量电动调节阀、液体压力表、液体过滤器、液体截止阀，各部件通过管道连接，气体管道上安装有气体压力电动调节阀、气体压力表、空气过滤器、空气截止阀，各部件通过管道连接。
2.根据权利要求1所述的一种使用雾化冷却技术的连续挤压设备，其特征在于所述连续挤压设备安装有三个雾化喷头。
3.根据权利要求1所述的一种使用雾化冷却技术的连续挤压设备，其特征在于所述雾化喷头其中一个安装于靴座上，另外两个安装于机架上。
4.一种使用雾化冷却技术的冷却方法，其特征在于包括以下步骤a.测量挤压轮转速信号和挡料块温度信号；b.测量的挤压轮转速信号和挡料块温度信号输入控制装置进行运算处理，输出控制信号；c.控制信号控制位于雾化装置气体通道上的气体压力电动调节阀和位于雾化装置液体通道上的液体流量电动调节阀，调节气体压力和液体流量，从而调节冷却介质中压缩空气和冷却水的混合比例；d.气体通道中的压缩空气和液体通道中的冷却水同时进入雾化喷头，经过雾化喷头的雾化作用后喷射到需要冷却的高温部件上。
5.根据权利要求4所述的一种使用雾化冷却技术的冷却方法，其特征在于所述气体通道中的压缩空气在进入雾化喷头之前经过气体过滤器过滤，通过气体压力表检测气体压力，当气体压力不在正常范围内时可以使用空气截止阀开闭压缩空气；所述液体通道中的冷却水在进入雾化喷头之前经过液体过滤器过滤，通过液体压力表检测液体压力，当液体压力不在正常范围内时可以使用液体截止阀开闭冷却水。
6.根据权利要求4所述的一种使用雾化冷却技术的冷却方法，其特征在于所述控制装置采用PLC和工业控制计算机。
7.根据权利要求4所述的一种使用雾化冷却技术的冷却方法，其特征在于测量挤压轮转速信号采用转速表、测速发动机或者编码器。
8.根据权利要求4所述的一种使用雾化冷却技术的冷却方法，其特征在于挡料块温度采用热电偶测量。
全文摘要
一种使用雾化冷却技术的连续挤压设备，由机架、主轴、挤压轮、压实轮、靴座、腔体、挡料块、轴套和雾化装置构成，雾化装置包括3个雾化喷头、液体管道和气体管道，液体管道和气体管道与雾化喷头连接，雾化喷头安装于靴座和机架上，液体管道上装有液体流量电动调节阀、液体压力表、液体过滤器和液体截止阀，气体管道上装有气体压力电动调节阀、气体压力表、空气过滤器和空气截止阀。本发明的使用雾化冷却技术的连续挤压设备结构简单合理，在雾化氛围中对挤压轮、挡料块等部件进行冷却，避免了表面冷却不均匀造成的温度应力破坏和温度疲劳开裂，同时也使溢料得到冷却，提高挤压轮、挡料块等高消耗变形工具的使用寿命。
文档编号B21C29/00GK101934299SQ201010259569
公开日2011年1月5日申请日期2010年8月17日优先权日2010年8月17日
发明者孙海洋, 宋宝韫, 樊志新申请人:大连康丰科技有限公司;大连交通大学