一种用于模内冷却的铝型材挤压模具的制作方法

本发明涉及一种铝型材挤压模具及一种铝型材挤压生产模具冷却方法，属于机械模具领域。

背景技术：

铝型材挤压的过程大致为先将经过高温加热的铝锭，在挤压机的压力下，通过模具分流孔进入模具内部，几股金属于下模的焊合室交汇，最终从工作带中被挤出成为型材。但是，随着铝型材挤压过程的进行，金属与模具之间不断摩擦与变形会产生大量的热量，导致挤压出口温度超出允许的温度范围，这会导致金属制品出现开裂等缺陷。

在铝型材挤压的过程中，模具及模具内金属的温度控制是挤压生产的关键,但调节此温度的手段有限，目前只能通过调节挤压筒、挤压坯料、挤压模具的预加热温度、适当的生产节拍和挤压速度来确保模具及模具内金属的温度在正常范围内。

实际生产中，因模具出口工作带附近金属的温度最高而必须采取降低挤出速度、降低坯料棒的初始温度等措施。因此，现有解决办法之一就是控制金属的出口温度不能太高，控制挤压速度不能太快，同时降低坯料棒的初始温度。但是如果模具出口部位金属的温度仍然过高，操作人员只能通过在模具外出口部位水冷、吹气冷却或液氮冷却的方法降低其温度。

但是上述解决方法不仅控制金属的出口温度的效果不佳，而且十分影响效率，降低挤出速度，大大降低生产效率，降低坯料棒的初始温度又导致金属变形困难，从而导致模具应力过大，造成大量的模具早期报废。

通过检索，申请人发现：

专利(201120553305.7)公开了一种高效冷却铝型材热挤压模具装置，液氮被通往模垫，通过对模垫的降温，间接实现型材出口的坯料降温；专利(201220623903.1)公开了一种氮冷模芯冷却模具的装置，此装置由液氮入口、主通道、环形槽、分氮孔组成，液氮经液氮入口和主通道进入分氮节点，再通过若干条支通道进入环形槽，再进入各分氮孔，低温的液氮遇热马上蒸发为氮气通过分氮孔喷在型材表面和模具表面。但是，此种冷却方法并非将冷却介质直接导入模具内工作带附近，而是从模具外间接冷却，容易使模具因冷却不均而产生裂纹，且冷却效率较低。

专利(201510993004.9)该文献公开了一种挤压模具，该装置由模面和模垫组成，模面设置有模具工作带、导气槽和进气孔，惰性气体为氩气，其从模面的进气孔通入流入至模具的工作带。但是，此发明的目的主要是避免挤出的型材表面生成氧化铝颗粒，并且模面不是可拆卸的结构，尤其是该装置并非对模具内过热区域降温，对工作带附近的型材和模具内金属的温度控制能力不强，降温效果不佳。

申请人通过检索发现现有技术中的降温方法皆是从模具外间接冷却，容易使模具因冷却不均而产生内应力及裂纹，现有技术中未发现有直接在模具内工作带附近金属变形最剧烈的高温部位进行直接冷却的方法和装置，从而很难避免因挤出温度过高而导致的挤压制品缺陷。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出了一种可实现模内冷却的铝型材挤压模具，包括用于模具内工作带位置的冷却垫。

本发明的冷却垫能够更直接高效的将冷却介质直接导入模具内工作带附近金属变形最剧烈的高温部位冷却过热区域，直接冷却过热区域，其降温方法更高效，而不是像其他冷却方法从模具外间接冷却，容易使模具因冷却不均而产生内应力及裂纹。现有技术中未发现类似的设计产品或方法直接冷却模具内的金属。

一种可实现模内冷却的铝型材挤压模具，包括上模1、下模2、分流孔3、焊合室4、工作带5、型材出口7，上模1和下模2配合安装，所述上模1的上端面制有分流孔3，所述分流孔3的下方为焊合室4，所述焊合室4下方为工作带5，使得各股料流在所述焊合室4中汇合后进入所述工作带5并被挤压成型，所述下模2底面制有与所述工作带5连通的型材出口7；

还包括用于所述工作带5的冷却垫6，所述冷却垫6的中心加工有与所述工作带5形状相同的通孔，并且所述通孔的轮廓尺寸均略大于所述工作带5的轮廓尺寸，使得所述冷却垫6的通孔取得常规铝型材模具中导流室结构的效果；

所述冷却垫6与所述焊合室4底部接触端面上制有冷却介质通道6-1，所述冷却介质通道6-1沿所述冷却垫6中心的通孔外围设置且所述冷却介质通道6-1与相邻所述工作带5的距离相等，使得冷却介质通道6-1对所述工作带5均匀冷却，

同时，所述冷却介质通道6-1内置有温度传感器；

所述下模2制有与所述冷却垫6的冷却介质通道6-1连通的下模管道2-1，并使得所述冷却垫6安装于焊合室4底部接触端面时所述下模管道2-1的开口与所述冷却介质通道6-1的开口连通，形成冷却介质流经的通路，同时，挤压操作时由于模具内部巨大的压力使得所述冷却垫6与下模2之间的管道开口对接处自然密封，不会有冷却介质泄露，从而用于输送冷却介质，共同形成冷却介质流经的通路；

所述冷却垫6的材质为耐热高强钢，厚度为所述上模1和下模2配合安装后厚度的1/30-1/6，确保挤压进行时冷却垫6仍保持原有形状不被压塌、不变形。

优选，冷却介质为水、气体(例如氮气，CO₂)、液氮。

优选，冷却介质通道6-1为两通道或四通道，以尽可能保证模具及金属坯料冷却均匀。

优选，所述的冷却垫6与挤压模具的上模1、下模2之间采用螺栓进行连接。

本发明的所述冷却垫应用于金属及其合金的型材挤压模具内金属的降温，具体所述冷却垫应用于铝型材挤压模具或镁合金型材挤压模具或铜合金型材挤压模具内型材降温。

本发明的所述冷却垫应用于实心型材模具内型材降温。

本发明能够将冷却介质直接导入模具内工作带附近金属变形最剧烈的高温部位，直接冷却过热区域，其降温方法更高效；另外，本发明通过冷却垫(冷却垫具有双重作用，作为间隔部件和冷传导部件)对工作带附近的高温部位进行冷却，并非现有技术中直接让冷却介质流经模具本身并通过模具本身的冷传导作用对的高温区域进行降温，因此，通过冷却垫的间隔作用从而避免了现有技术中模具本身冷传导而导致的因冷却不均产生裂纹的问题。

本发明装置的优点在于：

1.直接降低过热区域温度，可减少因挤出温度过高而导致的挤压制品缺陷。

2.降低过热区的温度，从而允许操作人员提高型材挤出速度，从而提高生产效率。

3.降温方法更直接有效，可有效防止模具冷却不均匀，而不是像其他冷却方法从模具外间接冷却，容易使模具因冷却不均而产生裂纹。

4.降低过热区的温度，从而允许操作人员提高坯料棒的初始温度，从而降低金属流的流变抗力，降低挤压力，降低模具内分流桥的应力，从而大幅提高模具使用寿命。

附图说明

图1为实施例1的一种可实现模内冷却的铝型材挤压模具的轴向剖视图；

图2为实施例1的一种可实现模内冷却的铝型材挤压模具中两通道(左图)、四通道(右图)冷却垫6的俯视图；

图3为实施例1的一种可实现模内冷却的铝型材挤压模具中的冷却垫6、下模2装配体径向剖视图；

图4为实施例1的一种可实现模内冷却的铝型材挤压模具的俯视图；

图5为实施例1的一种可实现模内冷却的铝型材挤压模具的仰视图；

图6为实施例1的一种可实现模内冷却的铝型材挤压模具的透视图；

图7为实施例1的一种可实现模内冷却的铝型材挤压模具的剖视图；

图8为实施例1的一种可实现模内冷却的铝型材挤压模具中的冷却垫6与下模2装配的顶部图；

图9为实施例1的一种可实现模内冷却的铝型材挤压模具中的冷却垫6与下模2装配的底部图；

其中，上模1、下模2、分流孔3、焊合室4、工作带5、冷却垫6、型材出口7，还包括下模管道2-1、冷却介质通道6-1。

具体实施方式

本发明提供了一种可实现模内冷却的铝型材挤压模具。本发明的冷却垫可用于实心型材模具导流室底部或分流组合模焊合室底部，配合冷却垫使用的模具的结构与传统挤压工艺的模具大致相同，其挤压过程与传统挤压方法大致相同，挤压过程中通过向冷却垫输送冷却介质和调节冷却介质的通过量从而调节模具内的温度。

传统铝合金型材的挤压方法步骤包括:

1.准备：挤压坯料(一般为铸锭)、挤压设备(挤压机和挤压模具)。

2.预热：包括挤压筒、挤压模具和挤压坯料。

3.调整挤压设备各项参数，准备进行挤压加工。

实施例1

本发明提供的模内冷却的铝型材挤压模具。

传统铝型材挤压分流组合模具由上模1、下模2组成。本发明在挤压模具的焊合室4的底部增加一层冷却垫6，冷却垫6的俯视图如图2所示，当冷却垫6放置在上模1和下模2中时，模具整体的剖视图如图1-9所示。

一种可实现模内冷却的铝型材挤压模具，包括上模1、下模2、分流孔3、焊合室4、工作带5、型材出口7，上模1和下模2配合安装，所述上模1的上端面制有分流孔3，所述分流孔3的下方为焊合室4，所述焊合室4下方为工作带5，使得各股料流在所述焊合室4中汇合后进入所述工作带5并被挤压成型，所述下模2底面中部制有与所述工作带5连通的型材出口7；

还包括用于所述工作带5的冷却垫6，所述冷却垫6的中心加工有与所述工作带5形状相同的通孔，并且所述通孔的轮廓尺寸均略大于所述工作带5的轮廓尺寸，使得所述冷却垫6的通孔取得常规铝型材模具中导流室结构的效果；

所述冷却垫6与所述焊合室4底部接触端面上制有冷却介质通道6-1，所述冷却介质通道6-1沿所述冷却垫6中心的通孔外围设置且所述冷却介质通道6-1与相邻所述工作带5的距离相等，使得冷却介质通道6-1对所述工作带5均匀冷却，

同时，所述冷却介质通道6-1内置有温度传感器；

所述下模2制有与所述冷却垫6的冷却介质通道6-1连通的下模管道2-1，并使得所述冷却垫6安装于焊合室4底部接触端面时所述下模管道2-1的开口与所述冷却介质通道6-1的开口连通，形成冷却介质流经的通路，同时，挤压操作时由于模具内部巨大的压力使得所述冷却垫6与下模2之间的管道开口对接处自然密封，不会有冷却介质泄露，从而用于输送冷却介质，共同形成冷却介质流经的通路；

所述冷却垫6的材质为耐热高强钢，厚度为所述上模1和下模2配合安装后厚度的1/30-1/6，确保挤压进行时冷却垫6仍保持原有形状不被压塌、不变形。

本例中，冷却介质为水、气体(例如氮气、CO₂)、液氮中的任意一种。

本例中，冷却介质通道6-1为两通道或四通道，以尽可能保证模具及金属坯料冷却均匀。

本例中，所述的冷却垫6与挤压模具的上模1、下模2之间采用螺栓进行连接。

挤压时，金属坯料经分流孔3、焊合室4后流经冷却垫6中心通孔进入工作带5，从而挤出形成型材，从型材出口7导出型材。

使用时，按如下步骤操作：

1.冷却垫6与下模2、上模1装配为一整套模具，如图1-9所示。

2.通过预热装置对步骤1中的整套模具、铝材坯料进行预热，并预加热挤压筒。

3.向挤压机内装入整套模具及坯料。

4.通过挤压机上的挤压杆将坯料压入整套模具的各分流孔3内，再流入焊合室4，最后进入下模的工作带5，挤出形成型材。

在上述步骤中，坯料从工作带5挤出形成型材的过程中，通过冷却介质通道6-1对冷却垫6通入冷却介质，并通过冷却垫6内的温度传感器检测冷却垫6的温度，通过温度闭环控制系统调节冷却介质流速，使冷却垫6的温度保持在给定范围以内。

原理说明：

挤压过程中，金属坯料流入下模焊合室4后，经过冷却垫6。冷却垫6在通入冷却介质后，温度会低于金属坯料，流经冷却垫6的金属坯料，其温度会下降，因此可减少因挤出温度过高而导致的挤压制品缺陷，并能有效防止因模外冷却法导致的内应力不均而产生的裂纹，同时允许更高的坯料初始温度，从而降低金属流变抗力，降低挤压力，降低模具内分流桥的应力，大幅度提高模具的使用寿命。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。