CN110961538A - 一种热冲压模具冷却*** - Google Patents
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Abstract
一种热冲压模具冷却***,其包括热冲压模具,至少一根设置在所述热冲压模具内的管道,第一膨胀阀,第二膨胀阀,压缩机,以及冷凝器。所述管道吸收来自所述热冲压模具的热量并将低压低温液体转变气体。所述第二膨胀阀用于将来自所述管道的出口的高压高温气体转变为低压高温气体。所述压缩机用于将来自所述第二膨胀阀内的低压高温气体压缩成高压气体。所述冷凝器用于将来自所述压缩机的高压气体转变成高压低温液体。所述第一膨胀阀用于将来自所述冷凝器的高压低温液体转变成低压低温液体并导入所述管道的入口。本热冲压模具冷却***可以加快热冲压模具内的镶块的冷却速度,减少保压淬火时间。从而提升零件的效率,降低热冲压模具的制造成本。
Description
技术领域
本发明属于汽车零部件制造技术领域,特别是一种热冲压模具冷却***。
背景技术
热成形技术在汽车领域的应用越来越广泛,一方面热成形零件有着更强的力学性能,一方面又可以减轻车身重量。但有一些热成形零件由于板料厚,尺寸大,板料在加热炉中加热到920摄氏度左右,储存了大量的热量。板料储存的热量要通过热冲压模具保压时来冷却。
传统的模具散热***中,在保压时间内主要是通过模具与板料之间的热传导降低板料的温度,同时模具的热量又通过冷却水道内的冷却水以热对流的形式被带走,冷却水通过外部的散热器散去热量再次进入模具进行下一次冷却循环。现在热成形零件使用越来越广,有些零件的尺寸大,板料厚,导致对冷却水泵的功率要求越来越高也大大增加了模具的保压时间。这一方面降低了生产效率,增加了零件成本,并且,冷却速度太长会导致材质强度不达标。
另外,零件的生产成本受零件的生产效率影响很大,与冷冲压不同,热冲压的电炉一直在工作,耗电量很大。生产效率直接决定生产成本。那么增强冷却效率,缩短保压时间就显得尤为重要。然而现如今的热冲压成形中,所使用的都是冷却水对流换热的冷却方法,其冷却的效率随着大板料,厚板料零件的出现已经稍显乏力,要想保证生产效率,就必须增加冷却水泵的功率,这就大大增加了能量的消耗和企业成本。而且在数次冲压过后,冷却水与模具间的散热达到平衡,这时候在增加水管或者加强泵的功率收效甚微。有的企业为了提升生产效率,缩短保压时间,但模具会过热,会缩短模具使用寿命,并且可能导致零件的尺寸精度不能保证。。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种能提高冷却效果及生产效率的热冲压模具冷却***及其试验方法,以解决上述问题。
一种热冲压模具冷却***,其包括一个热冲压模具,至少一根设置在所述热冲压模具内的管道,一个设置在所述管道的入口的第一膨胀阀,一个设置在所述管道的出口的第二膨胀阀,一个与所述第二膨胀阀连接的压缩机,以及一个设置在所述压缩机与第一膨胀阀之间的冷凝器。所述管道吸收来自所述热冲压模具的热量并将低压低温液体转变气体。所述第二膨胀阀用于将来自所述管道的出口的高压高温气体转变为低压高温气体。所述压缩机用于将来自所述第二膨胀阀内的低压高温气体压缩成高压气体。所述冷凝器用于将来自所述压缩机的高压气体转变成高压低温液体。所述第一膨胀阀用于将来自所述冷凝器的高压低温液体转变成低压低温液体并导入所述管道的入口。
进一步地,所述热冲压模具冷却***还包括一个设置在所述管道的入口处的温度传感器,所述温度传感器用于感测所述热冲压模具的工作温度。
进一步地,所述热冲压模具冷却***还包括一个设置在所述管道的入口与第一膨胀阀之间的流量泵,所述流量泵根据所述工作温度将冷却介质导入所述管道的入口。
进一步地,所述热冲压模具冷却***还包括一个与所述压缩机电性连接的控制模块,所述控制模块用于控制所述压缩机的输出功率。
进一步地,所述控制模块还包括一个初始化设置单元与一个比较单元,所述初始化设置单元用于设置标准温度,在所述标准温度时,所述压缩机以最低输出功率输出。
进一步地,所述比较单元用于比较所述温度传感器所感测到的工作温度与标准温度,所述控制模块根据所述工作温度与标准温度的差值控制所述压缩机的及时输出功率。
进一步地,所述管道中的冷却介质为弗里昂。
进一步地,所述热冲压模具冷却***还包括一个设置在所述冷凝器与所述第一膨胀阀之间的储液罐。
进一步地,所述热冲压模具包括一个上模与下模,所述热冲压模具冷却***包括至少两个管道,所述上、下模分别设置有至少一根管道。
与现有技术相比,本发明提供的热冲压模具冷却***通过在直接向所述热冲压模具内的管道通入冷却介质并通过介质的蒸发吸热冷却模具,提高了制冷效率,加快了模具冷却速率。所述热冲压模具冷却***由于具有所述第一、第二膨胀阀、冷凝器,压缩机等功能模块,从而通过压缩-冷凝-膨胀-蒸发(吸热)的循环达到对模具的直接冷却,从而可以加快热冲压模具内的镶块的冷却速度,减少保压淬火时间。从而提升零件的效率,降低热冲压模具的制造成本。
附图说明
图1为本发明提供的热冲压模具冷却***的原理框图。
图2为图1的热冲压模具冷却***所具有的热冲压模具的结构示意图。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施例进行进一步详细说明。应当理解的是,此处对本发明实施例的说明并不用于限定本发明的保护范围。
如图1至图2所示,其为本发明提供的一种热冲压模具冷却***的结构示意图。所述热冲压模具冷却***包括一个热冲压模具10,至少一根设置在所述热冲压模具10内的管道20,一个设置在所述管道20的入口的第一膨胀阀30,一个设置在所述管道20的出口的第二膨胀阀40,一个与所述第二膨胀阀40连接的压缩机50,一个设置在所述压缩机50与第一膨胀阀30之间的冷凝器60,一个设置在所述管道20的入口处的温度传感器70,一个设置在所述管道20的入口与第一膨胀阀30之间的流量泵80,以及一个与所述压缩机50及温度传感器70连接的控制模块90。可以想到的是,所述热冲压模具冷却***还包括其他的一些功能模块,如组装组件,安装组件,电气连接组件等等,其为本领域技术人员所习知的技术,在此不再一一详细说明。
所述热冲压模具10是利用热冲压成形技术来成型零部件的模具。热冲压成型技术是利用金属热塑性成形的原理,能够在成形的同时实现对板料的淬火热处理,提高材料的成形性能,大大扩展了高强度超高强度钢在汽车零件的应用范围。与普通的模具相同,所述热冲压模具10具有上模11与下模12。至于所述热冲压模具10的结构组成及工作原理应为现有技术,在此不再赘述。
所述管道20具有至少一根。当所述管道20具有一根时其可以设置在所述热冲压模具10的下模中。当然也可以具有多根,其分别设置在所述热冲压模具10的上、下模中,其结构及形状可以根据实际的需要而设计。在本发明中仅为了说明其工作原理,所述管道20为一根直管并具有一个入口与出口,且该管道20可能导热材料制成,如铜或铝。
所述第一、第二膨胀阀30、40具有相同的结构及工作原理。所述第一、第二膨胀阀30、40本身为一种膨胀阀。膨胀阀是制冷***中的一个重要部件,膨胀阀使中温高压的液体制冷剂通过其节流成为低温低压的湿蒸汽,然后制冷剂在管道20中吸收热量达到制冷效果。膨胀阀由阀体、感温包、平衡管三大部分组成,但其为现有技术,在此不再赘述。所述第一膨胀阀30设置在所述压缩机50与管道20的入口之间,其用于将来自所述压缩机50的高压低温液体转变成低压低温液体并导入所述管道20的入口。所述第二膨胀阀40用于来自所述管道20的出口的高压高温气体转变为低压高温气体,以进入所述冷凝器60进行冷凝液化。
所述压缩机50是一种将低压气体提升为高压气体的从动的流体机械,是制冷***的心脏。它从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体,通过电机运转带动活塞对其进行压缩后,向排气管排出高温高压的制冷剂气体,为制冷循环提供动力,其为现有技术,在此不再赘述。所述压缩机50与所述第二膨胀阀40相连以将来自所述第二膨胀阀40的低压气体提升为高压气体。所述压缩机可以为活塞压缩机,螺杆压缩机,离心压缩机,直线压缩机等,其可以根据实际需要进行选择。
所述冷凝器60为制冷***的机件,属于换热器的一种,用于把气体或蒸气转变成液体,将管子中的热量,以很快的方式,传到管子附近的空气中,达到将气体或蒸气液化的目的,但其本身的结构及工作原理为现有技术,在此不再赘述。在本发明中,所述冷凝器60与所述压缩机50连接,用于将来自所述压缩机50的高压气体转变成高压低温液体。
所述温度传感器70设置在所述管道20的入口处,用于感测所述热冲压模具10的工作温度。所述温度传感器70本身结构组成与工作原理为现有技术,在此不再赘述,其所感测到的热冲压模具10的工作温度作为所述压缩机50的输出功率的根据,其会下面进行详细说明。
所述控制模块90可以为一个单片机或PLC等具有计算控制功能的电子元器件。所述控制模块90用于控制所述压缩机50的输出功率并包括一个初始化设置单元91与一个比较单元92。可以想到的是,所述控制模块90的功能模块可以由了解本发明技术方案的程序员使用现有的编程语言,如VC,VB等语言来编写来完成。所述初始化设置单元91用于初始化设置所述压缩机50的初始工作温度,即所述压缩机50的最低输出功率。换句话说,所述压缩机50在以最低输出功率工作时,所述温度传感器70所感测到的温度应当为所述初始工作温度。所述比较单元90用于比较所述温度传感器70所感测到的工作温度与标准温度。当所述温度传感器70所感测的温度大于所述初始工作温度时,所述控制模块90根据所述工作温度与标准温度的差值控制所述压缩机50的及时输出功率。
所述流量泵80根据所述温度传感器70所感测到的工作温度将冷却介质导入所述管道20的入口。可以想到的是,所述流量泵80也可以由所述控制模块90来控制。当然可以理解的是,所述流量泵80可以自带控制器,然后根据所述温度传感器70所感测到的工作温度来控制所述流量泵80的输出功率。
所述热冲压模具冷却***还包括一个设置在所述冷凝器60与所述第一膨胀阀30之间的储液罐13。所述储液罐13在制冷***中的主要作用是储存制冷剂,所述制冷剂即冷却介质,其可以为弗里昂。所述弗里昂的用量可以通过下述的计算方法得到。
通常板料在进入所述热冲压模具10中进行冲压时温度大致为750℃左右,冲压结束时需要冷却至200℃之下,取其冷却室时的温度为150℃,板料一般重量为3.7kg左右,其材质为高强度钢,比热容为0.46×103J/cm3,根据热量公式:
Q=CM(t1-t2) (1)
C为物质的比热容;
M为物质的质量;
t1为物质的初始温度;
t2为结束时温度;
可以计算出板料在冲压过程中产生的热量为1.02×103kJ。假设其中90%的热量被冷却介质吸收。
根据里德尔蒸发热公式:
ΔH=1.093RT(lnPC-1)/(0.93-Tb/Tc) (2)
R为摩尔气体常数;
Tb和Tc分别为正常沸点和临界温度;
T为被测定温度;
Pc为临界压力;
当选取二氟一氯甲烷(CHCIF2,氟利昂的一种)作为冷却介质时,可以计算得其蒸发潜热为233kJ/kg,除板料产热Q,可以得到大约只需4Kg的氟利昂就可以达到预期的冷却效果,从而也可推断出该热冲压模具冷却***具有极大的经济性与效率性。
与现有技术相比,本发明提供的热冲压模具冷却***通过在直接向所述热冲压模具10内的管道20通入冷却介质并通过介质的蒸发吸热冷却模具,提高了制冷效率,加快了模具冷却速率。所述热冲压模具冷却***由于具有所述第一、第二膨胀阀30、40、冷凝器60,压缩机50等功能模块,从而通过压缩-冷凝-膨胀-蒸发(吸热)的循环达到对模具的直接冷却,从而可以加快热冲压模具内的镶块的冷却速度,减少保压淬火时间。从而提升零件的效率,降低热冲压模具的制造成本。
以上仅为本发明的较佳实施例,并不用于局限本发明的保护范围,任何在本发明精神内的修改、等同替换或改进等,都涵盖在本发明的权利要求范围内。
Claims (9)
1.一种热冲压模具冷却***,其特征在于:所述热冲压模具冷却***包括一个热冲压模具,至少一根设置在所述热冲压模具内的管道,一个设置在所述管道的入口的第一膨胀阀,一个设置在所述管道的出口的第二膨胀阀,一个与所述第二膨胀阀连接的压缩机,以及一个设置在所述压缩机与第一膨胀阀之间的冷凝器,所述管道吸收来自所述热冲压模具的热量并将低压低温液体转变气体,所述第二膨胀阀用于将来自所述管道的出口的高压高温气体转变为低压高温气体,所述压缩机用于将来自所述第二膨胀阀内的低压高温气体压缩成高压气体,所述冷凝器用于将来自所述压缩机的高压气体转变成高压低温液体,所述第一膨胀阀用于将来自所述冷凝器的高压低温液体转变成低压低温液体并导入所述管道的入口。
2.如权利要求1所述的热冲压模具冷却***,其特征在于:所述热冲压模具冷却***还包括一个设置在所述管道的入口处的温度传感器,所述温度传感器用于感测所述热冲压模具的工作温度。
3.如权利要求2所述的热冲压模具冷却***,其特征在于:所述热冲压模具冷却***还包括一个设置在所述管道的入口与第一膨胀阀之间的流量泵,所述流量泵根据所述工作温度将冷却介质导入所述管道的入口。
4.如权利要求2所述的热冲压模具冷却***,其特征在于:所述热冲压模具冷却***还包括一个与所述压缩机电性连接的控制模块,所述控制模块用于控制所述压缩机的输出功率。
5.如权利要求4所述的热冲压模具冷却***,其特征在于:所述控制模块还包括一个初始化设置单元与一个比较单元,所述初始化设置单元用于设置标准温度,在所述标准温度时,所述压缩机以最低输出功率输出。
6.如权利要求5所述的热冲压模具冷却***,其特征在于:所述比较单元用于比较所述温度传感器所感测到的工作温度与标准温度,所述控制模块根据所述工作温度与标准温度的差值控制所述压缩机的及时输出功率。
7.如权利要求1所述的热冲压模具冷却***,其特征在于:所述管道中的冷却介质为弗里昂。
8.如权利要求1所述的热冲压模具冷却***,其特征在于:所述热冲压模具冷却***还包括一个设置在所述冷凝器与所述第一膨胀阀之间的储液罐。
9.如权利要求1所述的热冲压模具冷却***,其特征在于:所述热冲压模具包括一个上模与下模,所述热冲压模具冷却***包括至少两个管道,所述上、下模分别设置有至少一根管道。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200407 |
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