一种热成形模具冷却系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种热成形模具冷却系统，包括上模具和下模具，还包括输送管、流量控制阀、液氮存储器、冷凝器、压缩机、回收腔和开关阀，所述的上模具内设有冷却通道；所述的下模具内设有冷却通道；流量控制阀设置在输送管上；所述的上模具通道出口和下模具通道出口并联后都通过管道与回收腔连接；所述的回收腔依次与压缩机、冷凝器和液氮存储器相连；所述的开关阀设置在上模具通道出口和下模具通道出口并联后与回收腔连接的管道上。本实用新型能使模具的冷却能力大大提高，冷却效果优异，解决了模具加工困难等常见热成形模具冷却的问题，另外所使用的氮能循环利用，且氮无腐蚀性，对模具材料有很好的保护作用。
【专利说明】一种热成形模具冷却系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于热冲压模具冷却领域，具体地说，涉及一种热成形模具冷却系统。
【背景技术】
[0002]如今能源和环境问题已经成为社会主要问题之一，为了减少对能源的消耗和减少汽车废气的排放，在保证安全性能的基础上，对汽车实施轻量化已经成为汽车制造商的战略目标之一。除了优化车身设计和先进加工技术外，合理的选用轻量化材料也是重要方法，而超高强度钢的使用是当今汽车轻量化的最主要途径之一。但是对于超高强度钢板的生产，由于钢板的高刚度、超高强度、需要高的成形力，以及易产生裂纹等问题，传统的冷冲压工艺已经不能满足超高强度部件的制造要求。就要考虑热成形工艺的问题。
[0003]钢板热成形技术是一种将特殊的高强度钢板加热到奥氏体温度范围，快速移动到模具，快速冲压，在压机保压状态下通过模具对零件进行淬火冷却，最后获得超高强度冲压件的新型成形工艺，所得组织为马氏体，强度在1500MPa左右甚至更高。热成形技术是一项将传统热锻造技术、冷冲压技术和材料的淬火相结合的最新制造工艺，专门用于成形高强度冲压件，目前热成形技术已经成为世界上众多汽车生产厂商关注的热点，是未来生产加工汽车零部件的发展趋势之一。
[0004]热成形的关键技术之一就是在完成冲压成形后，在模具内保压淬火，得到马氏体组织，这就要求模具内的冷却速度大于钢板的临界冷却速度。现在主要的解决办法是在模具内设立冷却通道，在保压过程中往通道内通水，通过流动的水流经模具带走热量，从而加快模具和冲压件的冷却速度，如中国专利号200910066588.X，公开了一份名称为一种热冲压成形模具的专利文件，该模具包括凸、凹模、上、下配流板等主要部分。所述发明结合模具工作表面的形状在其内部设置一系列的冷却凹槽，在配流板上设置相应的凸起，凸模与配流板组合在一起形成空腔作为冷却管道，配流板与凸模凹槽两端形成空腔，分别与进水口和出水口相连，水从进水口流入，由端部的空腔同时配给各个冷却管道，通过冷却水与模具之间的热交换达到冷却的目的。控制冷却管道与模具表面之间的距离，使冷却更加均匀，确保零件各部分组织均匀，提高零件的质量。而且能够解决表面形状复杂模具冷却困难的问题，对冷却管道的防锈处理，降低对模具材料的要求。但是其冷却能力依然很低，尤其是内部的水流通道存在加工困难以及缺乏系统方案的问题。再如中国专利号:200710039605.1，公开了一份名称为:超高强度钢板热冲压成型模具的专利文件，该模具包括上模座和固定在上模座上的凸模、下模座和固定在下模座上的凹模，凹模中设有冷却水通道，冷却水通道与一个冷却水循环系统相连接。特别是凹模由一个槽状的凹模座和一个型腔体构成，凹模座上设有进水口和出水口，型腔体座落在凹模座的凹槽内，型腔体与凹模座之间设有空隙，所述空隙与进水口、出水口相连通。不但提高了冷却的速度，也保证了冷却的均匀性。该发明利用模具自带的水冷系统对模具和其中的冲压件进行快速冷却，达到淬火的效果。由于这个过程是在模具的保压过程中完成的，因此工件的变形很小，可以很好地保证冲压件的尺寸精度。但是其只能用水作为介质，冷却能力差，并不是将冲压件直接淬入水中，而是通过水流经模具，再通过模具的冷却带走热量而使冲压件完成淬火的，因此冲压件的实际冷却速度并不是很快，冷却效果也不是很好。为此通常要在模具里设立多个冷却水通道，这样既增加了模具的加工费用，也降低了模具的强度，减少了模具的使用寿命，而且对于提高模具的冷却能力仍然有限，模具的冷却能力实际上很大程度的限制住了热成形工艺的发展。
【发明内容】
[0005]1、要解决的问题
[0006]针对现有缺少对超高强度钢板的生产用冷却模具，而现有的热成形模具冷却能力不足的问题，本实用新型提供一种热成形模具冷却系统，其不但冷却能力大大增强，适合对超高强度钢板的冷却，同时冷却的成本低，加工方便。
[0007]2、技术方案
[0008]为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。
[0009]一种热成形模具冷却系统，包括上模具和下模具，还包括输送管、流量控制阀、液氮存储器、冷凝器、压缩机、回收腔和开关阀，所述的上模具内设有冷却通道；所述的冷却通道的两端各设有一个通道口，一个为上模具通道进口，一个是上模具通道出口 ；所述的下模具内设有冷却通道；所述的冷却通道的两端也各设有一个通道口，一个为下模具通道进口，一个是下模具通道出口 ；所述的输送管的一端同时连接到上模具通道进口和下模具通道进口，输送管的另一端连接到液氮存储器；所述的流量控制阀设置在输送管上；所述的上模具通道出口和下模具通道出口并联后都通过管道与回收腔连接；所述的回收腔依次与压缩机、冷凝器和液氮存储器相连；所述的开关阀设置在上模具通道出口和下模具通道出口并联后与回收腔连接的管道上。
[0010]优选地，所述的上模具为凸模；所述的下模具为凹模。
[0011 ] 优选地，所述的开关阀上还设有外源氮气入口。
[0012]优选地，所述的上模具内的冷却通道为“S”型；下模具内的冷却通道也为“S”型。
[0013]3、有益效果
[0014]相比于现有技术，本实用新型的有益效果为:
[0015](I)本实用新型包括输送管、流量控制阀、液氮存储器、冷凝器、压缩机、回收腔和开关阀，上模具内设有冷却通道，冷却通道的两端各设有一个通道口，一个为上模具通道进口，一个是上模具通道出口，下模具内设有冷却通道，冷却通道的两端也各设有一个通道口，一个为下模具通道进口，一个是下模具通道出口，方便冷却气体进出，输送管的一端同时连接到上模具通道进口和下模具通道进口，同时连接这两个通道进口，能使得上模具和下模具冷却均匀，避免工件变形，流量控制阀设置在输送管上，便于控制流量，随时调节，可以根据部件实际所需的冷却速度，有效的调节流经模具内液氮的量，从而达到控制模具冷却速度的目的；上模具通道出口和下模具通道出口并联后都通过管道与回收腔连接；节省管道，方便气体回收；回收腔依次与压缩机、冷凝器和液氮存储器相连；开关阀设置在上模具通道出口和下模具通道出口并联后与回收腔连接的管道上；
[0016](2)本实用新型上模具为凸模，下模具为凹模，适合对工件的冲压作业；
[0017](3)本实用新型开关阀上还设有外源氮气入口，便于补充氮气，同时在此处补充，对整个的冷却没有干扰；
[0018](5)本实用新型上模具内的冷却通道为“S”型；下模具内的冷却通道也为“S”型。冷却更充分，效果更好。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的上模具和下模具的组合结构示意图；
[0020]图2为本实用新型的结构示意图。
[0021]图中:1、上模具；2、下模具；3、通道口 ；4、冷却通道；5、输送管；6、流量控制阀；7、液氮存储器；8、冷凝器；9、压缩机；10、回收腔；11、开关阀。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图对本实用新型进行详细描述。
[0023]实施例1
[0024]一种热成形模具冷却系统，包括上模具I和下模具2，上模具I为凸模；所述的下模具2为凹模。其还包括输送管5、流量控制阀6、液氮存储器7、冷凝器8、压缩机9、回收腔10和开关阀11，上模具I内设有冷却通道4 ;冷却通道4的两端各设有一个通道口 3，一个为上模具通道进口，一个是上模具通道出口 ；下模具2内设有冷却通道4 ;冷却通道4的两端也各设有一个通道口 3，一个为下模具通道进口，一个是下模具通道出口 ；上模具I内的冷却通道4为“S”型；下模具2内的冷却通道4也为“S”型。输送管5的一端同时连接到上模具通道进口和下模具通道进口，输送管5的另一端连接到液氮存储器7 ;流量控制阀6设置在输送管5上；上模具通道出口和下模具通道出口并联后都通过管道与回收腔10连接；回收腔10依次与压缩机9、冷凝器8和液氮存储器7相连；开关阀11设置在上模具通道出口和下模具通道出口并联后与回收腔10连接的管道上。开关阀11上还设有外源氮气入口。
[0025]液氮的温度能达到了一 196°C，这样的氮气通入模具的冷却通道后，液氮和上模具I和下模具2的温差更大，对流换热系数更高，这样流经的液氮就能吸收更多的热量，模具的冷却能力大大提高，能够充分保证热成形部件淬火成马氏组织。同时在使用液氮作为冷却介质后，由于其冷却能力要比水强的多，因此可以减少模具内的冷却通道的数量，从而保证模具的强度，提高模具的使用寿命，同时也减少了模具的加工成本。本实用新型工作时所使用的液氮能够循环反复利用，并且氮无腐蚀性，能很好的保护模具内的冷却通道不发生锈蚀。
[0026]具体使用方法为:
[0027]a、使用前先通过开关阀11输入一定的氮气到回收腔10中，作为循环使用的氮源。打开压缩机9将回收腔10里的氮气吸进压缩机内压缩到冷凝压力，所得到的压缩气体输送到冷凝器8内，冷凝器8将高压氮气冷却并冷凝成液体，冷凝后形成的液氮输送到液氮存储器7;
[0028]b、将加热完全奥氏体化的钢板，放到下模具2上，启动冲压机使上模具I完成热成形过程，然后保压；
[0029]C、保压开始后，立即打开流量控制阀6，并将流量调到最大，流动的液氮经过输送管5分流经上模具I和下模具2中的冷却通道4 ;由于液氮温度低，模具热冲压后温度高，二者之间温差大，通过对流换热，液氮吸收了大量的热量，部分液氮发生汽化，这个过程大大加速了模具的冷却速度。
[0030]d、部分发生汽化的氮气和剩下的液氮通过输送管5经过开关阀11回流到回收腔10内，回收腔10内的氮，又被压缩机9吸到要压缩机9内压缩到冷凝压力，如此循环反复不断的完成了热成形的加速冷却过程。
[0031]实施例2
[0032]同实施例1，所不同之处在于:流量控制阀6通过两根输送管5分别连接到上模具通道进口和下模具通道进口。效果方面，实施例1中由于此冷却系统只有一根输送管5有液氮流过，流量也大大减小，就导致模具的冷却能力大大减弱，就有可能低于钢的临界冷却速度，从而使热成形后的部件除了马氏体外，还能得到部分贝氏体或者铁素体组织，这样所得到的热成形部件虽然强度有所降低，但是塑性得到很大改善，从而可以得到综合性能更加优异的热成形部件。而实施例2中因为通过两根输送管5分别连接到上模具通道进口和下模具通道进口，这样能够保证模具的冷却速度最大，同时能够使热成形后的部件在保压过程中完全淬成马氏体，所得到的部件的强度达到最高。
[0033]本发明的整体结构设计能方便冷却气体进出，使得上模具和下模具冷却均匀，避免工件变形，节省管道，方便气体回收；尤其适合对超高强度钢板的冲压作业；如果工作时发现氮气不足，则能随时补充氮气，同时补充氮气时对整个的冷却没有干扰；冷却更充分，效果更好。
【权利要求】
1.一种热成形模具冷却系统，包括上模具(I)和下模具(2)，其特征在于:还包括输送管(5)、流量控制阀￠)、液氮存储器(7)、冷凝器(8)、压缩机(9)、回收腔(10)和开关阀(11)，所述的上模具(I)内设有冷却通道(4);所述的冷却通道(4)的两端各设有一个通道口(3)，一个为上模具通道进口，一个是上模具通道出口 ；所述的下模具(2)内设有冷却通道(4);所述的冷却通道(4)的两端也各设有一个通道口(3)，一个为下模具通道进口，一个是下模具通道出口 ；所述的输送管(5)的一端同时连接到上模具通道进口和下模具通道进口，输送管(5)的另一端连接到液氮存储器(7);所述的流量控制阀(6)设置在输送管(5)上；所述的上模具通道出口和下模具通道出口并联后都通过管道与回收腔(10)连接；所述的回收腔(10)依次与压缩机(9)、冷凝器(8)和液氮存储器(7)相连；所述的开关阀(11)设置在上模具通道出口和下模具通道出口并联后与回收腔(10)连接的管道上。
2.根据权利要求书I所述的一种热成形模具冷却系统，其特征在于:所述的上模具(I)为凸模；所述的下模具(2)为凹模。
3.根据权利要求书I所述的一种热成形模具冷却系统，其特征在于:所述的开关阀(11)上还设有外源氮气入口。
4.根据权利要求书1-3中任意一项所述的一种热成形模具冷却系统，其特征在于:所述的上模具⑴内的冷却通道⑷为“S”型；下模具⑵内的冷却通道⑷也为“S”型。
【文档编号】B21D37/10GK204052646SQ201420512054
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】周红兵, 朱国辉, 陶盈龙 申请人:周红兵