挤压材料的冷却方法及其冷却装置 【技术领域】
本发明涉及对铝、铝合金等的金属素材进行加热，冷却热挤压成形的挤压材料的方法及其冷却装置。
背景技术
通过挤压机热挤压成形的挤压材料因为是高温，所以有必要进行冷却。
例如，如实开昭60-34319号公报的图1所示，在沿连续设置在挤压机的挤压侧的出料辊道上设置冷却风扇，沿与此出料辊道连续的冷却辊道设置冷却风扇，在一边挤压成形挤压材料、一边强制风冷的同时，通过冷却辊道一边运送一边强制风冷。
如前所述，通过利用冷却风扇吹空气进行强制风冷，因为挤压材料可以缓慢冷却，所以不会产生变形或弯曲。
另外，因为冷却介质是空气，所以不需要其冷却介质的后续处理。即，若冷却介质是水、水+空气(喷雾)，则回收吹到挤压材料后的水等的后续处理很麻烦。
特别是，在出料辊道很长，例如在50m以上，冷却辊道的全宽与出料辊道的长度相同。因此，在设置出料辊道和冷却辊道的大面积的地面上设置回收水的设备非常昂贵。
如前所述，在冷却挤压材料时，若在其挤压材料的外周面上产生冷却的不平衡，则会在挤压材料上产生弯曲。
为此，通过冷却风扇，将空气均一地吹到挤压材料的外周面，从而使外周面上不产生冷却不平衡。
但是，根据挤压材料的截面形状，存在外周面的一部分比其他的部分难以冷却的情况。
例如，在图10(A)、(B)、(C)中，表示地是以铝或铝合金作为素材，热挤压成形的作为窗框用形材的挤压材料。
图10(A)所示的挤压材料1X，由第一板状部2和第二板状部3及连接部4构成截面略为コ字形状，因为该第一板状部2的壁厚比第二板状部3、连接部4的壁厚要厚，所以该第一板状部2比第二板状部3、连接部4难以冷却。
图10(B)所示的挤压材料1Y，因为是具有中空部5和板状部6的截面形状，所以该中空部5比板状部6难以冷却。
图10(C)所示的挤压材料1Z，是由中空部7和板状部8及连接部9构成的截面略T字形状，其中空部7比板状部8、连接部9难以冷却。
为此，即使将空气均一地吹到挤压材料的外周面，也会对外周面产生冷却不平衡，在挤压材料上产生弯曲。
【发明内容】
本发明就是为解决上述课题，主要是通过持续强制风冷，以提供外周面的一部分即使是比其他部分难以冷却的截面形状的挤压材料，也可以不产生弯曲地进行冷却的挤压材料的冷却方法及其冷却装置为目的。
有关本发明的挤压材料的冷却方法，其特征在于，通过挤压机热挤压成形的挤压材料，在外周面的一部分为比其他部分难以冷却的截面形状的情况下，仅对该挤压材料的难以冷却的部分进行预冷却，之后对挤压材料强制风冷，上述挤压材料在为可以大致均一地冷却外周面的截面形状的情况下，不对该挤压材料进行上述的预冷却，而进行强制风冷。
根据本发明，外周面的一部分为比其他部分难以冷却的截面形状的挤压材料，由于是在强制冷却以前仅对该难以冷却的部分进行预冷却，使其温度降低，之后进行强制风冷，所以在外周面上不会产生冷却不平衡。
相对于此，可以大致均一地冷却外周面的截面形状的挤压材料，在挤压后直接进行强制风冷。
因此，可以使外周面的一部分为比其他部分难以冷却的截面形状的挤压材料，不会由于强制风冷而产生弯曲地进行冷却。
另外，因为主要是对挤压材料进行强制性风冷，所以没有必要在挤压机之后的挤压材料运送通路上，例如在设置有出料辊道、冷却辊道的大面积的地面上，设置冷却介质的后续处理设备。
有关本发明的挤压材料的冷却装置，其特征在于，具备：设置在挤压机的挤压侧的主冷却部和设置在此主冷却部和挤压机之间的预冷却部，上述主冷却部是将空气吹向挤压材料进行强制风冷的形状，上述预冷却部具有冷却挤压材料的上面的上冷却部、冷却挤压材料的下面的下冷却部、冷却挤压材料的一方的侧面的第一侧部冷却部、以及冷却挤压材料的另一方的侧面的第二侧部冷却部，根据挤压材料的截面形状，有选择地使上述各冷却部的任意一个或者多个进行冷却动作。
根据本发明，可以通过预冷却部的任意冷却部，有选择地预先冷却挤压材料的上面、下面、一方的侧面、另一方的侧面的任意一个或者多个。
因此，对外周面的一部分比其他部分为难以冷却的截面形状的挤压材料，可以仅预冷却其难以冷却的部分。
可以通过主冷却部对预冷却后的挤压材料和没有经过预冷却的挤压材料进行强制风冷，从而进行冷却。
在上述冷却装置中，预冷却部的各冷却部是通过将冷却介质向挤压材料的外周面喷射进行冷却的形状，上冷却部和下冷却部，最好可以使喷出冷却介质的位置向挤压材料的挤压方向和直角方向变更，第一侧部冷却部和第二侧部冷却部，最好可以使喷出冷却介质的位置在上下方向变更。
根据上述的构成，通过上冷却部、下冷却部，将冷却介质吹到挤压材料的上面、下面时，以及通过第一侧部冷却部、第二侧部冷却部，将冷却介质吹到挤压材料一方的侧面、另一方的侧面时，根据该挤压材料的外周面的一部分为比其他部分难以冷却的截面形状的部分或尺寸等，可以将吹冷却介质的位置在挤压方向和直角方向以及上下方向进行变更。
因此，即使是在挤压材料的外周面的一部分比其他部分为难以冷却的截面形状的位置、乃至尺寸，例如挤压方向和直角方向的尺寸、高度的尺寸不同的情况下，也可以将冷却介质高效地吹到其上面、下面、一方的侧面、另一方的侧面，高效率地进行预冷却。
在上述冷却装置中，上冷却部和第一侧部冷却部及第二侧部冷却部，最好沿挤压材料的挤压方向被分为多个，且分别单独地在冷却位置和保存位置移动。
根据上述的构成，通过将上冷却部、第一侧部冷却部、第二侧部冷却部移动到保存位置，在通过挤压机挤压成形开始时，可以不与拔具相干扰。
另外，因为在挤压开始后，可以在每个拔具通过的冷却部上依次移动到冷却位置，进行预冷却，所以可以尽早预冷却挤压材料。
【附图说明】
图1是概略表示挤压设备的一部分的立体图。
图2是预冷却部的侧视图。
图3是预冷却部的俯视图。
图4是下冷却部的俯视图。
图5是第二侧部冷却部的正视图。
图6是预冷却部的控制回路图。
图7是挤压材料的预冷却动作的说明图。
图8是挤压材料的预冷却动作的说明图。
图9是挤压材料的预冷却动作的说明图。
图10是外周面的一部分为比其他部分难以冷却的截面形状的挤压材料的剖视图。
【具体实施方式】
图1是概略表示挤压成形金属素材的挤压设备的一部分的立体图。挤压设备具有挤压机10和后面处理设备11。
此后面处理设备11具有：设置在挤压机10的挤压侧的压板前切割机12、依次连续设置在挤压侧的初始辊道13、出料辊道14、沿此出料辊道5往复移动的拔具15、以及与上述出料辊道14相邻接的在挤压方向和直角方向依次连续设置的冷却辊道16、和没有图示的拉伸辊道、运送辊道、锯床辊道、及在拉伸辊道的两侧设置的拉伸器、还有在锯床辊道的输出侧设置的切割机等。
在图1中，为了容易理解整体的排列，将上述初始辊道13、出料辊道14、冷却辊道16，图示为矩形长尺寸形状，实际上，初始辊道13、出料辊道14是在框架上安装有多个滚柱的部件。
冷却辊道16由多个皮带传送器16a构成。而且，可以将挤压到出料辊道14上的挤压材料移载至各皮带传送器16a上。
在上述出料辊道14的下方和上方的出料辊道14的长度方向，隔开间隔的位置上，分别设置冷却风扇17。
在上述冷却辊道16的下方和上方的冷却辊道16的运送方向，隔开间隔的位置上，分别设置冷却风扇17。
通过上述各冷却风扇17构成强制风在冷出料辊道14、冷却辊道16上的挤压材料的主冷却部。
在可以冷却上述初始辊道13上的挤压材料、即通过挤压机10挤压出的挤压之后的挤压材料的位置上设置预冷却部18。此预冷却部18具备有上冷却部18a、下冷却部18b、第一侧部冷却部18c、第二侧部冷却部18d。
该预冷却部18仅预冷却在挤压材料的外周面上的比其他部分难以冷却的部分，在通过上述主冷却部强制风冷挤压材料全体时，不使外周面上产生冷却的不平衡。
即，预冷却部18在强制风冷之前，预先冷却在挤压材料的外周面的难以冷却的部分，使该部分的温度低于其他部分的温度。
例如，在挤压材料的上面比其他的面难以冷却的情况下，通过上冷却部18a冷却上面的难以冷却的部分。
在挤压材料的下面比其他的面难以冷却的情况下，通过下冷却部18b冷却下面的难以冷却的部分。
在挤压材料的一方的侧面比其他的面难以冷却的情况下，通过第一侧部冷却部18c，冷却一方的侧面的难以冷却的部分。
在挤压材料的另一方的侧面比其他的面难以冷却的情况下，通过第二侧部冷却部18d，冷却另一方的侧面的难以冷却的部分。
在挤压材料的上面和下面、上面和一方的侧面、上面和下面和另一方的侧面比其他的面难以冷却的情况下，仅对这些面进行冷却。
上述的挤压设备进行如下的动作。
通过挤压机10热挤压加热的铝。
从挤压机10挤压出的挤压材料一边被拔具15拉出，一边施以一定的张力牵引，经过初始辊道13，挤压到出料辊道14上。在初始辊道13上移动的挤压材料为外周面的一部分比其他部分难以冷却的截面形状的情况下，仅对其外周面中的难以冷却的部分，如前所述通过预冷却部18进行预冷却。挤压材料为外周面可以大致均一地冷却的截面形状的情况下，预冷却部18不工作，不进行预冷却。
若挤压出规定长度，则停止挤压，通过压板前切割机12，切割挤压材料。
被切断的挤压材料通过拔具15或者出料辊道14的驱动进行移动，对头侧端部定位。
将出料辊道14上的挤压材料移动到冷却辊道16，驱动该冷却辊道16，将挤压材料向挤压方向(箭头a方向)和直角方向(箭头b方向)运送。
在上述动作时，驱动各冷却风扇17，将空气吹到出料辊道14上的挤压材料、冷却辊道16上的挤压材料上进行风冷。此时，在挤压材料的外周面上大致均一地、最好是均一地吹空气。
此时，因为在挤压材料的外周面的难以冷却的部分被预先冷却，所以在外周面上不会产生冷却不平衡。
因此，挤压材料不会发生由于强制风冷而产生的弯曲。
冷却后的挤压材料运送到拉伸辊道，通过拉伸器向长度方向拉伸，矫正弯曲。
其后，通过运送辊道，将挤压材料运送到锯床辊道，由切割机切割为规定长度。
下面，根据图2～图5，说明上述预冷却部18的具体形状。
如图2所示，上冷却部18a是将多个上喷嘴20，例如第一·第二·第3的上喷嘴20可自由移动地设置在与初始辊道13(多个滚柱13a)相对的冷却位置、和与初始辊道13离开间隔与拔具15不干扰的保存位置上。
上述多个上喷嘴20在与挤压方向呈直角的方向隔开间隔向下安装的同时，也在挤压方向隔开间隔安装。
通过此上喷嘴20，将冷却介质吹到挤压材料1的上面1a。
根据图2和图3，说明上述上喷嘴20的安装的具体形状的一例。
在与基底21上的与初始辊道13邻接的位置上，多个基台22，例如3个基台22在挤压方向隔开一定的间隔被设置。
在此各基台22上，向挤压方向平行地安装第一轴23和第二轴24。
第一轴23和第二轴24可自由旋转，第一臂25的一端部与第二臂26的一端部分别固定。第一臂25的另一端部和第二臂26的另一端部，通过第3轴28、第4轴29可自由旋转地分别连接在移动杆27上，形成平行的4节连杆30。
在上述各移动杆27上固定横向部件31。此各横向部件31在挤压方向为长尺寸，在此横向部件31上，在挤压方向、直角方向隔开间隔分别安装多个管32，例如第一·第二·第3的管32，在此各管32上，上喷嘴20在挤压方向隔开间隔，向下安装。
上述各第一轴23由电动马达33分别驱动。
即，上冷却部18a在挤压方向被分为多个，分别单独地在冷却位置和保存位置移动。
因为是这样，通过电动马达33使第一轴23正转，横向部件31移动到如图2的实线所示的初始辊道13的上方位置，上喷嘴20移动到上述的冷却位置。
通过马达33使第二轴23反转，横向部件31移动到如图2的假想线所示的与初始辊道13隔开距离的位置，上喷嘴20移动到上述保存位置。
另外，在挤压方向隔开间隔设置3个横向部件31，可以将各横向部件31分别单独地移动到初始辊道13的上方位置和与初始辊道13隔开距离的位置，可以将在各横向部件31上安装的上喷嘴20分别单独地移动到冷却位置和保存位置。
因此，在挤压开始时，将各横向部件31移动到与初始辊道13隔开距离的位置，使之不与拔具15干扰。
开始挤压，拔具15向挤压方向移动，每通过横向部件31时，该横向部件31依次移动到初始辊道13的上方位置，上喷嘴20位于冷却位置，可以预冷却挤压材料的上面。
因此，与横向部件31为一体的情况相比较，可以提前冷却挤压材料的开始时期。
上述下冷却部18b如图2所示，下喷嘴40在初始辊道13的下方，在挤压方向和直角方向(箭头c方向)上自由移动，该下喷嘴40朝上，将冷却介质吹到初始辊道13上的挤压材料1的下面1b。
具体的说，如图2和图4所示，在基底21上，在挤压方向隔开间隔设置的多个架台41上，杆式移动体42的杆42a面向挤压方向和直角方向固定，横跨该各软管42b，朝挤压方向安装长尺寸的移动体43，在此移动体43上安装管44，在此管44上，将下喷嘴40在挤压方向隔开间隔向上安装。
上述下喷嘴40位于初始辊道13的邻接的滚柱13a之间，从其邻接的滚柱13a之间，将冷却介质吹到挤压材料1的下面1b。
上述杆式移动体42是电动式。例如，通过设置在软管42b上的电动马达旋转小齿轮，将该小齿轮与设置在杆42a上的齿条啮合，通过以电动马达旋转小齿轮，相对于杆42a，软管42b滑动。
另外，也可以将上述移动体43分割为多个，将下冷却部18b在挤压方向分割为多个。
上述第一侧部冷却部18c和第二侧部冷却部18d是同一形状，横向的侧部喷嘴50跨过与拔具15不干扰的保存位置、和与挤压材料1的一方的侧面1c、另一方的侧面1d面对的冷却位置进行移动(升降)的同时，在其冷却位置的上下方向(图2中箭头d方向)移动。
具体的说，如图2、图3、图5所示，在初始辊道13的两侧位置，长尺寸的可动体51在挤压方向隔开间隔配设多个，例如3个。
此各可动体51具有多个滑动杆52，此各滑动杆52在上下方向可自由滑动地嵌插在设置于基底21上的纵导向53上。据此，各可动体51可自由升降。
在上述各可动体51上，管54向挤压方向被安装。在此管54上，多个侧部喷嘴50在挤压材料的长度方向，隔开间隔横向安装。
在上述各可动体51上，齿条55纵向固定。通过电动马达57旋转驱动与此齿条55啮合的小齿轮56。
因此，若通过电动马达57旋转驱动小齿轮56，则通过齿条55，可动体51上下运动，侧部喷嘴50在冷却位置与保存位置移动的同时，在冷却位置的上下方向移动，可以调整侧部喷嘴50的高度。
另外，因为将多个可动体51在挤压方向隔开间隔可自由升降地分别安装，所以与上述相同，在挤压开始时，拔具15每通过可动体51时，其可动体51可以依次移动到冷却位置，可以提前开始冷却挤压材料的下面的时期。
即，第一侧部冷却部18c和第二侧部冷却部18d在挤压方向分割为多个，分别单独地移动到冷却位置和保存位置。
下面，根据图6说明预冷却部18的动作控制回路。
若冷却介质供给源，例如冷却水泵60的出口路61通过电磁开关阀62被开放，则冷却介质经过各管32、44、54，分别被压送到3个上喷嘴20、下喷嘴40、侧部喷嘴50。
上述各电磁开关阀62由弹簧力保持在关闭位置，通过对电磁螺线圈63通电，使之位于打开位置。
仅从与位于打开位置的电磁开关阀62连接的喷嘴喷出冷却介质。
上述各电磁螺线圈63由控制器64控制通电。
此控制器64驱动控制电动马达33、杆式移动体42的电动马达42c、电动马达57。
在上述控制器64中，将对应挤压材料的截面形状、例如基于挤压材料的型号或者图号的截面形状，将喷出冷却介质的喷嘴及其喷嘴的位置作为冷却设定情报加以记忆。
工作人员在进行挤压作业时，判断在挤压材料的外周面的一部分是否存在难以冷却的部分，在判断为有的情况下，根据其截面形状，将喷出冷却介质的喷嘴及喷嘴的位置，从工作人员预先输入到控制器64的冷却设定情报中选择，与此相对应的电磁开关阀62的电磁螺线圈63通电的同时，通过驱动控制电动马达42c、电动马达57、电动马达57，仅冷却在挤压材料外周面难以冷却的部分。
例如，在将如图10(A)所示的截面形状的挤压材料1X，如图7所示，使第一板状部2与第一侧部冷却部18c相对而挤压成形的情况下，驱动第一侧部冷却部18c的电动马达57，使其侧部喷嘴50位于冷却位置的同时，调整高度，使之成为与第一板状部2的上下方向中央部相对的规定的高度H1。上述高度是从初始辊道13的上面开始的高度。
此动作在拔具15每次通过可动体51时依次进行。
若侧部喷嘴50达到所定高度H1，或者拔具15通过后，对在其侧部喷嘴50上连接的电磁开关阀62的电磁螺线圈63通电，成为打开位置。
据此，冷却介质仅吹到挤压材料1的难以冷却的第一板状部2，预冷却该第一板状部2。
在将如图10(B)所示的截面形状的挤压材料1Y，如图8所示，使中空部5朝向第一侧部冷却部18c挤压成形的情况下，与上述相同，使侧部喷嘴50的高度成为朝向中空部5的上下方向中央部的规定高度H2。
在将如图10(C)所示的截面形状的挤压材料1Z，如图9所示，使中空部7面向第一侧部冷却部18c而挤压成形的情况下，因为其中空部7的上面7a、下面7b、一方的侧面7c比其他部分难以冷却，所以通过上冷却部18a、下冷却部18b、第一侧部冷却部18c冷却上述各面。
第一侧部冷却部18c的动作与上述相同，使其侧部喷嘴50的高度成为与中空部7的一方的侧面7c的上下方向中央部相对的规定高度H3。
对与3个上喷嘴20中的最偏向一侧的上喷嘴20(与在中空部7的上面7a中的挤压方向和直角方向中央部相对的上喷嘴20)连接的电磁开关阀62的电磁螺线圈63进行通电。
驱动下冷却部18b的电动马达42c，使下喷嘴40到达与在中空部7的下面7b中的挤压方向和直角方向的中央部相对的位置。
对与此下喷嘴40连接的电磁开关阀62的电磁螺线圈63通电，成为打开位置。
这样，由于上喷嘴20、侧部喷嘴50、下喷嘴40与难以冷却部分的大致中央部相对，所以可以遍及该难以冷却部分的全部区域，高效率地吹冷却介质。
如前所述，仅冷却了外周面的一部分的挤压材料，在出料辊道14上移动时以及通过冷却辊道15运送时，被强制风冷。
在此强制冷却时，由于外周面大致均一地降低温度，不会发生冷却不平衡，所以不会产生弯曲。
如果工作人员判断外周面的一部分不存在难以冷却的部分(即，可以大致均一地冷却外周面的截面形状)的情况下，预冷却部18不工作。此时，上冷却部18a、第一侧部冷却部18c、第二侧部冷却部18d处于保存位置。
上述的挤压材料在出料辊道14上移动时、以及通过冷却辊道15运送时，被强制风冷。
在强制风冷时，由于外周面大致均一地降低温度，不会发生冷却不平衡，所以不会产生弯曲。
在上述实施方式中，在挤压方向和直角方向上设置3个上喷嘴20，从任意的上喷嘴20喷出冷却介质，也可以使上喷嘴20在挤压方向和直角方向移动。
同样，也可以在挤压方向和直角方向设置多个下喷嘴40，选择任意一个下喷嘴40，喷出冷却介质。
另外，也可以在上下方向设置多个侧部喷嘴50，选择任意的侧部喷嘴50，喷出冷却介质。
即，只要上冷却部18a、下冷却部18b在挤压方向和直角方向可变更喷出冷却介质的位置就可以。
第一侧部冷却部18c、第二侧部冷却部18d只要可在上下方向变更喷出冷却介质的位置即可。作为上述的冷却介质，除空气以外，可以利用冷却水，空气和水(喷雾)等。
也可以控制从上述各喷嘴吹出的冷却介质的量以及吹出宽度。例如通过改变流量、供给压力控制冷却介质的量。
根据本发明，外周面的一部分为比其他部分难以冷却的截面形状的挤压材料，因为是在强制冷却前仅对其难以冷却的部分进行预冷却，使温度降低，其后进行强制风冷，所以在外周面上不会产生冷却不平衡，在强制风冷时，不会产生弯曲。
可以大致均一地冷却外周面的截面形状的挤压材料，在挤压后直接强制风冷。
因此，可以使外周面的一部分为比其他部分难以冷却的截面形状的挤压材料，不会由于强制风冷产生弯曲，即可冷却。
另外，因为主要是对挤压材料进行强制性风冷，所以没有必要在挤压机之后的挤压材料运送通路上，例如在设置有出料辊道、冷却辊道的大面积的地面上，设置冷却介质的后续处理设备。
另外，可以通过预冷却部18的任意冷却部，有选择地预先冷却挤压材料的任意上面、下面、一方的侧面、另一方的侧面。
因此，对外周面的一部分为比其他部分难以冷却的截面形状的挤压材料，可以仅预冷却其难以冷却的部分。
通过主冷却部进行强制风冷，可以冷却预冷却后的挤压材料和没有经过预冷却的挤压材料。
通过上冷却部18a、下冷却部18b，将冷却介质吹到挤压材料的上面、下面时，或者通过第一侧部冷却部18c、第二侧部冷却部18d，将冷却介质吹到挤压材料的一方的侧面、另一方的侧面时，根据该挤压材料的外周面的一部分比其他部分难以冷却的截面形状的部分或尺寸等，可以在挤压方向和直角方向以及上下方向变更吹冷却介质的位置。
因此，即使在挤压材料外周面的一部分是难以冷却的截面形状的位置、尺寸，例如挤压方向和直角方向的尺寸、高度的尺寸不同的情况下，也可以将冷却介质高效率地吹到其上面、下面、一方的侧面、另一方的侧面，高效率地进行预冷却。
通过将上冷却部18a、第一侧部冷却部18c、第二侧部冷却部18d移动到保存位置，在通过挤压机10挤压成形开始时，可以不与拔具干扰。
另外，因为在挤压开始后，可以在每个拔具通过的冷却部上依次移动到冷却位置，进行预冷却，所以可以尽早预冷却挤压材料。