CN116748561B - 一种具有冷却功能的汽车模具加工用摇臂钻床 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种具有冷却功能的汽车模具加工用摇臂钻床，涉及摇臂钻床技术领域，包括：摇臂钻床本体；夹持件，所述夹持件安装在所述摇臂钻床本体上，所述夹持件转动穿设有钻孔刀具，所述夹持件开设有制冷管路；制冷循环系统，所述制冷循环系统与所述制冷管路相互连通，用于对所述夹持件降温；启动件，所述启动件安装在所述夹持件上，所述启动件用于根据所述夹持件温度启动所述制冷循环系统。进而实现了实时对高速钻孔刀具进行降温的效果。

Description

一种具有冷却功能的汽车模具加工用摇臂钻床

技术领域

本申请涉及摇臂钻床技术领域，尤其是涉及一种具有冷却功能的汽车模具加工用摇臂钻床。

背景技术

汽车模具是用于制造汽车零部件的设备，其中注塑模具的使用场景非常多，常用于汽车塑料零部件的生产，将熔化的塑料材料注入模具中，经过冷却固化后取出成形。常见的如汽车前后保险杆、面板和仪表盘等零配件都是有注塑模具进行注塑生产的。

摇臂钻床是一种常见的孔加工设备，可以用来钻孔、扩孔、铰孔、攻丝及修刮端面等各种形式的加工，是一般机械加工车间常见的机床，而摇臂钻床在钻孔过程中，由于切削摩擦和材料去除，刀具表面会产生高温。如果没有适当的冷却措施，刀具温度会迅速升高，高温会使刀具变软，增加断裂的可能性。适当的刀具冷却可以降低刀具切削面的磨损，并帮助排除切屑，保持刀具在较低的工作温度范围内，延长刀具寿命。此外，刀具在适当的温度范围内工作，可以保持较高的切削效率和稳定性。因此对刀具进行冷却是极为重要的。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明目的在于提供一种具有冷却功能的汽车模具加工用摇臂钻床，以解决摇臂钻床加工过程中，高速切削导致刀具温度过高的技术问题。

本申请提供一种具有冷却功能的汽车模具加工用摇臂钻床包括：

摇臂钻床本体；

夹持件，所述夹持件安装在所述摇臂钻床本体上，所述夹持件转动穿设有钻孔刀具，所述夹持件开设有制冷管路；

制冷循环系统，所述制冷循环系统与所述制冷管路相互连通，用于对所述夹持件降温；

启动件，所述启动件安装在所述夹持件上，所述启动件用于根据所述夹持件温度启动所述制冷循环系统。

通过采用上述技术方案，钻孔刀具转动穿设在夹持件之间，钻孔刀具在对汽车模具进行钻孔时由于与模具材料进行高速切削摩擦，刀具表面会产生高温。此时，制冷管路中的制冷剂能够对夹持件进行降温，进而通过夹持件的热传导对刀具进行降温。如果刀具刚开始切削，温度并未升高到需要进行降温的程度，就启动制冷循环系统对夹持件进行降温，是浪费制冷效果的。为此利用安装在夹持件上的启动件来根据刀具温度适时启动制冷循环系统对刀具进行降温，进而实现了实时对高速钻孔刀具进行降温的效果。

可选的，所述制冷循环系统包括：

冷却箱，所述冷却箱用于储存制冷剂并对制冷剂进行制冷；

冷却管，所述冷却管安装在所述冷却箱上，所述冷却管具有冷却管腔，所述冷却管与所述冷却箱相互连通，所述冷却管腔与所述制冷管路相互连通；

驱动件，所述驱动件安装在所述冷却箱上，用于驱动冷却管内制冷剂流动，所述驱动件具有用于控制制冷剂流动的开关按钮，所述启动件用于启动所述开关按钮。

通过采用上述技术方案，降温后的制冷剂通过冷却管腔流入到制冷管路中，对夹持件进行降温，进而对钻孔刀具进行降温。启动件能够在夹持件的温度升高到预定阈值时启动驱动件的开关按钮，从而持续为夹持件进行降温。采用上述技术方案，进而实现了持续为高速钻孔刀具进行降温的效果。

可选的，所述夹持件靠近所述开关按钮开设有滑槽，所述启动件包括：

导热丝，所述导热丝靠近所述钻孔刀具嵌设在所述夹持件内部；

记忆金属丝，所述记忆金属丝与所述导热丝固定连接，所述记忆金属丝设置在所述滑槽内，所述记忆金属丝受热伸长；

启动柱，所述启动柱与所述记忆金属丝固定连接，所述启动柱与所述滑槽滑动配合，所述启动柱用于在所述滑槽内滑动并开启所述开关按钮。

通过采用上述技术方案，当受到热源的作用，记忆金属丝会发生相变，此时具有较高的弹性模量和刚性。当冷却时，恢复原始的形状。记忆金属丝能够伸长，从而带动与记忆金属丝固定连接的启动柱在滑槽内滑动，然后带动启动柱启动与之对应的开关按钮，进而启动驱动件开启制冷循环系统对钻孔刀具进行降温，进而实现了根据夹持件温度自动开启制冷循环系统对钻孔刀具进行降温的效果。

可选的，所述记忆金属丝受热时由弯曲状态变为直线状态。

通过采用上述技术方案，记忆金属丝受热发生弹性形变时变为直线状态，使得记忆金属丝的实际伸长量最大化，从而带动启动柱滑移的距离更远。进而实现了最大化利用记忆金属丝的受热形变特性对钻孔刀具进行降温的效果。

可选的，所述启动柱靠近所述开关按钮的一端设置有弹性垫。

通过采用上述技术方案，弹性垫能够吸收一部分记忆金属丝带来的动量，减少对开关按钮的冲击。在启动柱上增设弹性垫，进而达到了增加驱动件的开关按钮的使用寿命的目的。

可选的，所述制冷管路包括：

主管层，所述主管层开设在所述夹持件内，所述主管层与所述冷却管腔相互连通；

通过采用上述技术方案，主管层开设在夹持件内部，主管层相较于单一管路可以增大制冷剂与夹持件之间的接触面积，从而更有效地吸收钻孔刀具带给夹持件的热量，使得夹持件的温度更快地降低，进而实现了更快速的对夹持件进行降温的效果。

可选的，所述制冷管路还包括：

连接管腔，所述连接管腔远离所述冷却管开设在所述夹持件内，所述连接管腔与所述主管层相互连通；

分支管层，所述分支管层靠近所述钻孔刀具的钻头，所述分支管层通过所述连接管腔与所述主管层相互连通。

通过采用上述技术方案，通过连接管腔连接主管层和分支管层，可以促进制冷剂在制冷管路内的均匀分布。通过均匀地流动制冷剂，能够使整个夹持件的温度分布更加均匀，避免局部温度过高或过低对加工过程产生不利影响，进而实现了更均匀的对夹持件进行降温的效果

可选的，所述制冷管路还包括多个封堵件，所述夹持件靠近所述连接管腔开设有封堵槽，所述封堵件与所述封堵槽相互配合，所述封堵件用于封堵所述连接管腔。

通过采用上述技术方案，封堵件能够开启或关闭分支管层，在制冷导致温度过低时，关闭分支管层，降低制冷管路与夹持件的接触面积。进而实现了避免刀具断裂的效果。

可选的，所述封堵件为记忆金属片，所述记忆金属片在受冷时发生形变封堵所述连接管腔。

通过采用上述技术方案，利用记忆金属片受冷发生塑性形的特性，将记忆金属片设置在夹持件靠近连接管腔的区域，使得记忆金属片在制冷导致温度过低时，关闭分支管层，降低制冷管路与夹持件的接触面积。进而实现了避免刀具断裂、保证加工精度的效果。

可选的，所述记忆金属片为NiTi合金。

通过采用上述技术方案，在低温下，NiTi合金处于"马氏体相"状态，具有低强度和可变形的特点。当受热时，NiTi合金会发生相变转变为"奥氏体相"，并且在冷却后能够回复到马氏体相的形状。利用受冷发生形变的特性，进而实现了避免刀具断裂、保证加工精度的效果。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1、通过设置摇臂钻床本体、夹持件、制冷循环系统和启动件，进而实现了实时对高速钻孔刀具进行降温的效果；

2、通过设置冷却箱、冷却管和驱动件，进而实现了持续为高速钻孔刀具进行降温的效果；

3、通过设置记忆金属丝、导热丝、启动柱和弹性垫，进而实现了根据夹持件温度自动开启制冷循环系统对钻孔刀具进行降温的效果；

4、通过设置主管层、连接管腔和分支管层，进而实现更快速更均匀的对夹持件进行降温的效果；

5、通过设置封堵件，进而实现了避免刀具断裂、保证加工精度的效果。

附图说明

图1是本申请实施例1中整体结构的示意图；

图2是实施例1中部分结构示意图；

图3是实施例1中部分结构剖视图，记忆金属片处于受热状态；

图4是图3中A处的放大示意图；

图5是实施例1中记忆金属片处于冷却状态示意图；

图6是实施例2中的部分结构剖视图。

图中：1、摇臂钻床本体；2、夹持件；21、制冷管路；211、主管层；212、连接管腔；213、分支管层；22、封堵件；3、钻孔刀具；4、制冷循环系统；41、冷却箱；42、冷却管腔；43、驱动件；431、开关按钮；5、启动件；51、导热丝；52、记忆金属丝；53、启动柱；531、弹性垫。

具体实施方式

以下结合附图1-附图6对本申请作进一步详细说明。

实施例1：参照图1和图2所示，一种具有冷却功能的汽车模具加工用摇臂钻床包括，摇臂钻床本体1、夹持件2、钻孔刀具3、制冷循环系统4和启动件5。

摇臂钻床本体1主要由底座、内立柱、外立柱、摇臂、主轴箱及工作台组成。内立柱固定在底座的一端，内立柱外部套有外立柱，外立柱可绕内立柱回转，摇臂与外立柱一起绕内立柱回转。主轴箱安装在摇臂的水平导轨上，可在水平导轨上沿摇臂移动。摇臂钻床本体的结构为现有技术，在此不再赘述。

参照图2和图3所示，夹持件2固定于摇臂钻床本体1上，且转动穿设有钻孔刀具3，钻孔刀具3与摇臂钻床本体1的转动轴固定连接，摇臂钻床本体1的转动轴带动钻孔刀具3在夹持件2内转动。夹持件2内开设有制冷管路21。制冷循环系统4与制冷管路21相互连通，制冷管路21用于流通制冷剂对夹持件2降温。启动件5安装在夹持件2上，启动件5用于根据夹持件2温度启动制冷循环系统4。钻孔刀具3在对汽车模具进行钻孔时由于与模具材料进行高速切削摩擦，刀具表面会产生高温。此时，制冷管路21中的制冷剂能够对夹持件2进行降温，进而通过夹持件2的热传导对刀具进行降温。如果刀具刚开始切削，温度并未升高到需要进行降温的程度，就启动制冷循环系统4对夹持件2进行降温，是浪费制冷效果的。为此利用安装在夹持件2上的启动件5来根据刀具温度适时启动制冷循环系统4对刀具进行降温，进而实现了实时对高速钻孔刀具3进行降温的效果。

制冷循环系统4包括冷却箱41、冷却管和驱动件43。冷却箱41用于储存制冷剂并对制冷剂进行制冷。冷却管安装在冷却箱41上，冷却管具有冷却管腔42，冷却管与冷却箱41相互连通，冷却管腔42与制冷管路21相互连通。冷却箱41设置有半导体制冷片（图中未显示）能够对冷却管内的制冷剂进行制冷降温，冷却箱41还设置有散热器用于对半导体制冷片散热。降温后的制冷剂通过冷却管腔42流入到制冷管路21中，对夹持件2进行降温，进而对钻孔刀具3进行降温。

驱动件43安装在冷却箱41上，与冷却管连通，用于驱动制冷剂在冷却箱41、冷却管和制冷管路21的回路中循环。驱动件43为循环泵，冷却箱41上设有开关按钮431，开关按钮431与循环泵电性连接，用于控制循环的启停。启动件5用于启动开关按钮431。启动件5能够在夹持件2的温度升高到预定阈值时启动开关按钮431而开启循环泵，进而使得制冷管路21内的制冷剂能够与冷却管和冷却箱41形成循环流通的制冷剂回路，进而持续为高速钻孔刀具3进行降温。

夹持件2对应开关按钮431的位置开设有滑槽，启动件5包括导热丝51、记忆金属丝52和启动柱53。记忆金属丝52也叫形状记忆合金，由镍、钛、铜、铝等元素组成。在低温下，记忆金属丝52处于一种称为"马氏体相"的固态结构，具有较低的弹性模量和形状记忆效应。当受到热源的作用，形状记忆合金会发生相变，转变为称为"奥氏体相"的高温结构，此时具有较高的弹性模量和刚性。当形状记忆合金冷却时，它会重新回到初始的马氏体相结构，并恢复原始的形状。导热丝51靠近钻孔刀具3嵌设在夹持件2内部，记忆金属丝52与导热丝51固定连接并安装在滑槽内。启动柱53与记忆金属丝52固定连接，启动柱53与滑槽滑动配合。记忆金属丝52能够受热膨胀伸长，从而带动启动柱53在滑槽内滑动，然后带动启动柱53启动与之对应的开关按钮431，进而启动驱动件43开启制冷循环系统4对钻孔刀具3进行降温。同时由于记忆金属丝52伸长时，可能会发生偏移。但是由于滑槽对启动柱53的限制，能够起到导向的作用，使得启动柱53精准对准开关按钮431，进而根据夹持件2温度自动开启制冷循环系统4对钻孔刀具3进行降温。

参照图5所示，制冷管路21由上到下依次包括主管层211、连接管腔212和分支管层213。主管层211开设在夹持件2内，主管层211与冷却管腔42相互连通。连接管腔212开设在夹持件2内，与主管层211相互连通。分支管层213通过连接管腔212与主管层211相互连通。主管层211相较于单一管路可以增大制冷剂与夹持件2之间的接触面积。通过增大接触面积，制冷剂能够更充分地与夹持件2接触，从而更有效地吸收钻孔刀具3带给夹持件2的热量，使得夹持件2的温度更快地降低，从而更好地保护刀具。分支管层213可以为多个，连接管腔212和分支管层213进一步增强了制冷管路21对夹持件2的制冷接触面积。此外通过连接管腔212连接主管层211和分支管层213，可以促进制冷剂在制冷管路21内的均匀分布。通过均匀地流动制冷剂，能够使整个夹持件2的温度分布更加均匀，避免局部温度过高或过低对加工过程产生不利影响。设置主管层211、连接管腔212和分支管层213，进而更快速更均匀的对夹持件2进行降温。

制冷管路21内还设有多个封堵件22，夹持件2靠近连接管腔212开设有封堵槽，封堵件22与封堵槽相互配合，封堵件22用于封堵连接管腔212。此外本实施例中封堵件22为记忆金属片，记忆金属片在未降低到发生变形的温度阈值时，整体位于封堵槽内。记忆金属片在降低到温度阈值时，在封堵槽内发生形变，从封堵槽内伸长进而封堵连接管腔212。

参照图4，需要说明的是，记忆金属片可以设置为仅部分变形，用于封堵连接管腔212的部分在受热冷却过程中不变形，始终位于封堵槽内的部分在受热冷却过程中变形，变形部分远离不变形部分的端部固定于封堵槽内，在受热达到变形阈值后变形的隆起形状，带动不变形部分朝封堵槽内移动，从而开启连接管腔212。冷却降温达到变形阈值时，变形部分由隆起状态变形至平直状态，从而封堵连接管腔212。

其他实施例中，封堵件22也可以包括多根记忆金属丝和金属片，多根记忆金属丝一端固定于封堵槽内，为受热为蛇形，冷却为直线形；另一端与金属片固定连接，记忆金属丝的变形带动金属片开启或封堵连接管腔212。

制冷管路21内的制冷剂对夹持件2进行降温，温度不易过低，因为过低的温度可能导致刀具材料变得脆性，容易发生断裂。尤其是对于高硬度、脆性较高的刀具材料，如硬质合金等，温度过低可能会使其脆性增加，导致切削刃或整个刀具断裂。此外过低温度还可能导致加工过程中切削刃失去了一定的韧性和强度，无法有效地承受切削力，从而导致刀具振动、切削不稳定、加工表面粗糙度增加等问题，进而导致尺寸偏差和加工精度下降，影响加工质量。利用记忆金属片受冷发生形变的特性，将记忆金属片设置在夹持件2靠近连接管腔212的区域，使得记忆金属片在制冷导致温度过低时，关闭分支管层213，降低制冷管路21与夹持件2的接触面积。同时由于分支管层213更靠近钻孔刀具3，在夹持件2温度过低时，关闭分支管层213进而可以实现对钻孔刀具3快速的温度调节。

冷却管使用时间过长，内部容易出现铁锈等杂质，杂质会被制冷剂带动进入制冷管路21。制冷剂在冷却管内流动，利用封堵件22封堵连接管腔212和分支管层213后，位于分支管层213制冷剂内的杂质会发生堆积，甚至腐蚀损坏制冷管路21，影响制冷效果。通过设置封堵件22，制冷剂在开启封堵件22后，由于循环泵的驱动力，带动制冷剂冲刷分支管层213，避免杂质沉积在分支管层213内。

记忆金属片为NiTi合金，受冷变形的记忆金属片，也叫超弹性合金和尼钛合金，是一种具有特殊记忆性质的金属合金，与普通金属不同，NiTi合金可以在较大的应变范围内发生可逆的变形，而且其恢复到原始形状的能力非常强大。NiTi合金的超弹性是由于其特殊的晶体结构和相变行为引起的。在低温下，NiTi合金处于"马氏体相"状态，具有低强度和可变形的特点。当受热时，NiTi合金会发生相变转变为"奥氏体相"，并且在冷却后能够回复到马氏体相的形状。利用受冷发生形变的特性，进而实现了避免刀具断裂、保证加工精度的效果。

本申请实施例1的实施原理为：

在利用摇臂钻床对汽车模具进行钻孔加工时，钻孔刀具3切削汽车模具导致温度升高，进而将热量传递给与钻孔刀具3直接接触的夹持件2。夹持件2受热导致记忆金属丝52发生伸长，并带动启动柱53往靠近开关按钮431的区域滑移，启动柱53移动进而打开驱动件43的开关按钮431，使得驱动件43工作并带动制冷循环系统4内制冷剂的流动，进而对夹持件2进行降温。在加工完毕后，为了避免钻孔刀具3温度过低，影响加工质量，设置记忆金属片在连接管腔212内。在温度过低时，记忆金属片发生形变伸长，进而封堵分支管层213和连接管腔212内制冷剂的流动，减少流动的制冷剂与夹持件2的接触面积。通过上述技术方案，摇臂钻床能够根据钻孔刀具3温度自动开启制冷循环系统4对钻孔刀具3进行降温，同时通过封堵件22避免钻孔刀具3温度过低，使得钻孔刀具3温度处在合适的温度范围。

实施例2：参照图6，与实施例1大体相同，不同的地方在于记忆金属丝52的形状不同和增设了弹性垫531。

虽然记忆金属丝52具有受热膨胀伸长的特性，但其伸长量相对较小，一般不适用于需要大幅度变形的应用场景。为此将记忆金属丝52在未升温时设计为弯折或弯曲状态，在记忆金属丝52受热发生弹性形变时变为直线状态，使得记忆金属丝52的实际伸长量最大化，带动启动柱53滑移的距离更远。进而最大化利用记忆金属丝52的受热形变特性对钻孔刀具3进行降温。

启动柱53靠近开关按钮431的一端设置有弹性垫531，虽然启动柱53能够在记忆金属丝52的带动下启动开关按钮431，但是记忆金属丝52在受热发生变形伸长是瞬时的，在变形的瞬时会产生极大的动量带动启动柱53瞬间撞击开关按钮431。在长时间的使用过程中，频繁的撞击会使开关按钮431失灵甚至损坏。为此设计缓冲结构弹性垫531，弹性垫531能够吸收一部分记忆金属丝52带来的动量，减少对开关按钮431的冲击。增加驱动件43的开关按钮431的使用寿命。

该实施例中的循环泵与半导体制冷片均为市面上购买的本领域技术人员公知的常规设备，可以根据实际需要进行型号的选用或进行定制，本专利中我们只是对其进行使用，并未对其结构和功能进行改进，其设定方式、安装方式和电性连接方式，对于本领域的技术人员来说，只要按照其使用说明书的要求进行调试操作即可，在此不再对其进行赘述。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种具有冷却功能的汽车模具加工用摇臂钻床，其特征在于，包括：摇臂钻床本体（1）；夹持件（2），所述夹持件（2）安装在所述摇臂钻床本体（1）上，所述夹持件（2）转动穿设有钻孔刀具（3），所述夹持件（2）开设有制冷管路（21）；制冷循环系统（4），所述制冷循环系统（4）与所述制冷管路（21）相互连通，用于对所述夹持件（2）降温；启动件（5），所述启动件（5）安装在所述夹持件（2）上，所述启动件（5）用于根据所述夹持件（2）温度启动所述制冷循环系统（4）；所述制冷循环系统（4）包括：冷却箱（41），所述冷却箱（41）用于储存制冷剂并对制冷剂进行制冷；冷却管，所述冷却管安装在所述冷却箱（41）上，所述冷却管具有冷却管腔（42），所述冷却管与所述冷却箱（41）相互连通，所述冷却管腔（42）与所述制冷管路（21）相互连通；驱动件（43），所述驱动件（43）安装在所述冷却箱（41）上，用于驱动冷却管内制冷剂流动，所述驱动件（43）具有用于控制制冷剂流动的开关按钮（431），所述启动件（5）用于启动所述开关按钮（431）；所述夹持件（2）靠近所述开关按钮（431）开设有滑槽，所述启动件（5）包括：导热丝（51），所述导热丝（51）靠近所述钻孔刀具（3）嵌设在所述夹持件（2）内部；记忆金属丝（52），所述记忆金属丝（52）与所述导热丝（51）固定连接，所述记忆金属丝（52）设置在所述滑槽内，所述记忆金属丝（52）受热伸长；启动柱（53），所述启动柱（53）与所述记忆金属丝（52）固定连接，所述启动柱（53）与所述滑槽滑动配合，所述启动柱（53）用于在所述滑槽内滑动并开启所述开关按钮；

所述制冷管路（21）包括：主管层（211），所述主管层（211）开设在所述夹持件（2）内，所述主管层（211）与所述冷却管腔（42）相互连通；

所述制冷管路（21）还包括：连接管腔（212），所述连接管腔（212）远离所述冷却管开设在所述夹持件（2）内，所述连接管腔（212）与所述主管层（211）相互连通；分支管层（213），所述分支管层（213）靠近所述钻孔刀具（3）的钻头，所述分支管层（213）通过所述连接管腔（212）与所述主管层（211）相互连通；

所述制冷管路（21）还包括多个封堵件（22），所述夹持件（2）靠近所述连接管腔（212）开设有封堵槽，所述封堵件（22）与所述封堵槽相互配合，所述封堵件（22）用于封堵所述连接管腔（212）；

所述封堵件（22）为记忆金属片，所述记忆金属片在受冷时发生形变封堵所述连接管腔（212）。

2.根据权利要求1所述的一种具有冷却功能的汽车模具加工用摇臂钻床，其特征在于，所述记忆金属丝（52）受热时由弯曲状态变为直线状态。

3.根据权利要求1所述的一种具有冷却功能的汽车模具加工用摇臂钻床，其特征在于，所述启动柱（53）靠近所述开关按钮（431）的一端设置有弹性垫（531）。

4.根据权利要求1所述的一种具有冷却功能的汽车模具加工用摇臂钻床，其特征在于，所述记忆金属片为NiTi合金。