一种铝合金压铸模具型芯柱塞泵喷射式冷却装置
技术领域
本发明涉及一种铝合金压铸技术中的改进，具体涉及一种铝合金压铸模具型芯柱塞泵喷射式冷却装置。
背景技术
压铸模具是铝合金压铸生产过程中的成型工艺装备，模具内所建立的温度场分布是否稳定，对压铸件质量、生产效率及模具使用寿命等都有重要的影响，直接关系到压铸生产的成本和经济效益。模具内温度场要在工艺要求范围内，这样才能获得外观和内部质量合格的铝合金压铸件，反之温度过高则会形成拉伤、气泡等缺陷，延长了冷却时间，降低了生产效率;温度过低则会产生冷隔、浇不足、气孔等缺陷。压铸模具长期在高温、高压环境下生产，如果再加上模具温度场不稳定，长期周期性热膨胀和收缩，模具更容易失效，大大缩短了使用寿命，也降低了生产效率。
汽车轻量化是实现汽车节能减排目标的重点方向之一，而采用铝合金材质的汽车零部件是实现汽车轻量化的主要手段之一，因此越来越多的汽车零部件采用铝合金压铸生产方式。但是，一些结构复杂的汽车零部件，例如：气缸盖、制动钳等，在产品上具有较小尺寸的成型孔、成型腔等，通常需要在下模的模芯上嵌设对应的型芯。由于压铸模具中的型芯四周被铝合金液包围，因此热量不易散发，型芯温度较高，尤其是型芯尺寸较小时，一般的冷却结构还难以适用。这样在生产时不仅容易形成粘模，而且由于温度上升较快，型芯局部硬度下降，造成压铸件尺寸偏差，同时型芯温度过高还易引起疏松、缩孔等缺陷。
当前，通常采用的型芯冷却方法是在型芯内设置沿模具上下方向布置的冷却孔，在冷却孔内设置沿轴向布置的隔离片，从而将冷却孔一分为二，一侧为进水侧，另一侧为回水侧。在下模上对应进水侧处设置进水孔，对应回水侧处设置回水孔，同时在下模和模芯之间设置包围进水孔和回水孔的密封圈，避免冷却液的渗漏。当该冷却装置工作时，冷却水通过进水孔进入进水侧，在翻过隔离片后进入回水侧，再通过回水孔流出下模，从而达到冷却型芯的目的。但是，这种型芯冷却结构存在进水侧与回水侧温度相差较大、型芯冷却温度不均匀、加工组装与后期维护困难、冷却液流动阻力较大及冷却液沸腾等问题。
目前也存在有铝合金压铸模具型芯柱塞泵喷射式冷却装置的结构设计，其采用高压冷却液喷射方式，能够有效克服上述型芯冷却结构的问题，具有结构紧凑、便于安装、维护容易及控制灵活等优点。但是，上述铝合金压铸模具型芯柱塞泵喷射式冷却装置还鲜有提及。目前，与中国专利“CN207343749U”的实用新型专利“一种铝合金压铸模具的型芯冷却结构”。该实用新型对现有型芯冷却结构进行了改进设计，型芯冷却孔采用内侧进水、外侧回水的结构，克服了型芯两侧冷却温度不均匀问题，提高了模具型芯的冷却效果。但是，其没有采用冷却液喷射方式，细长型型芯冷却孔的冷却液流动阻力较大、冷却液沸腾等问题有待进一步解决。
发明内容
本发明要解决的技术问题克服现有的缺陷，提供一种铝合金压铸模具型芯柱塞泵喷射式冷却装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：一种铝合金压铸模具型芯柱塞泵喷射式冷却装置，包括模芯、型芯、下模、冷却液喷射器、回液管、散热器、储液箱、电动液压泵、滤清器、柱塞泵液压单元、1号密封圈、连接座和2号密封圈，所述型芯嵌设在模芯上，所述模芯与下模连接，所述下模上设有安装孔，所述连接座与型芯可拆式连接且位于安装孔内，所述连接座与型芯内均设有空腔且共同构成倒置T形空腔，所述冷却液喷射器通过1号密封圈与连接座连接且位于倒置T形空腔中，所述型芯和连接座之间还设有2号密封圈，所述冷却液喷射器与柱塞泵液压单元连通，驱动电机固定连接在连接座底部，驱动电机的输出轴与凸轮通过花键固定连接并带动凸轮转动，凸轮为椭圆状，凸轮的外缘面与1号柱塞的一个端面接触并由驱动电机带动转动，凸轮与1号柱塞联动，所述柱塞泵液压单元通过滤清器与电动液压泵连通，所述电动液压泵位于储液箱内，所述所述回液管的一端通过出液口与倒置T形空腔连通，另一端与储液箱连通，所述回液管上还串接有散热器。
作为优选，还包括防护罩，所述防护罩与连接座和柱塞泵液压单元连接并将驱动电机、凸轮和1号柱塞包围其中。
作为优选，所述电动液压泵上还设有温度传感器。
作为优选，所述回液管还与柱塞泵液压单元连通。
作为优选，所述冷却液喷射器包括阀座、针阀、喷射器壳体、2 号柱塞和回位弹簧，所述阀座伸入型芯内部，针阀位于阀座内，阀座上设有若干喷射口;阀座内设有用于高压冷却液流过的通道，2号柱塞设在喷射器壳体内且位于针阀底部并与针阀连接，所述回位弹簧也设在喷射器壳体内且一端与喷射器壳体相抵，另一端与2号柱塞相抵，冷却液喷射器的下端面设有进液口，所述进液口与柱塞泵液压单元连通。
作为优选，所述柱塞泵液压单元内包含蓄压器、1号电磁阀、1 号单向阀、2号单向阀、压力传感器和2号电磁阀;所述蓄压器一端与2号单向阀连通，另一端与2号电磁阀连通，2号电磁阀与冷却液喷射器连通，蓄压器上设有压力传感器，1号电磁阀位于柱塞泵液压单元内且一端与回液管连通，另一端分别与1号单向阀和2号单向阀连通，2号电磁阀、蓄压器、2号单向阀和1号单向阀依次连通，所述1号单向阀与滤清器连通。
作为优选，所述1号电磁阀为两位两通常闭电磁阀。
本发明有益效果：本发明的铝合金压铸模具型芯柱塞泵喷射式冷却装置的冷却液喷射器上部的尺寸很小，可以伸入至铝合金压铸模具小尺寸型芯的冷却孔内部，适用于铝合金压铸模具小尺寸型芯的冷却需求。
本发明的型芯冷却装置采用高压喷射冷却液的方式，可以克服现有技术的型芯两侧冷却温度不均匀、冷却液流动阻力较大及冷却液沸腾等问题，提高了型芯的冷却效率和效果。
本发明的型芯冷却装置结构紧凑、便于安装、维护容易且控制灵活，由控制单元控制冷却液喷射器的开启与停止，可以实现对冷却液喷射量及型芯温度的精确控制，减少了由于型芯温度过高或过低而引起的拉伤、冷隔及气孔等缺陷问题，提高了铝合金压铸件质量、生产效率及模具使用寿命。
本发明的型芯冷却装置设有储液箱冷却液温度传感器、散热器及风扇等，控制单元可以根据温度传感器信号调节风扇转速，实现对储液箱内冷却液温度的闭环控制，提高储液箱冷却液温度的稳定性。
本发明的型芯冷却装置适用于多个型芯同时冷却的场合。
附图说明
图1是本发明的铝合金压铸模具型芯柱塞泵喷射式冷却装置的型芯冷却装置结构示意图;
图2是本发明的铝合金压铸模具型芯柱塞泵喷射式冷却装置的冷却液喷射器结构示意图;
图3是本发明的铝合金压铸模具型芯柱塞泵喷射式冷却装置的柱塞驱动凸轮端面示意图;
图4是本发明的铝合金压铸模具型芯柱塞泵喷射式冷却装置的型芯冷却系统结构示意图。
附图说明：1、模芯;2、型芯;21、安装孔;3、下模;4、出液口;5、连接座;6、回液管;7、散热器;8、储液箱;9、温度传感器;10、电动液压泵;11、滤清器;12、柱塞泵液压单元;13、1号柱塞;14、凸轮;15、驱动电机;16、防护罩;17、1号密封圈; 18、冷却液喷射器;19、2号密封圈;18-1、阀座;18-2、高压冷却液;18-3、针阀;18-4、喷射器壳体;18-5、2号柱塞;18-6、进液口;18-7、回位弹簧;12-1、蓄压器;12-2、1号电磁阀;12-3、1 号单向阀;12-4、2号单向阀;12-5、压力传感器;12-6、2号电磁阀;22、倒置T形空腔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
见图1、图2与图3，一种铝合金压铸模具型芯柱塞泵喷射式冷却装置，包括模芯1、型芯2、下模3、冷却液喷射器18、回液管6、散热器7、储液箱8、电动液压泵10、滤清器11、柱塞泵液压单元 12、1号密封圈17、连接座5和2号密封圈19，所述型芯2嵌设在模芯1上，所述模芯1与下模3连接，所述下模3上设有安装孔21，所述连接座5与型芯2可拆式连接且位于安装孔21内，所述连接座 5与型芯2内均设有空腔且共同构成倒置T形空腔22，所述冷却液喷射器18通过1号密封圈17与连接座5连接且位于倒置T形空腔 22中，所述型芯2和连接座5之间还设有2号密封圈19，所述冷却液喷射器18与柱塞泵液压单元12连通，驱动电机15固定连接在连接座5底部，驱动电机15的输出轴与凸轮14通过花键固定连接并带动凸轮14转动，凸轮14为椭圆状，凸轮14的外缘面与1号柱塞 13的一个端面接触并由驱动电机15带动转动，凸轮14与1号柱塞 13联动，所述柱塞泵液压单元12通过滤清器11与电动液压泵10 连通，所述电动液压泵10位于储液箱8内，所述所述回液管6的一端通过出液口4与倒置T形空腔22连通，另一端与储液箱8连通，所述回液管6上还串接有散热器7。
还包括防护罩16，所述防护罩16与连接座5和柱塞泵液压单元 12连接并将驱动电机15、凸轮14和1号柱塞13包围其中。
所述电动液压泵10上还设有温度传感器9。
所述回液管6还与柱塞泵液压单元12连通。
所述冷却液喷射器18包括阀座18-1、针阀18-3、喷射器壳体18-4、2号柱塞18-5和回位弹簧18-7，所述阀座18-1伸入型芯2 内部，针阀18-3位于阀座18-1内，阀座18-1上设有若干喷射口;阀座18-1内设有用于高压冷却液18-2流过的通道，2号柱塞18-5 设在喷射器壳体18-4内且位于针阀18-3底部并与针阀18-3连接，所述回位弹簧18-7也设在喷射器壳体18-4内且一端与喷射器壳体 18-4相抵，另一端与2号柱塞18-5相抵，冷却液喷射器18的下端面设有进液口18-6，所述进液口18-6与柱塞泵液压单元12连通。
如图4所示，所述柱塞泵液压单元12内包含蓄压器12-1、1号电磁阀12-2、1号单向阀12-3、2号单向阀12-4、压力传感器12-5 和2号电磁阀12-6;所述蓄压器12-1一端与2号单向阀12-4连通，另一端与2号电磁阀12-6连通，2号电磁阀12-6与冷却液喷射器 18连通，蓄压器12-1上设有压力传感器12-5，1号电磁阀12-2位于柱塞泵液压单元12内且一端与回液管6连通，另一端分别与1号单向阀12-3和2号单向阀12-4连通，2号电磁阀12-6、蓄压器12-1、 2号单向阀12-4和1号单向阀12-3依次连通，所述1号单向阀12-3 与滤清器11连通;所述1号电磁阀12-2为两位两通常闭电磁阀。
在铝合金压铸生产时，由于型芯2上端外侧四周被高温铝合金液所包围，因此其热量不易散发，相对于模具的其他部分温度较高。因此，在型芯2内部设有一个细长的冷却孔，用于快速降低型芯2上端的温度。型芯2冷却孔的下侧设有内螺纹，用于与连接座5上侧的外螺纹配合，固定连接型芯2和连接座5。在型芯2与连接座5的接触面上设置2号密封圈19，进一步防止冷却液渗漏。
连接座5起到连接型芯2与冷却液喷射器18、安装柱塞泵液压单元12的作用，将四者连接为一个整体，设置在下模3的柱塞泵喷射式冷却装置的安装孔内。连接座5的上侧通过螺纹与2号密封圈 19和型芯2固定连接，在其内部设置有一个冷却腔，与型芯2的冷却孔形成阶梯状容积。连接座5的下部中心位置设有一个冷却液喷射器18安装孔，在下部的侧面设有一个冷却液出液口4。冷却液喷射器18安装孔与冷却液喷射器18下部过盈配合，用于固定连接冷却液喷射器18。在冷却液喷射器18安装孔与冷却液喷射器18之间设有1号密封圈17，用于防止冷却液渗漏。冷却液出液口4连通连接座5的冷却腔和回液管6，冷却腔内的冷却液可由出液口4、回液管 6、散热器7等回流至储液箱8。
冷却液喷射器18为该型芯冷却装置的冷却液喷射元件，由阀座 18-1、针阀18-3、喷射器壳体18-4、2号柱塞18-5及回位弹簧18-7 等组成。冷却液喷射器18也为阶梯状，上部呈细长圆管状，伸入型芯2冷却孔内部，其前端阀座18-1上设有一个或多个喷射口;下部的截面外径比上部要大很多，其内设有冷却液通道、回位弹簧18-7 及2号柱塞18-5等。在冷却液喷射器18下端面位置设有一个进液口18-6，与进液管固定密封连接，由柱塞泵液压单元12过来的高压冷却液可以通过进液口18-6进入冷却液喷射器18内部。阀座18-1 位于冷却液喷射器18前端，与冷却液喷射器壳体18-4固定密封连接，一侧与针阀18-3配合工作，开启或停止高压冷却液喷射;一侧根据实际需要设有一个、两个或四个均匀布置的喷射口。针阀18-3为细长圆柱状，位于冷却液喷射器壳体18-4内部，与冷却液喷射器壳体 18-4间留有间隙，高压冷却液可以进入该间隙中。针阀18-3头端设置为半球形便于针阀18-3定位，而与阀座18-1配合工作;针阀18-3 尾部与2号柱塞18-5固定连接。2号柱塞18-5为圆柱状，一侧与针阀18-3固定连接，同时承载高压冷却液的压力;一侧与回位弹簧18-7 接触，承载回位弹簧18-7的弹力。当冷却液喷射器18内部液压较低时，2号柱塞18-5受到向下的液压力小于回位弹簧18-7向上的弹力，针阀18-3紧压在冷却液喷射器18的阀座18-1上，冷却液喷射器18的喷口关闭，停止冷却液喷射;当冷却液喷射器18内部液压较高时， 2号柱塞18-5受到向下的液压力大于回位弹簧18-7向上的弹力，2 号柱塞18-5带动针阀18-3克服回位弹簧18-7弹力而移动,冷却液喷射器18的喷口打开，开启冷却液喷射。因此，控制单元通过对冷却液喷射器18内部液压力的控制，可以随时开启或停止冷却液喷射，达到对型芯2温度精确控制的目的。
储液箱8内为循环工作的冷却液，电动液压泵10位于储液箱8 内，用于将储液箱8内冷却液变为低压冷却液，压向柱塞泵液压单元 12。在电动液压泵10上设置有一个温度传感器9和一个卸压阀，温度传感器9用于感知储液箱8内冷却液的温度;卸压阀用于稳定电动液压泵10的输出压力，当压力大于设定值时，卸压阀打开，冷却液进行储液箱8内循环，对系统起动保护作用。滤清器11位于电动液压泵10与柱塞泵液压单元12之间，用于过滤冷却液中的杂质。散热器7位于回液管6与储液箱8之间，用于对连接座5冷却腔与柱塞泵液压单元12内回流的冷却液进一步冷却。在散热器7上设有一个风扇，用于根据温度传感器信号，加快或减慢散热器7的冷却速度。驱动电机15固定连接在连接座5底部，驱动电机15输出轴与凸轮 14通过花键固定连接，可带动凸轮14转动。凸轮14为椭圆状，外缘面与1号柱塞13的一个端面接触，可由驱动电机15带动转动，进而推动1号柱塞13往复运动。防护罩16由不锈钢材料制成，与连接座5、柱塞泵液压单元12固定连接，为半包围状，将驱动电机 15、凸轮14及1号柱塞13包围其中，起到安全与保护作用。
见图1与图4，本实施例的型芯冷却装置结构示意图与型芯冷却系统结构示意图，柱塞泵液压单元12是将由电动液压泵10过来的低压冷却液转变为高压冷却液输出给冷却液喷射器18的装置，分别与连接座5、防护罩16固定连接，其内包含蓄压器12-1、1号电磁阀12-2、1号单向阀12-3、2号单向阀12-4、压力传感器12-5及2 号电磁阀12-6等部件。
蓄压器12-1一侧与2号单向阀12-4连接，一侧与2号电磁阀12-6连接，用于吸收柱塞泵输出的液压波动，稳定冷却液喷射器18 的喷射压力。蓄压器12-1上设有一个压力传感器12-5，用于感知蓄压器12-1内冷却液的压力是否在正常值范围以内。1号电磁阀12-2 为两位两通常闭电磁阀，位于柱塞泵容腔与回液管6之间。当柱塞泵容腔压力高于设定值时，控制单元给1号电磁阀12-2供电使其打开，冷却液可由1号电磁阀12-2通过回液管6而回归至储液箱8。2号电磁阀12-6为两位两通常闭电磁阀，位于蓄压器12-1与冷却液喷射器18之间。2号电磁阀12-6通电导通时，蓄压器12-1与冷却液喷射器18导通，冷却液喷射器18得到高压冷却液而开始向型芯2冷却孔内喷射冷却液。1号单向阀12-3位于滤清器11与柱塞泵容腔之间，2号单向阀12-4位于蓄压器12-1与柱塞泵容腔之间。当柱塞泵容腔的容积变大时，柱塞泵容腔内的压力变低，此时1号单向阀12-3 导通、2号单向阀12-4关闭，由电动液压泵10过来的低压冷却液可以通过1号单向阀12-3进入柱塞泵容腔;当柱塞泵容腔的容积变小时，柱塞泵容腔内的压力变高，此时1号单向阀12-3关闭、2号单向阀12-4导通，将柱塞泵容腔内的高压冷却液压向蓄压器12-1。凸轮14在驱动电机15的作用下，往复地推动1号柱塞13移动，使得柱塞泵容腔的容积周期循环地变大和变小，进而不断地将吸入的电动液压泵10过来的低压冷却液转变为高压冷却液供给蓄压器12-1及冷却液喷射器18。当压力传感器12-5显示蓄压器12-1内压力过高时，控制单元使1号电磁阀12-2导通，柱塞泵容腔内高压冷却液由1号电磁阀12-2返回储液箱8内，这样可以阻止蓄压器12-1内压力进一步升高，且能起到安全保护的作用。
当该柱塞泵喷射式型芯冷却装置工作时，控制单元控制电动液压泵10工作，将储液箱8内的冷却液变为低压冷却液，经过滤清器11 供给柱塞泵液压单元12;柱塞泵液压单元12在驱动电机15、凸轮 14、1号柱塞13等的作用下，将低压冷却液转变为高压冷却液，输送至蓄能器12-1及2号电磁阀12-6;控制单元使得2号电磁阀12-6 得电导通，蓄能器12-1中的高压冷却液进入冷却液喷射器18;随着冷却液喷射器18内液体压力的增加，2号柱塞18-5受到的液压力大于回位弹簧18-7的弹力，从而带动针阀18-3克服弹簧力而移动，冷却液喷射器18喷口打开，将冷却液高速喷射至型芯2冷却孔内部，达到快速冷却型芯2的目的。同时，被喷射出的冷却液及其产生的蒸汽，由型芯2冷却孔、连接座5冷却腔、出液口4及回液管6等回流至散热器7，经过进一步冷却后回归到储液箱8内。控制单元根据温度传感器9传递的储液箱8内冷却液温度信号，控制散热器7的风扇停止或以不同的转速转动，进而使得储液箱8内冷却液温度趋于稳定。若储液箱8内冷却液温度高于最大允许值，控制单元则启动报警模式，提醒工作人员加以注意。此外，根据实际工作的情况及需求，该柱塞泵喷射式型芯冷却装置可以加设一个感知型芯温度的温度传感器，实现对型芯温度的闭环控制。该柱塞泵喷射式型芯冷却装置适用于多个型芯的冷却系统。
以上为本发明较佳的实施方式，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改，因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
