CN113275572B - 一种轻量化金属结构、金属构件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请为一种轻量化金属结构、金属构件及其制备方法，属于金属成型工艺，其中金属结构包括多个金属基板，各金属基板由多个金属结构单元按照设定的方向排列、连接而成，多个金属基板规律排列且延伸形成金属结构；金属构件是多个金属结构对准拼合连接而成，制备方法是：先提供一种模具，模具具有内腔，内腔由规律排列的单元腔形成；向模具的内腔内注射金属粉末混合料；待形成坯体，然后进行烧结前处理；将多个坯体对准拼合、烧结，形成整体的轻量化金属构件；通过上述制备方法制备的金属构件能够在不损坏其自身完整性的同时满足使用厚度或尺寸的要求，形成具有一定厚度的金属板或金属棒等。

Description

一种轻量化金属结构、金属构件及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属成型工艺领域，尤其涉及一种轻量化金属结构、金属构件及其制备方法。

背景技术

现有的金属成型方式主要有铸造、塑性成型、切削加工、焊接加工以及粉末冶金等方法。其中粉末冶金即金属粉末注射成型是以金属粉末或金属粉末与非金属粉末混合物作为原料，经过成形和烧结制备金属材料的方法。金属粉末注射成型工艺一般是通过混炼--成型--脱脂--烧结工艺最终形成致密的最终产品。而现有的利用金属注射成型的金属结构在有些情况下不满足使用要求，例如金属结构形成的金属板或金属棒的厚度不满足使用条件，因此，金属结构在注射成型后一般还要通过后续的处理将多个金属结构拼合为整体来满足使用要求，但是现有技术中对于注射成型后的金属结构拼合并无较好的方法实现，有的是采用焊接的方式，但是这些方式会损坏其金属结构自身的完整性，并且连接强度也不高，也容易发生开裂现象。

发明内容

本申请是为了解决现有的金属注射成型工艺制备轻量化金属结构及金属构件之后，其直接制备的金属构件不满足使用尺寸或使用厚度的要求，现有技术一般是直接通过烧结或焊接的方式实现，但是这些方式会损坏其金属结构自身的完整性，而造成连接强度不高，也容易发生开裂的现象的问题，本申请设计一种轻量化金属结构、金属构件及其制备方法，其中，轻量化金属结构具体的技术方案为：

一种轻量化金属结构，包括：

多个金属基板，各金属基板由多个金属结构单元按照设定的方向排列而成，多个金属基板规律排列且延伸形成金属结构；

多个第一金属连接筋，各第一金属连接筋连接于多个金属基板之间。

优选的，各金属结构单元包括：

上基板和下基板；上基板和下基板为闭合且规则的框形，上基板所在平面和下基板所在平面平行间隔设置；

多个第二金属连接筋，各第二金属连接筋连接于上基板和下基板之间。

优选的，上基板的几何中心与下基板的几何中心之间的连接共同垂直上基板和下基板。

优选的，上基板和下基板形状相似且大小不同。

本申请还包括一种轻量化金属构件，至少包括两组上述的轻量化金属结构，各组轻量化金属结构具有连接区域，还包括：

连接件，连接件连接于相邻的两组轻量化金属结构的连接区域之间。

本申请还保护一种轻量化金属结构及金属构件的制备方法，包括如下步骤：

a、提供一种模具，模具具有内腔，内腔由规律排列的单元腔形成；

b、向模具的内腔内注射金属粉末混合料；

c、待形成坯体，从模具内取出，进行烧结前处理；

d、将多个坯体对准拼合、烧结，形成整体的轻量化金属构件。

优选的，在步骤d中，将多个坯体在水平方向上对准、拼接，同时将多个坯体在竖直方向交错设置，使得沿水平方向对准的坯体之间的连接处在竖直方向交错设置；

烧结对准、拼接后的坯体，使得形成整体的轻量化金属构件。

优选的，在步骤c中，在模具中形成的各坯体时，即在靠近边沿的位置形成有连接槽，将坯体从模具中取出；

在多个坯体对准拼接，在相邻的连接槽之间插入连接筋；

烧结，拼接后的坯体，使得形成整体的轻量化金属构件。

优选的，上述连接槽为U型槽。

优选的，在步骤c中，形成的各坯体在其相对的两边沿分别形成有连接柱和连接孔；

在步骤d中，将多个坯体对准、拼合时，其中一个坯体的连接柱插入另一个坯体的连接孔内；

将多个拼接后的坯体形成的整体进行烧结，得到整体规律排列的金属构件。

本发明通过金属注射成型制备规律排列的轻量化金属结构，同时通过模具金属注射成型的方式在坯体上形成连接区域，将多个坯体的连接区域通过嵌入金属或插入其他坯体或连接筋，增加多个坯体之间的连接点，从而将多个金属结构连接成厚度要求不同的金属板或金属棒等，这种连接的方式有效的与坯体融合为一体，连接强度高，在不损坏其金属结构自身完整性的前提下加强连接效果，不容易产生开裂的现象，连接强度高。

附图说明

图1为轻量化金属结构之间其中一种连接方式的结构示意图；

图2为图1中的仰视图；

图3为轻量化金属结构之间另一种连接方式的结构示意图；

图4为轻量化金属结构之间另一种连接方式的结构示意图。

图中，1、轻量化金属结构，101、金属基板，101a、上基板，101b、第二金属连接筋，101c、下基板，102、第一金属连接筋，2、连接柱，3、连接孔，4、连接区域，5、连接槽，6、连接筋。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式并结合附图，对本发明进行详细阐述。

另外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-4所示的，本申请为保护主题为一种轻量化金属结构、金属构件及其制备方法。其中，轻量化金属结构1，包括多个金属基板101和多个第一金属连接筋102。

其中，上述各金属基板101可以由多个金属结构单元按照设定的方向排列而成，这里多个金属结构单元按照设定的方向可指向前、或后、或左或右的方向延伸形成金属结构，此处的金属结构单元可以为金属直杆，或者为V形框架或者波浪形框架如图3-4所示的，或者四棱台、六棱台等多棱台结构如图2所示的、或者也可以为圆台等结构，而由此金属结构单元规律排列形成的金属基板101多为线性金属杆或线性的金属框架等。而金属结构则是由多个金属基板101四方连续排列所形成，这里的四方连续指的是向前、向后、向左或向右等延伸，在金属基板101与金属基板101之间利用多个第一金属连接筋102连接，使得形成整体的金属结构，该金属结构整体为微观下金属结构单元规律排列的镂空金属板或金属棒，其可以在不降低强度的基础上提高轻质化效果。

在本申请中进一步的，上述各金属结构单元包括上基板101a、下基板101c和多个第二金属连接筋101b。其中，上基板101a和下基板101c为闭合且规则的框形，例如为三角形、四边形、五边形、六边形等多边形形状，甚至在极限情况下为圆形等形状，上基板101a所在的平面和下基板101c所在的平面平行间隔设置，同时第二金属连接筋101b连接在上基板101a和下基板101c之间，第二金属连接筋101b、上基板101a和下基板101c能够形成镂空的棱台结构，进而提高金属材质的轻量化，同时，还能够承受更高的挤压力，更适用于要求较高的机械领域或航天领域等。

进一步的，上基板101a的几何中心与下基板101c的几何中心之间的连接共同垂直上基板101a和下基板101c，能够保证在垂直上基板101a和下基板101c的方向上具有更高的抗挤压力，避免因错位，从而第二金属连接筋101b在垂直上基板101a和下基板101c的方向上倾斜，当受到外部挤压时，容易造成上基板101a和下基板101c之间更大的错位，从而造成上基板101a和下基板101c之间发生相对位移。

进一步的，上基板101a和下基板101c形状相似且大小不同，这样能够增加金属结构单元的结构稳定性和强度。

本申请还包括一种轻量化金属构件，至少包括两组上述的轻量化金属结构1，各组轻量化金属结构1的边沿具有连接区域4，还包括连接件，连接件连接于相邻的两组轻量化金属结构1的连接区域4之间，从而形成整体的厚度较大或者尺寸较大的金属板或金属棒，本申请中轻量化金属结构1的形成以及两组或者更多组轻量化金属结构1之间的连接是通过如下制备方法获得的，通过如下方法制备的金属构件连接强度高，稳定性好，能够承受更大的外部载荷。

本申请还保护一种轻量化金属结构1及金属构件的制备方法，包括如下步骤：

a、提供一种模具，模具具有内腔，内腔由规律排列的单元腔形成，该单元腔的形状为多棱台结构，甚至在极限情况下为圆台结构，或者还可以为V型腔，或者还可以为直线型腔。

b、向模具的内腔内注射金属粉末混合料，此处的注射采用高压注射，其注射压力在5MPa-10MPa左右，具体注射压力根据其金属材料的性质具体设置，该混合料即为金属粉末与粘结剂之间的混合料。

c、待形成坯体，从模具内取出，进行烧结前处理，此处的烧结前处理可指脱脂工艺。

d、将多个坯体对准拼合、烧结，在烧结时，烧结温度在1300°左右，对于烧结温度的设定具体根据不同金属材质的性质来决定，烧结完成后形成整体的轻量化金属构件。通过上述制备方法制备的轻量化金属构件能够适应对轻量化金属结构1不同厚度和尺寸的要求，在需要较大厚度或尺寸的金属板或金属棒时，则通过上述制备方法将制备的单个轻量化金属结构1连接在一起，以实现增大金属结构厚度及尺寸的目的。

在一个实施例中，如图3所示的，在步骤d中，为了满足轻量化金属结构1不同厚度和尺寸的要求，在将多个坯体连接时，在烧结之前，将上述多个坯体在水平方向上对准、拼接，同时还将多个坯体在竖直方向交错设置，使得沿水平方向对准的坯体之间的连接区域4在竖直方向交错设置；

然后烧结对准、拼接后的坯体，在烧结时，上层的坯体刚好将下层的坯体之间的连接区域4覆盖，在烧结时，不仅能够将水平方向的两个坯体烧结为整体，还能够保证下层的两个坯体共同与上层的坯体烧结为整体，由于连接区域4交错设置，上层坯体和下层坯体相互作用，减小水平方向上的两个坯体之间的收缩量，提高整个轻量化金属构件的强度。

在一个实施例中，如图4所示的，上述水平方向的两个坯体之间的连接还可以采用以下方式，具体的，在步骤c的模具中形成各坯体时，在靠近坯体边沿的连接区域4位置则就形成有连接槽5，该连接槽5在本实施例中为U型槽，然后将坯体从模具中取出；

在烧结坯体时，将多个坯体对准拼接时，在相邻的连接槽5之间插入连接筋6，该连接筋6的形状是于连接槽5匹配的倒U型连接筋6，连接筋6将坯体先连接；

然后再进行烧结拼接后的坯体，这样连接筋6就与坯体烧结为一体，形成整体的轻量化金属构件，连接筋6还能够降低烧结后两个坯体之间的收缩量，提高轻量化金属构件的强度。

然而，在其他实施例中，上述连接槽5的形状不仅仅局限于U型，还可以为梯形、方形等等。

在一个实施例中，如图1-2所示的，对于水平方向的两个坯体之间的连接还可以采用以下方式，具体的，在步骤c中，形成的各坯体在其相对的两边沿分别形成有连接柱2和连接孔3；

在步骤d中，将多个坯体对准、拼合时，其中一个坯体的连接柱2及其上挂钩插入另一个坯体的连接孔3内；

然后将多个拼接后的坯体形成的整体进行烧结，烧结时，连接柱2与连接孔3之间的接触面积进一步增加，在烧结时，多个坯体之间烧结为整体，得到整体规律排列的金属构件，其连接强度大大提高。

上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种轻量化金属结构，其特征在于，包括：

多个金属基板，各所述金属基板由多个金属结构单元按照设定方向排列而成，多个所述金属基板规律排列且延伸形成金属结构；

多个第一金属连接筋，各所述第一金属连接筋连接于多个所述金属基板之间；

各所述金属结构单元包括：

上基板和下基板；所述上基板和下基板为闭合且规则的框形，所述上基板所在平面和下基板所在平面平行间隔设置；

多个第二金属连接筋，各所述第二金属连接筋连接于上基板和下基板之间，第二金属连接筋、上基板和下基板能够形成镂空的棱台结构；

所述上基板的几何中心与所述下基板的几何中心之间的连接共同垂直所述上基板和所述下基板；

所述上基板和所述下基板形状相似且大小不同。

2.一种轻量化金属构件，其特征在于，至少包括两组权利要求1所述的轻量化金属结构，各所述轻量化金属结构具有连接区域，还包括：

连接件，所述连接件连接于相邻的两组所述轻量化金属结构的连接区域之间。

3.一种轻量化金属构件的制备方法，用于制备权利要求2所述的轻量化金属构件，其特征在于，包括如下步骤：

a、提供一种模具，所述模具具有内腔，所述内腔由规律排列的单元腔形成；

b、向所述模具的内腔内注射金属粉末混合料；

c、待形成坯体，从模具内取出，进行烧结前处理；

d、将多个坯体对准拼合、烧结，形成整体的轻量化金属构件；

在步骤d中，将多个所述坯体在水平方向上对准、拼接，同时将多个所述坯体在竖直方向交错设置，使得沿水平方向对准的所述坯体之间的连接处在竖直方向交错设置；

烧结对准、拼接后的所述坯体，使得形成整体的轻量化金属构件；

在步骤c中，在模具中形成各坯体时，即在靠近边沿的位置形成有连接槽，将坯体从模具中取出；

在步骤d中，在多个坯体对准拼接时，在相邻的连接槽之间插入连接筋；

烧结拼接后的坯体，使得形成整体的轻量化金属构件。

4.根据权利要求3所述的一种轻量化金属构件的制备方法，其特征在于，所述连接槽为U型槽。

5.根据权利要求3所述的一种轻量化金属构件的制备方法，其特征在于，在步骤c中，形成的各坯体在其相对的两边沿分别形成有连接柱和连接孔；

在步骤d中，将多个坯体对准、拼合时，其中一个所述坯体的所述连接柱插入另一个所述坯体的连接孔内；

将多个拼接后的所述坯体形成的整体进行烧结，得到整体规律排列的金属构件。