CN117840387A - 一种蒙皮点阵结构的精密铸造模具及生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蒙皮点阵结构的精密铸造模具及生产方法,模具包括上模、中模和下模,中模内设有与蒙皮点阵结构形状相对应的蜡模,蜡模内设有金属元件,上模的顶部设有延伸至蜡模的上浇冒口,下模的底部设有延伸至蜡模的下浇冒口,蜡模的顶面和蜡模的底面上均嵌设有垫片;所述上模包括上框架,上框架的内侧设有上石膏板,上石膏板上设有上浇冒口。本发明具有生产速度快、能将元件镶嵌到蒙皮点阵结构中、铸造成功率高和铸造精度高的优点。
Description
技术领域
本发明属于蒙皮点阵结构板领域,尤其涉及一种蒙皮点阵结构的精密铸造模具及生产方法。
背景技术
随着航天技术的创新发展和与民用领域的深度融合,卫星通信、卫星导航、卫星遥感等逐步深度服务于民生领域的各行各业,培育了新的经济增长点。高强度、轻量化一直是卫星结构材料的追求目标。三维点阵结构是一种具有轻质、高比强度、高比刚度以及多功能潜力的新型结构材料。其中,蒙皮点阵结构是卫星结构板的理想材料,由两层薄壁蒙皮和中间规则排列的点阵结构构成。
作为卫星的框架结构材料,轻量化、高强度、高散热性已经成为行业内共识的基本要求。一方面,对于卫星的一些特定部件,出于强度和热应力的考虑,仅仅依靠材料本身的自然传热已经无法满足要求,需要外部设置一些主动强化传热方式;另一方面,航天设备如卫星上,均配备了温控系统,这些温控系统中须在卫星上安装额外的换热设备和管道,不但占据空间且重量冗杂,将换热管道内嵌在蒙皮点阵结构板中是个创新且高效的设计,不仅可以实现结构、热控、控制一体化,而且可以帮助卫星高效散热、控制和整体减重。这些嵌入的金属元件可以是热管、热控管、线缆管或液压管,通过换热介质在管道内的循环流动,导热和热对流结合的方式增强换热,以达到设备或结构的要求。
利用金属三维打印技术可以快速的制造出蒙皮点阵结构,但无法在内部镶嵌其他元件,如热管、热控管、线缆管或液压管,这无疑降低了蒙皮点阵结构的散热性。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种蒙皮点阵结构的精密铸造模具及生产方法。本发明具有生产速度快、能将元件镶嵌到蒙皮点阵结构中、铸造成功率高和铸造精度高的优点。
本发明的技术方案:一种蒙皮点阵结构的精密铸造模具,包括上模、中模和下模,中模内设有与蒙皮点阵结构形状相对应的蜡模,蜡模内设有金属元件,上模的顶部设有延伸至蜡模的上浇冒口,下模的底部设有延伸至蜡模的下浇冒口,蜡模的顶面和蜡模的底面上均嵌设有垫片。
前述的蒙皮点阵结构的精密铸造模具中,所述上模包括上框架,上框架的内侧设有上石膏板,上石膏板上设有上浇冒口。
前述的蒙皮点阵结构的精密铸造模具中,所述中模包括中框架,中框架内设有中石膏板,中石膏板位于蜡模内侧,垫片的内侧端嵌入到中石膏板中。
前述的蒙皮点阵结构的精密铸造模具中,所述垫片的两端均设有倒角,所述垫片的水平截面为十字形、圆形或方形。
前述的蒙皮点阵结构的精密铸造模具中,所述下模包括下框架,下框架的内侧设有下石膏板,下石膏板上设有下浇冒口。
前述的蒙皮点阵结构的精密铸造模具中,所述上浇冒口有多个,多个上浇冒口矩形阵列排布,所述下浇冒口有多个,多个下浇冒口矩形阵列排布。
前述的蒙皮点阵结构的精密铸造模具中,所述蜡模的顶面和蜡模的底面上均嵌设有多个矩形阵列排布的垫片,垫片的外侧端面与蜡模的外侧面齐平。
前述的蒙皮点阵结构的精密铸造模具中,所述垫片与上浇冒口的位置错开排布,垫片与下浇冒口的位置错开排布。
一种蒙皮点阵结构的生产方法,包括以下步骤,a、利用增材制造方法生产出蜡模,蜡模的结构与所要得到的蒙皮点阵结构相同,b、在蜡模中加工出与金属元件形状对应的腔体,c、在腔体内放入金属元件,d、采用熔模铸造的方法,在蜡模上包裹耐火材料,形成陶壳,焙烧,使蜡模熔化,陶壳内蜡模原先所在位置形成空腔,e、向陶壳内浇铸金属液体,金属液体在空腔中固化后形成毛坯件,f、去除毛坯件外部的陶壳,并对毛坯件进行整理,得到蒙皮点阵结构的成品。
前述的生产方法中,所述耐火材料由石膏或黏土的浇注料固化后形成;所述步骤a中,增材制造方法为SLA、MJM、3DP或FDM;所述步骤b中,金属元件为热管、热控管、线缆管或液压管,热管的材料为铜或铝;所述步骤e中,金属液体的材料为轻合金、黑色合金或高温合金。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:1)、将金属元件内置于蜡模中,通过加热的方式熔化蜡模,在模具中形成空腔,即可向内注入金属液体,通过铸造的方式成型出蒙皮点阵结构,提高蒙皮点阵结构的散热性,生产速度快。2)、通过在蜡模上下侧设置垫片,并使垫片的一端嵌入到中石膏板中,使中石膏板受到上下模的支撑,不易变形,当蜡模熔化后,中石膏板不易变形以及塌陷,确保中石膏板上蜡模熔化形成的空腔结构稳固,提高蒙皮点阵结构的铸造成功率以及铸造精度。3)、通过在垫片上设置倒角,使垫片稳固的镶嵌到蒙皮点阵结构中,不易松落掉落,进一步的提高蒙皮点阵结构的铸造成功率。
综上,本发明具有生产速度快、能将元件镶嵌到蒙皮点阵结构中、铸造成功率高和铸造精度高的优点。
附图说明
图1是实施例1的模具的正视结构示意图。
图2是实施例1的模具的爆炸示意图。
图3是图1在A处的放大图。
图4是水平截面为十字形的垫片的结构示意图。
图5是水平截面为圆形的垫片的结构示意图。
图6是水平截面为方形的垫片的结构示意图。
图7是垫片在蒙皮点阵结构内的示意图。
图8是加工出空腔的蜡模的结构示意图。
图9是放入金属元件的蜡模的结构示意图。
图10是蒙皮点阵结构的结构示意图。
图11是蒙皮点阵结构的剖视图。
图12是实施例3中的陶壳的正视示意图。
附图中的标记为:1-上模,2-中模,3-下模,4-蜡模,5-上浇冒口,6-下浇冒口,7-垫片,8-上框架,9-上石膏板,10-中框架,11-中石膏板,12-倒角,13-下框架,14-下石膏板,15-腔体,16-金属元件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明,但并不作为对本发明限制的依据。
实施例1.一种蒙皮点阵结构的精密铸造模具,如图1所示,包括上模1、中模2和下模3,中模2内设有与蒙皮点阵结构(用于卫星上)形状相对应的蜡模4,蜡模4内设有金属元件16,蜡模4的顶面和蜡模4的底面上均嵌设有多个矩形阵列排布的垫片7。
上模1包括上框架8,上框架8的内侧设有上石膏板9,上石膏板9的顶部设有延伸至蜡模4的上浇冒口5,上浇冒口5有多个,多个上浇冒口5矩形阵列排布,上浇冒口5与垫片7的位置错开排布。
中模2包括中框架10,中框架10内设有中石膏板11,中石膏板11位于蜡模4内侧。
垫片7的内侧端嵌入到中石膏板11中 ,垫片7的两端均设有倒角12,垫片7的水平截面为十字形、圆形或方形,垫片7的外侧端面与蜡模4的外侧面齐平。
下模3包括下框架13,下框架13的内侧设有下石膏板14,下石膏板14的底面上设有延伸至蜡模4的下浇冒口6,下浇冒口6有多个,多个下浇冒口6矩形阵列排布,下浇冒口6与垫片7的位置错开排布。
实施例1中给出的是一个模具的成品。该模具加热,使蜡模4熔化流出形成空腔,即可向空腔内浇注高温的金属液体,金属液体凝固后得到毛坯,对毛坯进行整理,去除多余材料后即可得到蒙皮点阵结构的成品。
实施例2.一种蒙皮点阵结构的生产方法,包括以下依次步骤,a、利用增材制造方法生产出蜡模4,蜡模4的结构与所要得到的蒙皮点阵结构对应,所述增材制造方法为SLA(光固化成型技术)、MJM(多喷嘴成型技术)、3DP(3D打印)或FDM(熔融沉积快速成型技术)。b、如图8所示,在蜡模4的顶面上加工出与金属元件16形状对应的腔体15,金属元件16为热管、热控管、线缆管或液压管,金属元件16为热管时的材料为铜或铝,在蜡模4的顶面和底面上加工出用于放置垫片7的沉孔,将垫片7嵌入到沉孔中。c、如图9所示,在腔体15内放入金属元件16,图9中省略了垫片7未示出。作为进一步的优选改进,腔体15的顶部用蜡(比如蜡片)填补、抹平,使腔体15封闭。d、取实施例1的中框架10,在中框架10的侧壁上开浇注口,将蜡模4放入蜡模中框架10中,蜡模4的高度与中框架10的高度相等,通过板材封闭中框架10的两侧开口,竖起中框架10,使浇注口朝上,将浇注料注入中框架10内,浇注料固化后即在蜡模4上包裹了耐火材料,形成了陶壳,浇注料采用石膏或黏土,当采用石膏时,陶壳相当于实施例1中的中石膏板11,拆除中框架10两侧的板材后,相当于得到了实施例1中的中模2。在灌注浇注料的过程中,为了避免浇注料进入到金属元件内部,可用塑料膜封闭管端。取实施例1中的上模1、下模3,与中模2合并在一起,即得到了实施例1中如图1所示的模具,模具放入炉中焙烧,使蜡模4熔化,蜡液从下浇冒口6排出,蜡模4熔化形成空腔。或者是,只将中模2放入炉中焙烧,蜡模4熔化形成空腔后,再与上模1、下模3合并成在一起形成实施例1的模具。e、通过上浇冒口5向空腔内注入高温的金属液体,金属液体的材料为轻合金、黑色合金或高温合金,金属液体固化后形成毛坯件,部分金属液体凝固到下浇冒口6中。f、拆除上模1和下模3,毛坯件留在中模2中,拆下中框架10,利用振动、冲击、水力和/或化学方法清理毛坯件外侧的浇注材料,再切出多余部分,得到蒙皮点阵结构的成品。
实施例2相较于实施例1,还包括了实施例1的模具的部分制作过程,主要是中模2的制作过程,上模1、下模3的制作为常规方法,不做赘述。
实施例3.一种蒙皮点阵结构的生产方法,包括以下步骤,a、利用增材制造方法生产出蜡模,蜡模的结构与所要得到的蒙皮点阵结构对应。b、如图8所示,在蜡模4的顶面上加工出与金属元件16形状对应的腔体15,金属元件16为热管、热控管、线缆管或液压管,热管的材料为铜或铝。c、如图9所示,在腔体15内放入金属元件16。作为进一步的优选改进,腔体15的顶部用蜡填补、抹平,使腔体15封闭。d、采用熔模铸造的方法,将蜡模4放入顶部留口的箱体中,箱体中浇注石膏或陶瓷浇注料,浇注料凝固后形成如图12所示的陶壳,取出陶壳,在陶壳的底部和顶部均开孔至蜡模4,焙烧陶壳,使蜡模4熔化,蜡液从陶壳的底部孔排出,蜡模原先存在位置形成空腔。e、在陶壳的顶部孔中浇铸金属液体,金属液体的材料为轻合金、黑色合金或高温合金,金属液体凝固后形成毛坯件。f、通过振动、切割、冲击、水力、化学处理等方法来去除毛坯件外部的陶壳,并对毛坯件进行整理,去除多余部分,得到蒙皮点阵结构的成品。
实施例1中的创造点包括如下:1、上下模均通过框架和包埋的石膏板组成,框架的作用是固定支撑石膏板,并与中模配合,框架可采用金属材料,上下模的石膏板中分布浇冒口,用以金属液体的流出或注入。中模由框架、蜡模、石膏板、垫片组成,中模的框架可采用金属材料。模具整体为三段式结构。2、蜡模可通过增材制造方法得到;蜡模包埋石膏后,在其上下对应蒙皮的位置机加工出用于放置垫片7的沉孔。沉孔的位置必须与上下模的浇冒口错开,孔的深度大于蒙皮厚度,即垫片7的内侧端可以埋入蜡模的石膏内部,防止垫片在浇铸过程受到流动的金属液体冲击产生横向移动。将垫片7放置在沉孔中并保证垫片7上表面与蜡模的表面齐平。垫片材质可以是与蒙皮点阵结构相同的金属材质,也可以是熔点更高的金属。3、模具中,上模1的下表面与下模3的上表面优选与蜡模4以及垫片7同时接触。垫片7的作用:(1)支撑作用,模具中的蜡模熔化分解后,如果没有垫片7,则蜡模内部的石膏板与上下模的石膏板之间出现间隙(即蒙皮的厚度),意味着蜡模内部的石膏板无任何支撑结构,容易变形以及塌陷,导致铸造失败;安装垫片7后,蜡模4被加热熔化分解,上模1的下表面与下模3的上表面与垫片7接触,蜡模4内部的石膏板通过垫片7被上下模支撑固定,形成稳固结构,提高铸造成功率;(2)决定蒙皮厚度,垫片的高度决定了中模石膏与上下模石膏的表面间隙,这些间隙在浇铸过程中会被金属液体填充,因此垫片7的高度决定了蒙皮的厚度,这对于蒙皮厚度的控制是个有效手段。
Claims (10)
1.一种蒙皮点阵结构的精密铸造模具,其特征在于:包括上模(1)、中模(2)和下模(3),中模(2)内设有与蒙皮点阵结构形状相对应的蜡模(4),蜡模(4)内设有金属元件(16),上模(1)的顶部设有延伸至蜡模(4)的上浇冒口(5),下模(3)的底部设有延伸至蜡模(4)的下浇冒口(6),蜡模(4)的顶面和蜡模(4)的底面上均嵌设有垫片(7)。
2.根据权利要求1所述的蒙皮点阵结构的精密铸造模具,其特征在于:所述上模(1)包括上框架(8),上框架(8)的内侧设有上石膏板(9),上石膏板(9)上设有上浇冒口(5)。
3.根据权利要求1所述的蒙皮点阵结构的精密铸造模具,其特征在于:所述中模(2)包括中框架(10),中框架(10)内设有中石膏板(11),中石膏板(11)位于蜡模(4)内侧,垫片(7)的内侧端嵌入到中石膏板(11)中。
4.根据权利要求3所述的蒙皮点阵结构的精密铸造模具,其特征在于:所述垫片(7)的两端均设有倒角(12),所述垫片(7)的水平截面为十字形、圆形或方形。
5.根据权利要求1所述的蒙皮点阵结构的精密铸造模具,其特征在于:所述下模(3)包括下框架(13),下框架(13)的内侧设有下石膏板(14),下石膏板(14)上设有下浇冒口(6)。
6.根据权利要求1所述的蒙皮点阵结构的精密铸造模具,其特征在于:所述上浇冒口(5)有多个,多个上浇冒口(5)矩形阵列排布,所述下浇冒口(6)有多个,多个下浇冒口(6)矩形阵列排布。
7.根据权利要求1所述的蒙皮点阵结构的精密铸造模具,其特征在于:所述蜡模(4)的顶面和蜡模(4)的底面上均嵌设有多个矩形阵列排布的垫片(7),垫片(7)的外侧端面与蜡模(4)的外侧面齐平。
8.根据权利要求1所述的蒙皮点阵结构的精密铸造模具,其特征在于:所述垫片(7)与上浇冒口(5)的位置错开排布,垫片(7)与下浇冒口(6)的位置错开排布。
9.一种蒙皮点阵结构的生产方法,其特征在于:包括以下步骤,
a、利用增材制造方法生产出蜡模(4),蜡模(4)的结构与所要得到的蒙皮点阵结构相同,
b、在蜡模(4)中加工出与金属元件(16)形状对应的腔体(15),
c、在腔体(15)内放入金属元件(16),
d、采用熔模铸造的方法,在蜡模(4)上包裹耐火材料,形成陶壳,焙烧,使蜡模(4)熔化,陶壳内蜡模(4)原先所在位置形成空腔,
e、向陶壳内浇铸金属液体,金属液体在空腔中固化后形成毛坯件,
f、去除毛坯件外部的陶壳,并对毛坯件进行整理,得到蒙皮点阵结构的成品。
10.根据权利要求9所述的生产方法,其特征在于:所述耐火材料由石膏或黏土的浇注料固化后形成;所述步骤a中,增材制造方法为SLA、MJM、3DP或FDM;所述步骤b中,金属元件(16)为热管、热控管、线缆管或液压管,热管的材料为铜或铝;所述步骤e中,金属液体的材料为轻合金、黑色合金或高温合金。
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- 2024-03-08 CN CN202410265794.8A patent/CN117840387A/zh active Pending
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