CN117840387B - 一种蒙皮点阵结构的精密铸造模具及生产方法 - Google Patents

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

一种蒙皮点阵结构的精密铸造模具及生产方法

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 (7)

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），所述垫片（7）的两端均设有倒角（12）；

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；

垫片（7）的外侧端面与蜡模（4）的外侧面齐平。

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：所述垫片（7）的水平截面为十字形、圆形或方形。

4.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）。

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。

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）。

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。