一种轻量化金属单元结构及金属构件的制作方法

1.本实用新型涉及金属结构制造领域，尤其涉及一种轻量化金属单元结构及金属构件。


背景技术：

2.金属粉末注射成型技术是将现代塑料注射成型技术引入粉末冶金领域而形成的一门新兴粉末冶金近净形成型技术。注射成型工艺是将固体粉末与有机粘结剂均匀混炼，经制粒后在加热塑化状态下用注射成型机注入模具腔内固化成形，然后用化学或热分解的方法将成型坯中的粘结剂脱除，最后经烧结致密化得到最终产品。而轻量化金属就是通过注射成型经烧结形成的最终产品，现有的通过粉末注射成型形成的轻量化金属大多为蜂窝状金属结构，蜂窝状金属结构抗挤压能力较差，其内部容易出现表面或内部缺陷，在受到较大强度的挤压时容易发生开裂，虽然蜂窝状金属结构在其他方面具有显著的优点，例如质轻，节省材料等，但是在一些特殊的领域，例如航天领域，其不仅要求轻量化，还要满足较高的强度要求。


技术实现要素：

3.本技术是为了解决现有的轻量化金属结构一般多为蜂窝状结构，然而，蜂窝状金属结构抗挤压能力较差，其内部容易出现表面或内部缺陷，在受到较大强度的挤压时容易发生开裂的问题，本技术设计一种轻量化金属单元结构及金属构件，其具体采用的技术方案为：
4.一种轻量化金属单元结构，其采用金属注射成型或金属压制成型等工艺制得，具体的包括：
5.上基板；
6.下基板，下基板与上基板分别为闭合的多边形结构，且上基板所在平面与下基板所在平面平行间隔设置，上基板与下基板的外接圆或内切圆的直径不同；
7.多个连接筋，各连接筋连接于上基板与下基板之间，且多个连接筋分别沿上基板的一周和下基板的一周间隔设置。
8.优选的，各连接筋分别连接于上基板和下基板对应的各自的拐角位置。
9.优选的，上基板的几何中心与下基板的几何中心之间的连线共同垂直上基板和下基板。
10.优选的，上基板的外接圆或内切圆直径大于下基板的外接圆或内切圆直径，上基板为其上设有通孔的镂空板，下基板为殷实板。
11.优选的，上基板的外接圆或内切圆的直径为下基板的外接圆或内切圆的直径的2倍。
12.优选的，连接筋连接于上基板的一端的横截面面积大于连接筋连接于下基板的一端的横截面面积。
13.优选的，连接筋的截面形状为三角形。
14.优选的，下基板为一多边形棱台结构，且下基板靠近上基板的表面尺寸大于下基板远离上基板的表面尺寸。
15.本技术还保护一种注射成型的轻量化金属构件，包括多个上述的轻量化金属单元结构，多个轻量化金属单元结构依次连接沿上基板或下基板所在平面四方连续延伸。
16.优选的，还包括：
17.上板，上板设置于上基板并与上基板平行设置；
18.下板，下板设置于下基板并与下基板平行设置。
19.本实用新型通过在上基板和下基板之间设置连接筋且沿其周向间隔设置，使其整体呈现出镂空的金属结构，提高金属材质的轻量化；同时，本技术还将上基板和下基板的尺寸设置为不同大小，配合连接筋，使得整个金属单元结构形成镂空的多棱台的结构，而两个相对位置的连接筋在上基板和下基板之间能够形成类似于三角形的结构，在受到较大挤压力时，能够承受更高的抗挤压强度，总体而言，该种形状的金属结构在提高材质轻量化的基础上增强该金属结构的强度，更加适应于要求强度较高的机械领域或航天领域等。
附图说明
20.图1为轻量化金属单元结构的立体图；
21.图2为轻量化金属单元结构的另一视角的立体图；
22.图3为轻量化金属构件的结构示意图。
23.图中，1、上基板，2、下基板，3、连接筋，4、上板，5、下板。
具体实施方式
24.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，对本实用新型进行详细阐述。
25.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。
26.如图1
‑
3所示，本技术为一种轻量化金属单元结构及金属构件，其利用金属注射成型工艺或金属压制成型工艺所制得，其中，注射成型的轻量化金属单元结构包括上基板1、下基板2和连接筋3。
27.其中，上基板1和下基板2分别为闭合的多边形结构，在本实施例中，上基板1和下基板2为正六边形结构；且上基板1所在平面与下基板2所在平面平行间隔设置，同时，上基板1与下基板2的外接圆或内切圆的直径不同，这不同于金属的蜂窝结构，而蜂窝状金属是含有大量的直通孔，直通孔状的蜂窝结构的连接强度低，抗挤压强度低。而且，连接筋3为多个，多个连接筋3沿上基板1一周和下基板2一周间隔设置，使得连接筋3、上基板1和下基板2之间形成镂空的六棱台结构，从而提高金属材质的轻量化。另外，通过上基板1和下基板2的尺寸不同，使得相对位置的连接筋3在上基板1和下基板2之间能够形成类似于三角形的结
构，在受到由下基板2至上基板1或由上基板1至下基板2方向上的较大挤压力时，能够承受更高的抗挤压强度。而在实际的受力过程中，受力方向也是由下基板2至上基板1的方向。总体而言，该种形状的金属结构在提高材质轻量化的基础上增强该金属结构的强度，更加适应于要求强度较高的机械领域或航天领域等。
28.然而，在一些实施例中，上述上基板1和下基板2还可以为三角形、四边形、五边形、七边形等等。
29.进一步的，上述各连接筋3分别连接于上基板1和下基板2对应的各自的拐角位置，因为在金属注射成型的过程中，其拐角处容易产生应力集中现象，也是最容易发生裂纹等现象，连接筋3连接在此处能够承受主要的挤压力，防止上基板1和下基板2过快的破坏。
30.进一步的，为了进一步的提高该轻量化金属结构的强度，将上基板1的几何中心与下基板2的几何中心之间的连线共同垂直上基板1和下基板2，这样能够保证挤压力的方向与连接筋3的方向在同一条直线上，提高该轻量化金属结构的抗挤压力能力。
31.进一步的，对于上述基板和下基板2的外接圆或内切圆的直径的不同，具体的是上基板1的外接圆或内切圆直径大于下基板2的外接圆或内切圆直径，同时上基板1为其上设有通孔的镂空板，该镂空板一则能够保证该金属结构的轻量化作用，二则，该金属结构在受到挤压力时，连接筋3的抗挤压能力强，从而提高了该金属结构的力学性能。另外，下基板2为殷实板，因为下基板2本身尺寸比上基板1的尺寸小，为了满足其结构强度，将其设置为实板。
32.进一步的，在本实施例中，上基板1与下基板2的尺寸设置为上基板1的外接圆或内切圆的直径为下基板2的外接圆或内切圆的直径的2倍，这就决定了连接筋3的在竖向方向的倾斜角度，这样不至于使得连接筋3的倾斜角度过小而与蜂窝状的直通孔差别很小，从而使得该轻量化金属的抗挤压强度降低。
33.进一步的，为了使得连接筋3更加适应于上基板1和下基板2之间尺寸大小，连接筋3连接于上基板1的一端的横截面面积大于连接筋3连接于下基板2的一端的横截面面积，这样能够保证连接筋3不会全部占据下基板2整个周向长度，保持连接筋3与连接筋3之间具有空间，形成镂空结构。
34.进一步的，为了提高连接筋3的强度，将连接筋3的截面形状设置为三角形形状，因为在实际受力时，连接筋3主要承受外力，三角形的连接筋3能够承受较大的力的作用。
35.进一步的，下基板2为一多边形棱台结构，且下基板2靠近上基板1的表面尺寸大于下基板2远离上基板1的表面尺寸，即在注射该轻质金属结构时，便于在注射该轻质金属结构时降低拔模难度。
36.然而，除了上述之外，本技术还保护一种注射成型的轻量化金属构件，它包括多个上述的轻量化金属单元结构，上述多个轻量化金属单元结构通过注射成型和烧结工艺沿上基板1或下基板2所在平面四方连续延伸形成金属板材结构或者金属棒，该种板材或者棒材可以用于航天等要求强度较高且轻量化的要求。
37.进一步的，在上基板1表面还设有上板4，在下基板2表面还设有下板5，上板4和下板5被用作保护层和受力作用面，避免内部金属结构直接裸露在外部容易破坏的现象，同时上板4、下板5和内部的金属结构形成整体的轻量化金属板或金属棒或者其他形状的轻量化金属构件，用以航天领域对轻量化金属构件的使用。
38.在具体制得金属板或金属棒时，可以将上述轻量化金属单元结构设置为多层，多层结构同时通过烧结工艺实现连接成为整体，进而满足不同厚度或高度要求的金属板或金属棒。
39.上述具体实施方式不能作为对本实用新型保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本实用新型实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本实用新型的保护范围内。
40.本实用新型未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。