CN111842849B - 工件加工模具、工件加工方法及埋管结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工件加工模具、工件加工方法及埋管结构，旨在实现埋管制造时不同管路的精确定位，提升埋管的制造能力和应用范围。具体的，先要制作工件加工模具，包括上模、下模和定位装置，定位装置包括上定位结构和/或下定位结构，上定位结构形成于上模，下定位结构形成于下模，上定位结构和/或下定位结构的形态与管路形状一致；然后执行合模工艺，将管路埋入上模和下模之间，并利用上定位结构和/或下定位结构定位固定管路；最后执行预定的处理工艺，例如利用模具材料的局部热熔，或金属型铸造或砂型铸造等工艺，得到埋管结构；这样做定位效果好，定位精度高，而且能够实现各种管路的定位，并克服了现有难以定位异型管路或大幅面管路的问题。

Description

工件加工模具、工件加工方法及埋管结构

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种工件加工模具、工件加工方法及埋管结构。

背景技术

对于工程应用中的水冷或空冷需求，需要制造内部带有管路的金属薄壁件。此类埋管零件内部通水或者通气，与外部形成热交换而达到冷却的目的。

为了较好的散热，埋管零件的外壁需要在满足强度需求的前提下尽可能地薄，而且由于埋管零件的内壁需要接触水或者气，因此内壁管路材料存在一定限制，但在工程上往往又需要导热性较高的金属冷盘，比如铝质或铜质冷盘。铝质或铜质冷盘虽然导热效果好，但是在水冷过程可能会发生电化学腐蚀。为此，工程上也有采用不锈钢材质冷盘，此虽然抗腐蚀能力较强，但是导热性远不如铝或者铜。

因此，兼具导热性和耐腐蚀性的金属冷盘已成为当前的发展趋势。但是现有较成熟的冷盘制造工艺存在管与管之间的间隙较厚、工艺难度高、成品率低、基体与管路之间贴合不紧密等问题，且内部可埋的金属管有限，这些极大地限制了埋管类零件的制造能力与应用范围。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的一个目的在于提供一种工件加工方法，旨在制造一种能够兼顾耐腐蚀性和导热性的埋管结构，从而满足水冷或空冷的需要。

本发明的另一个目的在于提供一种工件加工方法，旨在简化埋管的制造工艺，降低制造成本。

本发明的又一个目的在于提供一种工件加工方法，旨在实现薄壁埋管的加工制造，降低薄壁埋管制造的报废率。

本发明的还一个目的在于提供一种采用上述工件加工方法制备而成的埋管结构，可减少埋管结构加工时的报废率，并提高埋管结构的冷却和耐腐蚀性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种工件加工方法，包括：

制作上模、下模和定位装置，所述定位装置包括上定位结构和/或下定位结构，所述上定位结构形成于所述上模，所述下定位结构形成于所述下模上，且所述上定位结构和/或所述下定位结构的形态与管路形状一致；

执行合模工艺，将管路埋入所述上模和下模之间，并利用所述上定位结构和/或下定位结构将所述管路进行定位固定；

执行预定的处理工艺，得到一埋管结构。

在一个实施例中，所述定位装置包括上定位结构和下定位结构，所述上定位结构为形成于所述上模的上定位槽，所述下定位结构为形成于所述下模的下定位槽，所述上定位槽与所述下定位槽合围的形状与所述管路的形状一致；

所述执行合模工艺的步骤包括：将所述管路埋入所述上模和下模之间，并利用所述上定位槽和下定位槽同时对所述管路进行定位固定；

所述执行预定的处理工艺的步骤包括：执行加热工艺，对所述管路进行加热，以使所述管路将其周围的上模和下模材料熔化，而使得所述上模、下模和管路相接合，得到一埋管结构。

可选的，在执行合模工艺时，还包括对上模和下模进行机械固定；或者，当所述上模、下模和管路相接合后，还包括对上模和下模进行机械固定。

可选的，先执行加热工艺，后执行合模工艺。

可选的，先执行加热工艺，后执行合模工艺的步骤包括：

合模之前，先将所述管路加热至一目标温度，该目标温度高于上模和下模的熔点且低于管路的熔点；

然后，将加热过的管路定位固定在上模和下模之间进行合模，得到所述埋管结构。

可选的，合模之前，还对上模和下模进行预热，预热的温度低于上模和下模的熔点。

可选的，先执行合模工艺，后执行加热工艺。

可选的，后执行加热工艺的步骤包括：

合模之后，单独加热管路至一目标温度，该目标温度高于上模和下模的熔点且低于管路的熔点；

然后，将管路维持在目标温度下，且经过一段时间后停止加热。

可选的，所述单独加热管路至一目标温度的步骤包括：

先加热管路，以使管路、上模和下模的温度均达到第一目标温度，第一目标温度低于上模和下模的熔点；

然后将管路迅速加热至第二目标温度，第二目标温度高于上模和下模的熔点且低于管路的熔点。

在另一个实施例中，所述定位装置包括上定位结构和下定位结构；所述上定位结构包括多个上定位柱，多个所述上定位柱在管路一侧沿着管路分布且分布形状与管路形状一致；所述下定位结构包括多个下定位柱，多个所述下定位柱在管路另一侧沿着管路分布且分布形状与管路形状一致；所述下定位柱和上定位柱的位置和数量相对应；

在制作上模和下模时，还包括在下模上制作下凹槽，以及在上模上制作上凹槽，且所述上凹槽与所述下凹槽合围的形状与所述管路的形状一致；

所述执行合模工艺的步骤包括：先将所述管路埋入所述上模和下模之间，并利用所述上凹槽和下凹槽同时对所述管路进行预定位；然后利用多个所述下定位柱和多个所述上定位柱分别从两侧对所述管路进行压紧固定，得到一工件；

所述执行预定的处理工艺的步骤包括：

执行金属型铸造工艺，对所述工件进行加热，得到一埋管结构。

可选的，在制作上模和下模时，还包括：将上模制作成上模本体和上金属型，以及将下模制作成下模本体和下金属型；

所述执行合模工艺的步骤包括：

先执行第一次合模工艺，将所述管路埋入所述上模本体和下模本体之间，并利用所述上凹槽和下凹槽对管路进行预定位，得到第一工件；

然后执行第二次合模工艺，将所述第一工件埋入所述上金属型和下金属型之间，得到第二工件；

之后执行定位工艺，使多个所述下定位柱依次穿过所述下金属型和下模本体后与所述管路的底部接触，且使多个所述上定位柱依次穿过所述上金属型和上模本体后与所述管路的顶部接触，得到第三工件；

且在执行金属型铸造工艺时，对所述第三工件进行加热，使所述上模本体和所述下模本体完全熔化，得到所述埋管结构。

可选的，在执行第二次合模工艺时，利用合型装置实现所述上金属型和下金属型的对接。

在其他实施例中，所述定位装置包括下定位结构，所述下定位结构包括多个下定位夹具，多个所述下定位夹具在管路一侧沿着管路分布且分布形状与管路形状一致；所述执行合模工艺的步骤包括：

将所述管路埋入所述上模和所述下模之间，并利用多个所述下定位夹具从一侧对所述管路进行夹持固定，得到一工件；

所述执行预定的处理工艺的步骤包括：

执行砂型铸造工艺，向所述工件浇铸金属液，得到一埋管结构。

可选的，制作上模和下模时，还包括：将上模制作成砂型，并将下模制作成下模本体和下金属型，下模本体也为砂型；

执行合模工艺时，先将下模本体置于下金属型之上，使多个所述下定位夹具穿过下模本体进入下模本体的型腔；

然后将管路置于多个所述下定位夹具之上进行夹持固定而定位在所述型腔内；

之后将上模和下模本体进行对接实现合模，得到所述工件。

进一步的，本发明还提供了一种埋管结构，采用前述任一项所述的工件加工方法制备而成。

可选的，所述埋管结构包括基体和埋于所述基体内的管路，所述管路的材料为不锈钢，所述基体的材料为铝合金。

进一步的，本发明还提供了一种工件加工模具，包括上模、下模和定位装置，所述定位装置包括上定位结构和/或下定位结构，所述上定位结构设置在所述上模上，所述下定位结构设置在所述下模上，所述上定位结构和/或所述下定位结构的形态与管路形状一致，且所述管路通过所述上定位结构和/或所述下定位结构定位固定在所述上模和所述下模之间。

可选的，在所述工件加工模具中，所述定位装置包括上定位结构和下定位结构，所述上定位结构形成于所述上模的上定位槽，所述下定位结构为形成于所述下模的的下定位槽，所述上定位槽与所述下定位槽合围的形状与所述管路的形状一致。

可选的，在所述工件加工模具中，还包括固定装置，用以机械连接所述上模和所述下模。

可选的，在所述工件加工模具中，还包括加热装置，用以加热管路。

可选的，在所述工件加工模具中，所述定位装置包括上定位结构和下定位结构，所述上定位结构包括多个上定位柱，多个所述上定位柱在管路一侧沿着管路分布且分布形状与管路形状一致，所述下定位结构包括多个下定位柱，多个所述下定位柱在管路另一侧沿着管路分布且分布形状与管路形状一致，且所述下定位柱和上定位柱的位置和数量相对应；

多个所述上定位柱用以穿过所述上模而压抵管路的一侧，多个所述下定位柱用以穿过所述下模而压抵管路的另一侧。

可选的，在所述工件加工模具中，所述上模包括上模本体和上金属型，所述下模包括下模本体和下金属型，所述上金属型、上模本体、下模本体和下金属型用以依次排列，且管路定位在所述上模本体和所述下模本体之间；

其中，多个所述上定位柱与所述上金属型连接并穿过所述上模本体后与所述管路的顶部接触，多个所述下定位柱与所述下金属型连接并穿过所述下模本体后与所述管路的底部接触。

可选的，在所述工件加工模具中，所述下金属型具有一型腔，所述上模本体、管路和下模本体依次排列后容置在所述型腔中；

其中，所述下模本体上形成有下凹槽，所述上模本体上形成有上凹槽，且所述上凹槽与所述下凹槽合围的形状与所述管路的形状一致，所述管路通过下凹槽和上凹槽预定位在所述上模本体和下模本体之间。

可选的，在所述工件加工模具中，所述定位装置包括下定位结构，所述下定位结构包括多个下定位夹具，多个所述下定位夹具在管路一侧沿着管路分布且分布形状与管路形状一致；多个所述下定位夹具用以穿过所述下模而夹持管路进行固定。

可选的，在所述工件加工模具中，所述下模包括下模本体和下金属型，所述下模本体和上模均为砂型，且所述下模本体具有一型腔，多个所述下定位夹具在所述型腔内按照管路的形状分布。

本发明提供的工件加工模具以及工件加工方法及其制备的埋管结构，利用定位装置中的上定位结构和/或下定位结构将管路定位在上模和下模之间，由于上定位结构和/或下定位结构的形态与管路形状一致，因此可实现不同形状和尺寸的管路的精确定位，以此提高埋管结构的应用范围，并通过管路的精确定位实现薄壁埋管的制造，降低薄壁埋管结构的制造难度。

在一种实施例中，通过对管路进行加热，使上模、下模和管路接合在一起，这样做可使基体和管路贴合紧密，从而提高埋管结构的冷却性能，并利用模具材料直接形成基体，还提高了材料利用率，降低了生产成本。

在另一种实施例中，通过执行金属铸造工艺来得到埋管结构，不仅管路间的间隙小，使同等面积下可以在基体内排布更多管路，进一步提升埋管的冷却性能，而且通过上、下定位柱从两侧对管路尤其是异型管或大副面的管子进行定位，定位精度高，较大提升了埋管制造的加工精度。

在又一种实施例中，通过执行砂型铸造工艺来得到埋管结构，不仅工艺过程简单，加工成本低，而且易于实现异型管或大副面管子的砂型铸造，较大提升了砂型铸造埋管的能力和应用范围。

附图说明

附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：

图1是现有的异形管的结构示意图；

图2a是本发明实施例一中工件加工模具的分解示意图；

图2b是图2a所示工件加工模具的组装示意图；

图3a是本发明实施例二中工件加工模具的分解示意图；

图3b是图3a所示工件加工模具的组装示意图；

图3c是本发明实施例二中对管路进行定位的原理图；

图4a是本发明实施例三中工件加工模具的分解示意图；

图4b是图4a所示的工件加工模具的组装示意图；

图4c是本发明实施例三中从下方对管路进行夹持的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施对本发明作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚，能够帮助本领域技术人员全面、有效地了解本发明的实质内容，达到在知悉本发明内容的情况下重复实现所述技术方案的程度。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如在本说明书和所附权利要求中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本说明书和所附权利要求中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。术语“多个”通常以包括两个或两个以上的含义而进行使用的。

如背景技术，现有冷盘制造工艺存在诸多问题，极大地限制了冷盘类零件的制造能力与应用范围。具体来说，当前冷盘制造工艺主要有四种：

第一种为机加工：主要通过机加工在零件内部形成流道。此方法中，首先需要在零件上设置工艺孔或者工艺槽，之后再将刀具伸入孔槽中进行镂空来形成流道，工艺复杂，加工成本高，而且限于工艺孔槽的大小和刀具可机加工的位置，导致可加工的零件形状有限，无法在零件内部形成形状复杂、自由的流道(如S型、U型、C型等)，而且也不适宜加工薄壁零件，报废率高。除此之外，依赖机加工制造的金属冷盘的材质通常为一种材料(主要是不锈钢)，不能兼顾耐腐蚀性和导热性。

第二种为机加工后再焊接。先加工形成表面带有凹槽的多个部件，之后再将这些部件焊接在一起。然而，此方式在焊接处存在泄漏的风险，而且焊缝处变形大，尤其是薄壁件的焊接，因此，报废率高。不仅于此，该方式形成的金属冷盘的材质也限于一种材料，也不能兼顾导热性和耐腐蚀性。

第三种为埋管砂型铸造。基于传统砂型铸造工艺，在模具内部埋管路后再浇铸金属液。此方式虽能得到内外材质不同的金属冷盘，但在壁面贴合处会存在缝隙，从而影响导热。而且由于金属液铸造本身限制，需要在管路之间预留较大缝隙，铸造出的管路与管路之间的间隙较厚，也进一步降低了导热能力。并且该方式也不能埋入弯管，这是因为当前只在弯管的两端进行固定，而弯管本身容易在砂型内部发生偏移，如在金属液的冲击下发生偏移，从而影响铸造精度，而且适用材料有限。还有，埋管铸造还需要考虑埋管定位，不能埋入悬空较多、偏心较远、重量过重的管路，例图1所示的异形管10便无法定位。当然工艺过程也较为复杂，还容易产生铸造缺陷，产品的报废率高。

第四种为3D打印。3D打印能够通过逐层堆叠材料的方式制造复杂形状的管路。但是3D打印可应用的金属材料种类较少，而且3D打印金属无法在无支撑的前提下打印在重力方向悬空的空腔结构。而在打印0.3mm以下薄壁结构时也容易因烧结不足而变形，进而导致壁面存在孔洞或者裂纹等缺陷。此外，在打印悬空直径超过8mm的孔洞结构时，需要添加金属支撑，不适合做大管径大悬空面的腔体件。另外3D打印成本高昂，材料只能为一种，成型能力有限，且组织不稳定，有渗漏风险，应用限制较大。

基于上述研究，本发明实施例提出一种工件加工模具，包括上模、下模和定位装置，其中，定位装置包括上定位结构和/或下定位结构，上定位结构设置在上模上，下定位结构设置在下模上，且所述上定位结构和/或所述下定位结构的形态与管路形状一致。这里，定位装置的形态包括了形状和分布方式：当定位装置同时包括上定位结构和下定位结构时，上定位结构和下定位结构在模具合模时合围的形状与管路形状一致，即实施例一；或者，当定位装置同时包括上定位结构和下定位结构时，上定位结构和下定位结构的分布方式均与管路形状一致，即沿着管路分布，即实施例二和三；又或者，当定位装置仅包括上定位结构或下定位结构时，上定位结构或下定位结构的分布方式与管路形状一致，也即沿着管路分布，即实施例三。

本发明实施例还提出了一种工件加工方法，包括：

先制作上述工件加工模具；然后执行合模工艺，将管路埋入上模和下模之间，并利用上定位结构和/或下定位结构定位固定管路；最后执行预定的处理工艺，得到埋管结构。

本发明实施例中，通过定位装置根据管路的形状对管路进行定位固定，这样做定位效果好，定位精度高，而且即使是对于图1所示的异型管或大副面的管子，也能够较为容易且可靠地定位固定，从而使可埋入的管子的范围更广，提高了埋管结构的应用范围，而且由于管路能够被精确定位，使得埋管的加工精度能够得到有效的保证，这样有利于薄壁埋管的加工，提高薄壁埋管的制造能力，也提高了埋管结构的冷却性能。

进而利用所述工件加工模具，本发明实施例分别通过三种制造工艺来获得埋管结构：

第一种制造工艺是模具材料的局部热融，以此得到上模、下模和管路相接合在一起的埋管结构；此方式中，材料利用率高，而且管路和基体贴合紧密，埋管结构的冷却性能好；

第二种制造工艺是金属型铸造，通过上模和下模的熔融，而得到内部埋有管路的金属铸件；此方式中，管子的定位精度高，提高了铸件的加工精度，而且管路之间的间隙可以更小，使得同等面积下可以在基体内排布更多管路，从而提升埋管结构的冷却性能；

第三种制造工艺是砂型铸造，由此提供一种工艺过程相对简单的埋管成型方式，从而降低加工成本，由此也提高砂型铸造埋管的能力和应用范围。

以下结合附图对上述三种制造方式作进一步说明。

实施例一

图2a为本发明实施例一中工件加工模具的分解示意图，图2b为图2a所示的工件加工模具的组装示意图。

如图2a和图2b所示，工件加工模具包括上模1、下模2及定位装置，可选的，还包括固定装置4。

其中，上模1和下模2均由导热性好的材料制成，包括但不限于铜、铝或铝合金等金属材料，优选为铝合金，易于加工。管路3优选为平面管而不是立体管，即管路3的所有管段在同一平面内布置，但管路3的形状不作具体的限定，例如可以是S型管子、U型管子、C型管子等弯管，也可以是单一的直管，或多段直管(如F型管子)。除此之外，管路3由耐腐蚀性好的材料制成，优选为强度好、耐腐蚀性优异的不锈钢。

所述定位装置包括上定位槽和下定位槽。所述上定位槽(未图示)设置在上模1的底面(即面向下模2的表面)，且上定位槽与要埋入的管路3的上半部分形状相一致，且在室温下，上定位槽与管路3形成间隙配合，使得管路3能够在室温下顺利卡入上定位槽。所述下定位槽(未图示)设置在下模2的顶面(即面向上模1的表面)，下定位槽与管路3的下半部分形状一致，同样的，在室温下管路3也能够埋入下定位槽。应理解，上定位槽构成本发明的上定位结构，下定位槽构成本发明的下定位结构，从而上定位槽和下定位槽合围后的形状与管路3的形状一致。

实际应用时，上模1优选为平板件，但加工方式不作限定，例如由机加工或挤压形成，且可直接在上模1的底面上铣削或激光切割形成所述上定位槽。下模2亦优选为平板件，其加工方式亦不作限定，而且下定位槽也可直接在下模2的顶面上铣削或激光切割形成。于是，上模1和下模2合模对接时，整个管路3便埋入在上模1和下模2之间，并通过上定位槽和下定位槽同时对管路3进行定位固定，进而再将上模1和下模2进行机械固定即可，这样做定位牢固，定位精度高，而且可适应于定位不同形状的管子，应用范围广。

接下来以不锈钢管路，以及铝合金上模和下模作为示意，进一步对埋管的制造过程进行说明。

在一实施例中，提供了一种工件加工方法，具体包括步骤S1、步骤S2和步骤S3。

步骤S1为执行合模工艺，将管路3装载于上模1和下模2之间，并利用所述上定位槽和所述下定位槽同时对管路3进行定位固定。

可选的，合模时，可通过固定装置4将上模1和下模2进行机械锁紧，机械锁紧的方式例如为螺栓锁紧，以此形成可拆卸的连接。但在其他实施例中，合模时不采用固定装置4，而是直接将上模1和下模2进行焊接以此形成不可拆卸的连接，这样连接更为可靠，可确保产品使用的可靠性。

步骤S2为执行加热工艺，将管路3加热至一目标温度，该目标温度高于铝合金熔点但低于不锈钢熔点，以使加热过的管路3将管路3周围的模具材料熔化，而使上模1、下模2和管路3相接合，并得到一工件。

管路3的目标温度可控制在900℃～1300℃的范围内，例如控制在1000℃，在此温度下，管路3的热量足够将其周围的上模1和下模2熔化，而使这部分熔化的材料与管路3表面紧密贴合，不留空隙。

步骤S3为执行冷却工艺，待步骤S2中的工件冷却后，即得到一埋管结构。

其中，可先执行加热工艺，后执行合模工艺，或者，先执行合模工艺，再执行加热工艺。

此外，对上模1和下模2的机械锁紧(包括可拆卸或不可拆卸)既可以在合模时执行，也可在工件冷却之后进行。倘若在工件冷却之后对上下模进行机械锁紧，则为了确保合模后上模1和下模2不会产生相对移动，还可通过外部机构在上模1上施加压力来实现，保证上模1和下模2始终对接而不会产生相对移动。

进一步，如果先执行加热工艺，后执行合模工艺，则埋管制造过程具体包括：

合模之前，先将管路3加热到目标温度(高于铝合金熔点但低于不锈钢熔点)，例如在不锈钢加热炉中单独对管路3进行加热并保温；

然后将加热过的管路3装载于上模1和下模2之间进行合模，且等待一段时间后，待工件冷却后即可得到所需的埋管。

优选的，合模之前，还将上模1和下模2进行预热，使上模1和下模2的温度接近但低于铝合金熔点，例如400℃～600℃，可选为500℃或600℃。于是，执行合模工艺时，将加热过的管路3装载于预热过的上模1和下模2之间即可，这样做加热效率高，材料结合的效果也好，可有效确保加工质量。可选的，上模1和下模2可在同一铝合金加热炉中进行预热并保温，需要合模时，只需要将不锈钢加热炉中的管路3取出放入铝合金加热炉中进行合模即可，这样做可有效防止热量流失，确保加工质量，提高生产效率。

进一步，如果先执行合模工艺，后执行加热工艺，则具体加热工艺的实现步骤包括：

合模之后，单独加热管路3，使管路3的温度达到目标温度(高于铝合金熔点但低于不锈钢熔点)；

然后，将管路3的温度维持在目标温度一定时间后，再停止加热，那么，待工件冷却后即可得到所需的埋管。这里，可以是直接对管路3进行通电加热，也可以在管路3的内部填充电阻丝进行加热。因此，优选的，所述工件加工模具还包括一加热装置，用于对管路3进行加热，加热装置包括但不限于电阻丝、通电线圈等。

进一步的，在合模以后对管路3进行加热的方式中，优选加热方式为：

先预热管路3，使管路3、上模1和下模3的温度均达到第一目标温度(例如400℃～600℃)，第一目标温度接近铝合金熔点；

之后迅速提升加热速率，将管路3迅速加热至第二目标温度(例如900℃～1300℃)，第二温度高于铝合金熔点，并保温一定时间后再停止加热。这样分段式加热，加热效率高，加热效果好。

为了进一步降低生产成本，在制作好工件加工模具后，还还优选利用上下模上的定位槽对原始管子执行弯管工艺得到所需埋入的弯管结构，以此简化工艺流程，节省加工成本。

接下来继续参阅图2a，在一实施例中，固定装置4包括至少三组紧固件，每组紧固件包括一个螺栓和一个螺母。相对应的，上模1上设置有与下模2进行固定的上接口11，上接口11至少为三个。下模2上设置有下接口21，下接口21的数量和位置与上接口11相一致。实际锁紧时，各个螺栓穿过对应的一个上接口11和下接口21并通过各自的螺母锁紧固定。

在另一实施例中，每组紧固件也可仅包括一个螺栓，且所述上接口11和下接口21中的一个为螺纹孔，另一个为通孔，螺栓先***通孔再***螺纹孔锁紧即可。

应知晓的是，固定装置4通过上接口11和下接口21对上模1和下模2上未熔融区域进行锁紧和固定，例如上模1和下模2均为长方形的平板件时，可在平板件的四个角落处设置接口，从而通过四组紧固件对上模1和下模2进行锁紧，结构简单，操作方便。

显然，根据实施例一所提供的技术方案，在埋管制造时，直接利用模具材料制造形成埋管结构，这样做材料利用率，可有效降低生产成本，而且上模和下模可通过机加工实现，成本低，且埋管制造的工艺过程简单，加工难度低。并且管路与基体贴合紧密，冷却性能好，同时埋管结构还能兼顾导热性和耐腐蚀性，产品性能好，且可埋入的管子形状自由，埋管结构的应用范围广。此外，埋管结构的定位精度高，便于加工形成薄壁埋管结构，提高埋管结构的冷却性能，而且特别适用于板状类的埋管的加工制造，加工成本低。

实施例二

图3a是本发明实施例二中工件加工模具的分解示意图，图3b是图3a所示的工件加工模具的组装示意图。

如图3a和图3b所示，工件加工模具包括上模21、下模22和定位装置24，优选还包括合型装置25。

其中，上模21包括上模本体211和上金属型212。下模22包括下模本体221和下金属型222。上模本体211和下模本体221均由导热性好的材料制成，包括但不限于铜、铝、铝合金等金属，优选为铝合金，加工方便。管路23优选为弯管，弯管可以是平面管，也可以是立体管，立体管不限于异型管，例如图1所示的异型管或大幅面的管子。管路23由耐腐蚀性好的材料制成，优选为不锈钢，强度高，耐腐蚀性能好。

此外，上模本体211的底面(面向下模本体221的表面)形成有与管路23的上半部分形状一致的上凹槽(未图示)，且在室温下上凹槽与管路23形成间隙配合，使得管路23能够顺利卡入上凹槽。下模本体221的顶面(面向上模本体211的表面)也形成有与管路23的下半部分形状一致的下凹槽(未标注)，在室温下管路23也能够卡入下凹槽。这里，上凹槽和下凹槽合围后的形状与管路23的形状一致，从而通过上、下凹槽来对管路23进行预定位，确保加工过程中的定位精度。

上模本体211优选为平板件，上模本体211的加工方式不作限定，可以是机加工，也可以是挤压成型，因此可在板件上直接机加工形成上凹槽。下模本体221亦优选为平板件，而且下凹槽也可直接在下模本体221的顶面上机加工形成。

于是上模本体211和下模本体221合模对接时，整个管路23便埋入在上模本体211和下模本体221之间，并利用上凹槽和下凹槽同时对管路23进行预定位，以实现后续的合模，这是第一次合模，在第二次合模时，需要将上金属型212和下金属型222进行合模，并再利用定位装置24从管路的两侧定位管路23，这样做在两个模本体熔化过程中，管路23也不会产生移动，定位效果好，而且定位精度高，可达0.1mm，且还可适应于定位形状复杂且尺寸大的管路，可埋的管子范围较广。

上金属型212和下金属型222均由金属材料制成，但熔点高于模本体的熔点，例如材料可选择钢铁、铜等熔点较高的金属材料。其中，下金属型222具有一型腔S，该型腔S的形状和尺寸按照所需埋管的形状和尺寸进行设置。实际合模时，先将下模本体221放置在型腔S内，而后将管路23放入下模本体221上，之后将上模本体211与下模本体221对接合模，随后再将上金属型212与下金属型222对接合模即可。在对接两个模型时，可利用合型装置25与上金属型212的配合，将上金属型212压合在下金属型222上。合型装置25为本领域的公知手段，因此此处不再详细赘述。

定位装置24包括上定位结构和下定位结构，上定位结构包括多个上定位柱241，下定位结构包括多个下定位柱(未图示)，且这些上定位柱241和下定位柱两两形成一组，每组包括一个上定位柱241和一个下定位柱，同一组中上定位柱241用以在管路23的顶部对管路23进行定位，而同一组中下定位柱用以在管路23的底部且相同位置处对管路23进行定位，也就是说，从上下两侧对管路上同一个位置进行定位，那么，各组定位结构便在管路23的不同位置从上下两侧进行定位，这样做定位精度高，可达0.1mm，所以，定位效果好。当然，多个上定位柱241在管路的顶部沿着管路23分布且分布形状与管路23的形状一致，而多个下定位柱在管路23的底部沿着管路23分布且分布形状也与管路23的形状一致，而且上定位柱和下定位柱的数量和位置一一对应。但是，本发明对定位结构的数量不作具体的限定，主要根据所需埋入的管子的形状和尺寸来配置，例如针对图1所示的异型管，可在每一旋转圈上布置至少三组的定位结构，具体布置的位置根据实际需要进行设置。

相对应的，上金属型212和上模本体211上均形成有允许上定位柱241穿过的上定位孔(未标注)，这些部件上的上定位孔的分布符合管路23的形状，比如螺旋分布。下金属型222和下模本体221上形成有允许下定位柱穿过的下定位孔(未标注)，这些下定位孔与上定位孔的位置和数量一致，因此分布也符合管路23的形状。

应知晓，下模本体221上的下定位孔开设在下凹槽中，而上模本体211上的上定位孔开设在上凹槽中，但在其他实施例中，所述上模本体211也可不开设上凹槽，而仅通过下凹槽来放置管路23也可。另外，对于图1所示的异型管10来说，管子的两端向下延伸，为此，在下模本体221和下金属型222上还形成有两个通孔，这些通孔允许管路23向下延伸的两端通过而伸出在外。

接下来以不锈钢管路，以及铝合金上模和下模作为示意，进一步对埋管的制造过程进行说明。

本发明实施例中，提供了一种工件加工方法，具体包括步骤S11、步骤S12、步骤S13及步骤S14，优选还包括步骤S15。

步骤11为执行第一次合模工艺，将管路23装载于上模本体211和下模本体221之间，并利用上凹槽和和下凹槽同时对管路23进行预定位，得到第一工件。

步骤12为执行第二次合模工艺，将步骤11中的第一工件装载于上金属型212和下金属型222之间，得到第二工件。该步骤中，可利用现有的合型装置25实现上金属型212和下金属型222的对接，操作更为方便。

步骤13为执行定位工艺，使定位装置24分别从管路23的两侧对第二工件中的管路23进行定位，并得到第三工件。

具体的，将多个上定位柱241依次***上金属型212和上模本体211后与管路23的顶部接触并预紧，且将多个下定位柱2412依次***下金属型222和下模本体221后与管路23的底部接触并预紧，从而从上下两个方向对管路23进行定位，定位的可靠性高，定位精度好。

可选的，上金属型212上的上定位孔构造成螺纹孔，用于与上定位柱241螺纹连接，而同时上模本体211上的上定位孔构造成通孔，允许上定位柱241穿过。同理，下金属型222上的下定位孔也构造成螺纹孔，用于与下定位柱螺纹连接，同时下模本体221上的下定位孔构造成通孔，允许下定位柱穿过。

如图3c所示，上定位柱241从管路23的顶部向管路23施加压力F1，同时下定位柱从管路23的底部向管路23施加压力F2，从而从管路23的两侧进行定位固定，使管路23在制造时不会移位，而且根据管路的形状进行定位，定位精度高。

步骤14为执行金属型铸造工艺，对前述第三工件进行整体加热，以使上模本体211和下模本体221完全熔化，从而得到金属铸件。

其中，所述第三工件的加热温度(如700～800℃)在铝合金熔点以上且低于不锈钢熔点，当然也低于上金属型和下金属型以及其他部件的熔点，而且第三工件达到预定温度后即可保温一定时间(例如2h)，直至上下模本体完全融化后，再降温凝固。

最后步骤15为执行开模工艺，此步骤为可选的方案，即取走上下金属型和定位装置24即可得到埋管结构。但是，若有需要，上下金属型和定位装置也可保留在金属铸件上作为埋管的一部分，此时，优选上下金属型的材质为铜，可确保埋管的导热性能。另外，如果取走上下金属型和定位装置，则因为金属铸件本身在成型过程中预留有定位孔，故而还需要对这些定位孔进行补焊处理。

与实施例一类似，优选利用上下模上的凹槽对原始管子执行弯管工艺得到所需埋入的弯管结构，以此简化工艺流程，节省加工成本。

进一步的，所述工件加工模具还包括定位机构，用于第一次合模时定位上模本体211和下模本体221的相对位置。可选的，在上模本体211的底面上对称设置有两个定位销(未标注)，同时下模本体221上对称设置有两个定位通孔，在第一次合模时，两个定位销分别***对应的定位通孔中实现两个模本体的对接。可选的，所述工件加工模具还包括另一定位机构，用于定位下模本体221和下金属型222的相对位置，例如在下模本体221的底面上形成有两个定位凸起，优选该两个定位凸起形成于下模本体221上允许管路23之两端穿过的通孔处，同时在下金属型222上形成有允许两个定位凸起***的通孔。

综上，在实施例二所提供的技术方案中，利用金属型铸造技术，可加工得到一埋管结构，不仅材料利用率高，而且工艺过程简单，铸造精度高。特别的，基于金属型铸造工艺，使得埋管中管路间的间隙可以较小，使得同等面积上能够排布更多管路，致使排管密度可以更加紧凑。而且埋管内部的管路形状不限，可以是异型管或大副面的管子，从而较大提升了埋管结构的应用范围。而且管子的定位精度高，更易于将其加工成薄壁类的埋管结构，从而降低薄壁埋管结构的制造难度。

实施例三

图4a是本发明实施例三中工件加工模具的分解示意图，图4b是图4a所示的工件加工模具的组装示意图，图4c是本发明实施例三中从下方对管路进行夹持的示意图。

如图4a和图4b所示，工件加工模具包括上模31、下模和定位装置34。其中，下模包括下模本体321和下金属型322。

上模31和下模本体321均为砂型，可通过3D打印制造。下金属型322为金属材质，如钢铁或铜等金属材料。

定位装置34包括下定位结构，该下定位结构包括多个下定位夹具341，多个所述下定位夹具341在管路33的底部沿着管路33分布且分布形状与管路33形状一致，但下定位夹具341的数量不作具体的限定，主要根据所需埋入的管子的形状和尺寸来配置，例如针对图1所示的异型管，可在每一旋转圈上布置至少三个下定位夹具341，具体布置的位置根据实际需要进行设置。这些下定位夹具341用于设置在管路33的下方来夹持管路33，使管路在后续浇铸过程中不会发生移位，而且下定位夹具341的分布对应于管路33的形状，可在不同的位置进行夹持，这样做即使对于异型管子，也能够做到精确定位，更易于加工成薄壁零件，而且适用于埋入悬空较多、偏心较远、重量大的管路，同时工艺过程也简单。

对应的，下模本体321上形成有允许下定位夹具341穿过的多个下定位孔(未标注)，下定位孔的分布亦符合管路33的形状。下模本体321具有一型腔S，所有定位夹具341在型腔S内按一定的方式分布(该分布方式符合管路33的形状)，以有效地夹持管路33。实际操作时，先将定位夹具341设置在下金属型332之上，然后将下模本体321置于下金属型332之上，使定位夹具341穿过下模本体321上的定位孔分布在型腔S内，进而再将管路33置于定位夹具341之上进行夹持即可，最后执行合模工艺，将上模31和下模进行对接即可，合模时，也可通过合型装置35实现。

此外，下定位夹具341可拆卸或不可拆卸地设置在下金属型322上，可拆卸的方式可以是螺纹配合连接或过盈配合连接，不可拆卸的方式可以是焊接、粘接、铆接等，本发明对此连接方式不作限定。下定位夹具341上设置有卡槽，能够容置管路33，但卡槽的形状不作限定，可以是V型，也可以是U型或圆弧型，而且也可以是弹性卡槽。

以不锈钢管路和铝合金浇铸作为示意来说明埋管结构的制造过程，埋管结构的制造过程具体包括以下步骤：

步骤21为执行合模工艺，将管路33装载于上模31和下模之间，并利用多个下定位夹具341从一侧对管路33进行夹持固定，得到一工件。此此，具体可通过前述方式先组装下模本体和下金属型，然后装入管路后再进行合模。

步骤22为执行浇铸工艺，将铝液注入前述工件的砂型内，以得到一砂型铸件，待砂型铸件冷却后即可开模。

步骤23为执行开模工艺，包括切除冒口，移除上模31、下模和定位装置34，最终可得到一埋管结构。

同实施例二，下金属型322和定位装置34也可保留在砂型铸件上，或去除不保留，若去除不保留，则还需要在定位通孔处完成补焊才可。

然而，本实施例中，还可增设上定位夹具，此时，上模31包括上模本体和上金属型，上模本体为砂型，而上金属型为金属型，从而将上金属型、上模本体、下模本体和下金属依次排列后进行合模，且管路33埋于上模本体和下模本体之间。与前述类似，上定位夹具设置在上金属型上并穿过上模本体来夹持管路，当然夹持的位置与下定位夹具夹持的位置不同，以防止两者产生结构干涉。

在实施例三所提供的技术方案中，相比现有的埋管砂型铸造，本发明通过定位夹具可在砂型内埋入弯管，并实现了弯管的精确定位，而且弯管不受限于悬空、偏心、重量等因素，较大提高了砂型铸造埋管的制造能力和应用范围，而且工艺过程简单，加工成本低。

另外，在其他实施例中，也可仅设置上定位夹具，使多个上定位夹具从上侧对管路进行夹持固定，

实施例四

本实施例还提供了一种埋管结构，该埋管结构可通过实施例一至实施例三中任一所述的工件加工方法制备而成。由此所形成的埋管结构可包括基体和埋于基体内的管路，基体由导热性好的材料制成，包括但不限于铜或铝，而管路由耐腐蚀性好的材料制成，包括但不限于不锈钢。因此，本实施例的埋管结构能够兼顾导热性和耐腐蚀性，使用性能好，且壁薄，冷却性能好。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种工件加工方法，其特征在于，包括：

制作上模、下模和定位装置，所述定位装置包括上定位结构和下定位结构，所述上定位结构形成于所述上模，所述下定位结构形成于所述下模，且所述上定位结构的形态与管路的上半部分形状一致，所述下定位结构的形态与所述管路的下半部分形状一致，所述上模、所述下模和所述管路的材料均为金属材料，所述上模和所述下模的熔点低于所述管路的熔点；

执行合模工艺，将所述管路埋入所述上模和下模之间，并利用所述上定位结构和所述下定位结构将所述管路进行定位固定；

在执行合模工艺之前或之后，执行加热工艺，单独对所述管路进行加热，且加热所述管路的目标温度高于所述上模和所述下模的熔点且低于所述管路的熔点，以使合模后，加热过的所述管路将其周围的上模和下模材料熔化，而使得所述上模、所述下模和所述管路相接合，得到一埋管结构。

2.根据权利要求1所述的工件加工方法，其特征在于，所述上定位结构为形成于所述上模的上定位槽，所述下定位结构为形成于所述下模的下定位槽，所述上定位槽与所述下定位槽合围的形状与所述管路的形状一致；

所述执行合模工艺的步骤包括：将所述管路埋入所述上模和下模之间，并利用所述上定位槽和下定位槽同时对所述管路进行定位固定。

3.根据权利要求2所述的工件加工方法，其特征在于，在执行合模工艺时，还包括对上模和下模进行机械固定；或者，当所述上模、下模和管路相接合后，还包括对上模和下模进行机械固定。

4.根据权利要求1所述的工件加工方法，其特征在于，在执行合模工艺之前，执行加热工艺的步骤包括：对上模和下模进行预热，预热的温度低于上模和下模的熔点。

5.根据权利要求1所述的工件加工方法，其特征在于，在执行合模工艺之后，执行加热工艺的步骤包括：

首先，单独加热管路至目标温度；

然后，将管路维持在目标温度下，且经过一段时间后停止加热。

6.根据权利要求5所述的工件加工方法，其特征在于，所述单独加热管路至目标温度的步骤包括：

先加热管路，以使管路、上模和下模的温度均达到第一目标温度，第一目标温度低于上模和下模的熔点；

然后提升加热速率，加热管路至所述目标温度。

7.一种埋管结构，其特征在于，采用如权利要求1-6中任一项所述的工件加工方法制备而成。

8.根据权利要求7所述的埋管结构，其特征在于，所述埋管结构包括基体和埋于所述基体内的管路，所述基体包括所述上模和所述下模，所述管路的材料为不锈钢，所述基体的材料为铝合金。

9.一种工件加工模具，其特征在于，包括上模、下模、定位装置和加热装置，所述定位装置包括上定位结构和下定位结构，所述上定位结构设置在所述上模上，所述下定位结构设置在所述下模上，所述上定位结构的形态与管路的上半部分的形状一致，所述下定位结构的形态与管路的下半部分的形状一致，且所述管路通过所述上定位结构和所述下定位结构定位固定在所述上模和所述下模之间，所述加热装置用于单独加热所述管路，以使所述上模、所述下模和所述管路合模后，加热过的所述管路将其周围的上模和下模材料熔化，而使得所述上模、下模和所述管路相接合；其中所述上模、所述下模和所述管路的材料均为金属材料，所述上模和所述下模的熔点低于所述管路的熔点，加热所述管路的目标温度高于所述上模和所述下模的熔点且低于所述管路的熔点。

10.根据权利要求9所述的工件加工模具，其特征在于，所述上定位结构为形成于所述上模的上定位槽，所述下定位结构为形成于所述下模的下定位槽，所述上定位槽与所述下定位槽合围的形状与所述管路的形状一致。

11.根据权利要求10所述的工件加工模具，其特征在于，还包括固定装置，用以机械连接所述上模和所述下模。

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