[发明专利]一种蜂窝结构及其成形方法

说明书

相关申请交叉参考

本申请是于2011年8月22日提交的共同未决专利中请美国序列号No.13/214,848的部分后续，该申请题目是“最小化成形的厚弧形蜂窝芯”，其作为参考引用入本文。

技术领域

本发明通常涉及细胞状结构，特别是，具有非平面形状的细胞状结构。仍更特别的是，本发明涉及一种用于形成细胞状结构的方法和装置，其采用成形为折叠和连接的带，使得细胞状结构具有三维(3D)形状。

背景技术

蜂窝结构，本文也称作“蜂窝芯”、“芯材”或简称作“芯”，一般包括成形为期望形式的多个邻接的矩形或六角形单元。蜂窝结构通常用作结构支撑，因为蜂窝结构的低密度导致其高的强度/重量比。

通常采用薄、平面基材，例如金属或纸，制造蜂窝结构。将这种平面基材切割为狭窄、伸长的条或带，之后将这些条或带折叠或弯曲成具有半六角形峰和谷的波状条。例如，伸长的条材料可在规则空间间隔处刻划。为了形成规则的六角形单元，刻划线应与条的末端平行，并且该材料应沿着刻划线以约60°的角度折叠，先沿着一个方向折叠两次，然后再沿相反方向折叠两次，并且以这种方式持续交叠更替。

之后利用粘合剂、点焊技术、铜焊技术和/或其它已知连接方式将上述得到的折叠条连接在一起，形成具有一系列六角形单元的结构，由此形成平坦或基本平面的蜂窝结构。尽管蜂窝结构中的单元通常是六角形的，但非六角形的单元也可以形成蜂窝结构。

如上得到的蜂窝结构，由具有单元的基本平面的结构组成，上述单元的壁定位在垂直于该结构的平坦表面的方向，由此，该蜂窝结构在平行于该蜂窝结构单元的壁的方向上能支撑大载荷，并且由于单元内是空的，使得蜂窝结构具有低密度。

在多种应用中，需要形成非平面的蜂窝结构。已开发了多种技术和装置用于将蜂窝结构成形为特别的非平面形状。

例如，非限制的，一些用于成形曲面蜂窝结构的当前可用方法，其采用预成形的平面蜂窝结构为起始，将该平面蜂窝结构模制或成形为期望的非平面形状。

作为一个说明性示例，一种在蜂窝结构中制造由小角弯曲组成的轮廓的方法，其包括首先制造一平面蜂窝结构芯材。对该平面蜂窝结构的单元施加力，使该区域的蜂窝单元变形或坍缩，形成期望的小角弯曲。这种蜂窝单元的变形导致蜂窝结构具有小半径弯曲区域，该区域拥有高度与非坍缩区域的单元高度一致的单元。

其它形成造型芯材的方法包括：使预成形的平面蜂窝芯材穿过一系列辊子，从而使六角形单元变形，并使其在不同的方向弯曲。仍进一步的，将芯材成形为期望形状的方法，包括：以平面芯材为起始，强制该芯材抵靠并进入具有期望轮廓的模具。

所有已知的技术都要求对平面蜂窝结构施加力，以使其形成期望形状，这种方法可能导致蜂窝结构中产生不期望的应力。进一步，由于蜂窝单元的壁不再垂直于芯材的表面，导致芯的强度和刚度有所损失。

其它方法通常避免弯曲或折叠完全组装好的蜂窝芯材。作为替代，这些方法从成形平的、矩形条起，该条具有沿着该条长度的多个部分，这些部分由折叠线分隔。该条在折叠线处折叠并连接在一起，以形成期望的蜂窝轮廓形状，而无需向蜂窝芯施加额外的力。

例如，一些方法试图成形具有六角形单元的蜂窝结构，其中一些单元壁拥有渐细的V形折边。通过布置所有的折边的边缘在蜂窝结构的一侧，而所有非折边的边缘在蜂窝结构的相对侧，折边侧比非折边侧短。这便于蜂窝结构曲率半径的变化，从而形成曲面的芯材。

其它方法试图形成矩形条，其中沿着条的长度布置折叠线，使得折叠线之间的部分不再成形为矩形。折线布置在条中，使得当折叠时，条的全部边缘成形为完整的曲面结构。当将折叠条粘结在一起时，得到的芯材具有期望轮廓。例如，日本Laid-Open专利公开No.5825531和美国专利No.5,270,095公开的条，该条具有一些折叠线垂直于条的长度，另一些折叠线倾斜于条的长度。在平面或非折叠状态，这些条的边缘是直的并且形成矩形。在折叠状态，该倾斜的折叠线产生具有直边缘的折叠条，其形成由该折叠线的倾斜角度确定的完整曲面结构。然而，这种方法在使用上受限，因为其可用于制造仅具有单一形状的蜂窝结构。

现在需要的是一种制造轮廓蜂窝结构的简化方法，这种方法不会向蜂窝结构中引入不期望的应力，也不会牺牲蜂窝结构的强度和刚度，并且允许以最少的成形步骤成形具有多种形状和尺寸的造型蜂窝结构，以保证制造成本和时间效益。

发明内容