專(zhuān)利名稱(chēng)：設(shè)計(jì)和制造精確折疊的高強(qiáng)度的抗疲勞的結(jié)構(gòu)物的方法和用于該結(jié)構(gòu)物的板材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及板材的設(shè)計(jì)和精確折疊以及用板材制造結(jié)構(gòu)物。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及為能夠進(jìn)行精確的折疊所用的設(shè)計(jì)、備料和制造過(guò)程，包括但不限于準(zhǔn)備板材的方法，以及涉及這樣的工藝在把二維的板材快速地折疊成三維的高強(qiáng)度的抗疲勞的結(jié)構(gòu)物或部件這方面的使用。
背景技術(shù)：
彎曲板材過(guò)程中通常遇到的問(wèn)題是由于彎曲允差的變化和允差誤差的累積，彎曲部位很難被控制。例如，在電子設(shè)備外殼的成形中，是在一定的允差范圍內(nèi)沿著一條第一彎折線(xiàn)彎曲金屬薄板。但是，第二個(gè)彎曲處往往是根據(jù)第一個(gè)彎曲處定位，因此可能有誤差的累積。制造一個(gè)電子設(shè)備的機(jī)架或外殼可能需要做三個(gè)或更多個(gè)彎曲，所以，在進(jìn)行彎曲時(shí)累積的誤差的影響可能相當(dāng)大。而且，根據(jù)彎曲加工的設(shè)備、彎曲加工的工具以及操作者的熟練程度，可能做到的允差的變化范圍是很大的。
解決這一問(wèn)題的一種辦法一直是力圖采用細(xì)長(zhǎng)的切縫(slitting)或開(kāi)槽(grooving)來(lái)控制板材的彎曲位置?？梢杂糜?jì)算機(jī)數(shù)字控制(CNC)設(shè)備控制諸如激光、高壓水槍、沖壓機(jī)、刀具或其它工具之類(lèi)的切縫或凹槽加工設(shè)備，在板材坯件上精確地加工出切縫或凹槽。
參照?qǐng)D1，所示的板材21上有多個(gè)切縫或凹槽23，它們沿著一條擬定的彎折線(xiàn)25以一定的間隔成一直線(xiàn)。每?jī)蓚€(gè)沿縱向相鄰的切縫或凹槽23之間是板的縫間彎折條縫間彎折條27，其在板材21彎曲時(shí)將產(chǎn)生塑性變形?？p間彎折條27把被彎曲的板保持為一個(gè)整體。在采用不穿透板材21的凹槽時(shí)，每一凹槽底下的材料也起到把被彎曲的板保持為整體的作用。
可以把板材21上的切縫或凹槽23的位置沿著擬定的彎折線(xiàn)25定位在相當(dāng)嚴(yán)緊的允差范圍內(nèi)。因此，在開(kāi)出切縫或凹槽23之后彎曲板材21時(shí)，彎曲將發(fā)生在非?？拷鼣M定的彎折線(xiàn)25的位置。由于在平板上可以精確地加工出切縫，與用折板機(jī)進(jìn)行折板時(shí)的那種后一個(gè)彎曲處按照前一個(gè)彎曲處定位的彎曲過(guò)程相比，這種彎曲過(guò)程中的累積誤差小得多。
然而，沿著開(kāi)出的切縫或凹槽23進(jìn)行彎曲也有其問(wèn)題。首先，由于縫間彎折條27的塑性變形，其中有應(yīng)力，其兩端還有應(yīng)力集中。對(duì)于凹槽的情況來(lái)說(shuō)，凹槽背面底下或凹槽背面上的材料的應(yīng)力集中更大。縫間彎折條27處和/或切縫或凹槽23的背面可能發(fā)生斷裂。加之，切縫或凹槽23未必能使縫間彎折條27直接沿著擬定彎折線(xiàn)25彎曲，而且開(kāi)出凹槽的過(guò)程很慢，特別是在銑削或定點(diǎn)切割V形凹槽時(shí)，各個(gè)斷續(xù)的凹槽可能不一致。所以，預(yù)先開(kāi)出凹槽的工藝在工業(yè)上未得到廣泛應(yīng)用。
從圖1A和1B可以看出，如果板材21上加工出了分別由23a和23b所指的切縫或凹槽，那么，在彎曲時(shí)縫間彎折條27a和27b將承受塑性變形并有殘余應(yīng)力。當(dāng)然，對(duì)于切縫23a，材料是被沿著切縫的長(zhǎng)度完全切除了。而對(duì)于V形凹槽23b，在凹槽23b和彎曲處的凸的外表面之間有被減薄的部分29，其也將承受塑性變形并且應(yīng)力很高。用V形凹槽的彎曲處通常是凹槽23b閉合起來(lái)，凹槽的兩個(gè)側(cè)面靠在一起，如圖1B所示。如果對(duì)圖1A和1B的彎曲處施加垂向力Fv和/或水平力Fh，由于切縫或凹槽的削弱作用，塑性變形的縫間彎折條27和減薄的部分29都將承受相當(dāng)大的應(yīng)力。與不用切縫或凹槽的彎曲過(guò)程相比，在較小的外力作用下就可能發(fā)生結(jié)構(gòu)損壞。
已有技術(shù)中，為便于進(jìn)行彎曲，也已采用另一種板材開(kāi)切縫方案。但是，所采用的這種能形成彎曲處的開(kāi)切縫技術(shù)主要是用于在雕刻物品上產(chǎn)生感觀的或裝飾性的效果。感觀的效果已被描述為“多行切縫”，而且彎曲部位本身由橫桿在結(jié)構(gòu)上加強(qiáng)。這種多行切縫的雕刻品曾在紐約現(xiàn)代藝術(shù)博物館展覽到至少1998年，并且2002年12月12日公布的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)U.S.2002/0184936 A1(Gitlin等人的申請(qǐng))中描述了板材上開(kāi)切縫的技術(shù)方法。雜志“Contemporary World Architects(當(dāng)代世界建筑師)”，pp.15，20-35，2000的題目為“Office dA”的出版物中也展示和描述了這種雕刻品。
本發(fā)明的附圖2、2A和2B給出了被采用的多行切縫技術(shù)方法的一個(gè)例子。
Office dA或Gitlin等人的申請(qǐng)中的一個(gè)實(shí)施例表示于圖2。板材32上開(kāi)出許多切縫31。切縫31是直線(xiàn)的并且沿著彎折線(xiàn)33交錯(cuò)地偏置于它的兩側(cè)?？梢钥闯鲞@些切縫在縱向有搭疊而限定了在互相搭疊的切縫端部之間的、將變成彎曲部分或“縫間彎折條”34的那些區(qū)域。圖2A和2B是板材32上的一個(gè)切縫一端的放大側(cè)視圖，這個(gè)板32已被沿著彎折線(xiàn)33彎曲了90°，在彎折線(xiàn)33兩側(cè)的板部分35和36由被扭轉(zhuǎn)了的縫間彎折條34互相連接在一起，縫間彎折條34在已互相成90°的板部分35和36之間呈扭轉(zhuǎn)狀態(tài)。紐約現(xiàn)代藝術(shù)博物館的雕刻品的建筑師承認(rèn)，形成的彎曲處在結(jié)構(gòu)上強(qiáng)度不高，所以他們對(duì)那些雕刻品加了部分隱藏的桿，這些桿在每一多行切縫型彎曲處的內(nèi)部角頂處焊接于雕刻品由于切縫31是平行于彎折線(xiàn)33，所以縫間彎折條34有恒定的或均勻的寬度，各縫間彎折條34在其全長(zhǎng)上被扭轉(zhuǎn)并塑性變形，結(jié)果，在90°的彎曲處的端部，縫間彎折條34的后側(cè)在位置37處接觸于切縫31的另一側(cè)的表面38。這樣的接觸使板部分35升高而離開(kāi)板部分36的表面38，并且力圖打開(kāi)切縫31的端部40以及使切縫的這一端部進(jìn)一步承受更大的應(yīng)力?？p間彎折條34的扭轉(zhuǎn)和彎曲處的端部的升高使得在切縫31的全長(zhǎng)上在板部分35與表面38之間產(chǎn)生一個(gè)空隙G。被扭轉(zhuǎn)的縫間彎折條34迫使板部分35離開(kāi)表面38并使切縫31的兩端40承受應(yīng)力(只表示出一個(gè)切縫端部40，但是同樣的應(yīng)力也出現(xiàn)在圖2A和2B所示的另一切縫端部40)。
每一切縫31處都產(chǎn)生空隙G，其沿著彎折線(xiàn)33的長(zhǎng)度位于彎折線(xiàn)33的兩側(cè)。因此，在每一切縫31處一個(gè)板部分被迫脫離與一個(gè)切縫形成表面的接觸，而沒(méi)有被拉到與那個(gè)表面接觸從而得到它的充分支承。
另外，非常重要的是圖2的切縫的結(jié)構(gòu)會(huì)使每個(gè)縫間彎折條34承受很高的應(yīng)力。如果增加縫間彎折條34的長(zhǎng)度來(lái)試圖降低由沿著縫間彎折條的長(zhǎng)度的扭轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的應(yīng)力，那么試圖把一個(gè)板部分彈性地拉或夾靠于相反的表面的力將減小。相反，如果減小縫間彎折條34的長(zhǎng)度，由于產(chǎn)生的應(yīng)力增大，扭轉(zhuǎn)會(huì)使恒定寬度的縫間彎折條里出現(xiàn)微觀裂紋，被扭轉(zhuǎn)的縫間彎折條34的總的狀態(tài)將是應(yīng)力過(guò)高。這會(huì)損傷彎曲處的強(qiáng)度，使之成了一個(gè)不能承受載荷的彎曲處。
施加于板部分35的垂向力(圖2B中的Fv)將直接作用于被扭轉(zhuǎn)了并承受應(yīng)力的縫間彎折條34，而且，由于有空隙G，縫間彎折條34將在載荷的作用下進(jìn)一步塑性變形并可能失效或斷裂，而后使板部分35向下落到與表面38接觸并支承于其上。類(lèi)似地，水平力Fh會(huì)破壞縱向相鄰的縫間彎折條34(以及剪切圖2B中的縫間彎折條34)，使空隙G閉合，使板部分35支承在相反的切縫表面38上。
圖2-2B和Gitlin等人的申請(qǐng)中的切縫方案所固有的另一個(gè)問(wèn)題是，不能獨(dú)立于切縫之間的距離改變恒定的縫間彎折條寬度，以及，要想使縫間彎折條的應(yīng)力不達(dá)到極限，縫間彎折條的寬度不能小于板材的厚度。在各切縫31互相平行且縱向搭疊時(shí)，按照定義，縫間彎折條的寬度必須等于各切縫之間的間距或錯(cuò)位尺寸(jog)。這限制了考慮縫間彎折條的結(jié)構(gòu)載荷設(shè)計(jì)彎曲處的靈活性。還有，各切縫的端部是每隔一個(gè)切縫互相對(duì)準(zhǔn)。所以，不可能試圖降低出現(xiàn)高應(yīng)力的因素，也不可能試圖降低在切縫的兩端出現(xiàn)的微觀裂紋的漫延，而且，在載荷作用下對(duì)準(zhǔn)的切縫端部可能裂開(kāi)。
所以，圖2-2B的板材切縫形狀可以較好地用于裝飾性的彎曲處，而不能較佳地用于必須有很大的結(jié)構(gòu)支承強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度的彎曲處。
Gitlin等人的申請(qǐng)也提出了開(kāi)出曲線(xiàn)的切縫(見(jiàn)圖10a、10b)，但是各切縫還是平行于一條彎折線(xiàn)，因此縫間彎折條的寬度還是不變的，各縫間彎折條沿著并平行于彎折線(xiàn)不是跨過(guò)它，各縫間彎折條被極大地扭轉(zhuǎn)，切縫端部會(huì)使微觀裂紋和應(yīng)力集中指向下一個(gè)切縫，而且那個(gè)申請(qǐng)?zhí)岢觯谖恢?7處僅在彎曲處的端部，采用一個(gè)將形成與切縫的另一側(cè)接觸的切縫寬度。
在美國(guó)波士頓的一家比薩餅飯店的金屬板天棚棚板的安裝中，同一些建筑師還采用了一種簡(jiǎn)單的沿著一條直線(xiàn)穿孔的方法。同樣，被沿著直線(xiàn)穿孔彎曲的板件沒(méi)有設(shè)計(jì)成能夠承受作用在彎曲處的很大自由載荷。
迄今，在各種取得專(zhuān)利權(quán)的系統(tǒng)中，已把切縫、凹槽、穿孔和壓痕線(xiàn)作為折彎板材的基礎(chǔ)。例如，West等人的美國(guó)專(zhuān)利5,225,799用開(kāi)凹槽的方法折疊板材來(lái)成形微波導(dǎo)管或?yàn)V器。在St.Louis等人的美國(guó)專(zhuān)利4,628,161中，用壓痕線(xiàn)和成行的凹坑來(lái)折疊板材。在Brandon的美國(guó)專(zhuān)利6,210,037中，用槽口和穿孔線(xiàn)彎曲塑料板。Yokoyama的美國(guó)專(zhuān)利6,132,349和PCT出版物WO 97/24221、Grebel等人的美國(guó)專(zhuān)利3,756,449以及Fischer等人的美國(guó)專(zhuān)利3,258,380中，描述了用切縫或沖切口來(lái)彎曲瓦楞紙板。Hunt的美國(guó)專(zhuān)利5,692,672、Wood的美國(guó)專(zhuān)利3,963,170以及Carter的美國(guó)專(zhuān)利3,975,121中描述了用開(kāi)切縫的方法彎曲紙板。已公布的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)US 2001/0010167 A1也揭示了采用開(kāi)口、切口等彎曲金屬的方法，用很大的力來(lái)形成可控的塑性流動(dòng)和降低裂紋和皺褶。
但是，在大多數(shù)已有彎曲技術(shù)中，彎曲處成形方法都大大地削弱了形成的結(jié)構(gòu)物，或者做不成精確的彎曲處，或者彎曲處一側(cè)的材料出現(xiàn)裂紋。而且，在這些已有的彎曲技術(shù)中用切縫時(shí)，除了結(jié)構(gòu)削弱和存在潛在的結(jié)構(gòu)損壞點(diǎn)之外，切縫會(huì)使結(jié)構(gòu)物的彎曲處的密封非常費(fèi)時(shí)費(fèi)力且很難。所以，這些已有技術(shù)的方法不大適用于制造用于盛裝流體或可流動(dòng)物料的容器。
在彎曲金屬板特別是很厚的金屬板時(shí)，能否做到精確的彎曲并保持強(qiáng)度是很大的問(wèn)題。在許多應(yīng)用場(chǎng)合，非常希望能夠用小的力例如用手或手工工具或僅用輕型的動(dòng)力工具來(lái)彎曲金屬板。當(dāng)然，厚的金屬板的彎曲還是存在較大的問(wèn)題。
本發(fā)明的另一方面，是能夠克服已有技術(shù)基于切縫彎曲板材的缺點(diǎn)，能夠消除已有技術(shù)金屬材料加工方法中和用其制成的結(jié)構(gòu)物中的缺陷。
一種廣為人知的用于生產(chǎn)剛性三維結(jié)構(gòu)物的已有技術(shù)是用把板材或非板材切割成零件并把它們接合到一起的工藝。定位和焊接、夾緊和粘結(jié)、或機(jī)械加工和用緊固件把各個(gè)分散的零件結(jié)合到一起，一直是迄今用于制造剛性三維結(jié)構(gòu)物的傳統(tǒng)方法。例如在焊接的情況中，問(wèn)題在于各個(gè)板塊的精確切割和定位需要用人力和機(jī)械設(shè)備搬動(dòng)大量的零件以及大量的零件的質(zhì)量控制和合格驗(yàn)證。此外，焊接工藝的固有問(wèn)題是受焊接熱量影響的區(qū)域會(huì)產(chǎn)生翹曲。
對(duì)于厚度大的材料的焊接，傳統(tǒng)的作法是通過(guò)磨削或單點(diǎn)加工在材料的邊緣上開(kāi)出坡口，這會(huì)使制造時(shí)間和成本大大增加。而且，對(duì)于那些依靠焊接、銅焊或錫銲材料承受載荷的接頭，受熱影響的材料的疲勞損壞是難以預(yù)料的。通常，對(duì)于焊縫的疲勞強(qiáng)度是通過(guò)增加焊接在一起的零件的重量以及焊縫的數(shù)目和深度來(lái)補(bǔ)償。這種過(guò)度保守的設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)當(dāng)然是使制成的結(jié)構(gòu)物過(guò)重。
至于沿著各零件的邊緣和表面粘結(jié)板狀和非板狀材料，問(wèn)題是在各個(gè)零件的粘結(jié)前處理和精確定位以及把它們保持或夾緊在位，直到粘結(jié)劑固化才能完成。
與制造三維結(jié)構(gòu)物有關(guān)的已有技術(shù)的另一個(gè)等級(jí)是快速仿型法(RapidPrototyping Method)。這包括制作立體實(shí)型(stereo lothography)和許多其它工藝，在這些工藝中用CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以及用結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)復(fù)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)加工設(shè)備來(lái)添加或去除材料，直到制成結(jié)構(gòu)物。已有技術(shù)的快速仿型法往往是既要添加也要去除材料。
去除材料的快速仿型法的問(wèn)題是浪費(fèi)材料，因?yàn)樗怯靡粋€(gè)能包容整個(gè)要制造的零件的材料塊，然后用相當(dāng)昂貴的高速機(jī)械加工中心去除多余的材料，而把材料塊銑削和切削成零件。
添加材料的快速仿型法也存在問(wèn)題。特別是，大多數(shù)這樣的方法都是針對(duì)非常窄的材料范圍最佳化的。此外，大多數(shù)都要求專(zhuān)用的制造設(shè)備，這個(gè)設(shè)備根據(jù)復(fù)現(xiàn)零件的數(shù)據(jù)配送材料。這種添加材料的快速仿型法是很慢的，在零件外表的比例方面受到限制，并且一般不適用于結(jié)構(gòu)上很結(jié)實(shí)的材料。
所以，總的來(lái)說(shuō)，用已有技術(shù)中的板材開(kāi)切縫或凹槽的方法能夠把板材彎曲成產(chǎn)品，但是缺乏工業(yè)上的結(jié)構(gòu)物所需要的精度和強(qiáng)度。因此，這種已有技術(shù)的板材彎曲方法一直是主要用于輕型材料的彎曲或裝飾性場(chǎng)合，諸如雕刻物品。
所以，本發(fā)明的一個(gè)廣義方面，也就是本發(fā)明的一個(gè)重要目的，是能夠以非常精確的方式彎曲板材，并且形成的彎曲處能夠支承大的載荷并有很高的疲勞強(qiáng)度。
本發(fā)明的這一方面的另一個(gè)目的是提供一種用改進(jìn)的開(kāi)切縫技術(shù)精確地彎曲板材的方法，其能夠提高彎曲處的精度、形成的結(jié)構(gòu)物的強(qiáng)度，并且能降低應(yīng)力引起的破壞。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種精確的板材彎曲工藝和一種開(kāi)有便于彎曲的切縫或槽口的板材，這種工藝可用于彎曲各種厚度的板材和各種類(lèi)型的非破碎材料。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種在板材上開(kāi)出便于隨后進(jìn)行彎曲的切縫的方法，其僅用手工工具就可完成，為了便于彎曲也可用動(dòng)力工具，但不必用它控制彎曲處的位置。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是要把板材彎曲成高強(qiáng)度的、具有精確的尺寸允差的三維結(jié)構(gòu)物。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是把板材彎曲成精確的容易密封的且密封成本不高的三維結(jié)構(gòu)物，以便能盛裝流體或可流動(dòng)的物料。
在本發(fā)明的一個(gè)與采用基于切縫的彎曲來(lái)改進(jìn)制造和裝配技術(shù)有關(guān)的廣義方面，本發(fā)明的目的是提供一種新的快速仿型和先進(jìn)的快速制造技術(shù)(RapidPrototyping and Advanced Rapid Manufacturing Technique)，這種技術(shù)適用于廣泛的材料，包括許多結(jié)構(gòu)上結(jié)實(shí)的材料，這種技術(shù)就采用目前現(xiàn)代制造企業(yè)中所用的那些設(shè)備，而不需要專(zhuān)用設(shè)備，這種技術(shù)可以放大比例或縮小比例，以適應(yīng)所用的切割工藝的限制。
本發(fā)明的這一方面的再一個(gè)目的是在待被彎折的板材內(nèi)提供一些特色結(jié)構(gòu)(feature)，借助這些結(jié)構(gòu)有助于各元件在彎折板材之前和之后的精確附加對(duì)準(zhǔn)。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供這樣一種制造方法，用這種方法可制造一種近乎網(wǎng)狀的架子結(jié)構(gòu)物(near-net-shape structural scaffold)，用于把多個(gè)元件以正確的相互關(guān)系布置在三維空間里，而正確的相互關(guān)系是用初始CAD設(shè)計(jì)過(guò)程來(lái)定義。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種制造焊接結(jié)構(gòu)物的方法，其采用數(shù)量較少的單個(gè)零件，并且各零件的邊緣沿著彎折處的長(zhǎng)度自定位，并且它們的非彎折邊緣具有便于焊接準(zhǔn)備中的定位和夾緊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。在這個(gè)意義上，本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種極好的焊接板材的定位方法，其能夠大大降低由焊接過(guò)程引起的翹曲和尺寸偏差。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種具有大的承載能力的新穎的焊接接頭，其在所有自由度上都具有很大的承載能力，不依賴(lài)熱影響區(qū)域，因而可提高制成的三維結(jié)構(gòu)物的承載強(qiáng)度和循環(huán)疲勞強(qiáng)度。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是為下述各項(xiàng)提供一個(gè)極好的方法1)減少制造一個(gè)強(qiáng)度高、剛性好、尺寸精確的三維結(jié)構(gòu)物所需要的分散零件的數(shù)目；以及2)固有地提供一種用于所需要的三維結(jié)構(gòu)物的各個(gè)側(cè)面的定位和緊固方法，這種方法可提供本發(fā)明的被彎折的和不被彎折的邊緣來(lái)做到，這是一個(gè)成本低制造產(chǎn)量高的方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種制造各種金屬、聚合物、陶瓷和復(fù)合材料的鑄造模具的方法，這些模具能容納流體，在這種方法中，鑄造模具是用開(kāi)有切縫的板材彎折成形的，可以在鑄造流體硬化過(guò)程之后把板材模具去掉，也可以留在其上作為最終成品的一個(gè)結(jié)構(gòu)或表面組成部分。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種板材彎折方法，其能夠配用于現(xiàn)有的開(kāi)切縫設(shè)備，能使板材坯件以平的狀態(tài)或卷繞狀態(tài)運(yùn)輸，并可使板材坯件在一個(gè)遠(yuǎn)的地方精確地彎折，而不必用折板機(jī)，以及可以在各元件固定于板之后改善各元件在由板材的彎折形成的外殼里和表面上的裝配和安裝。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種精確的折疊技術(shù)(folding technique)，其可用于在板材上制成精確的能承載的折褶，板材包括但不限于金屬、塑料和復(fù)合材料板。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種精確的折疊技術(shù)，它允許繞著一條虛擬的彎折線(xiàn)進(jìn)行折疊并且完成折疊所需要的力比常規(guī)彎折技術(shù)所需的小。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種精確的折疊技術(shù)，它基本上是線(xiàn)性可變比例的，與材料的厚度和微觀組織特性無(wú)關(guān)。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是成形本文所述的幾何形狀，可以用開(kāi)切縫/去除工藝(slitting removal process)、切斷工藝(severing process)，或者用添加工藝(additiveprocess)，并且能達(dá)到本文中以任一說(shuō)法描述的各個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種用于折疊非破壞性材料的精確的折疊方法，用這種方法時(shí)折疊處附近材料的微觀組織基本上保持不被改變。
用于設(shè)計(jì)和精確的折疊板材的這些方法和各項(xiàng)技術(shù)、為其所用的制造技術(shù)以及用本發(fā)明的這種精確的彎折形成的結(jié)構(gòu)物還有其它的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，這些將在附圖中和下面實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式那一節(jié)中更詳細(xì)地顯現(xiàn)出來(lái)。
本發(fā)明的揭示在本發(fā)明的一個(gè)廣義方面，縫間彎折條限定結(jié)構(gòu)(bending strap-definingstructure)較佳的是切縫但也可以是凹槽，采用該結(jié)構(gòu)來(lái)限定板材上的縫間彎折條(bending strap)的形狀，借以提高被彎曲的板的彎曲精度以及大大提高彎曲處的強(qiáng)度。
簡(jiǎn)單地說(shuō)，在一個(gè)較佳實(shí)施例中，板材被開(kāi)出許多切縫，這些切縫相對(duì)于擬定的彎折線(xiàn)定位并且其形狀允許沿著彎折線(xiàn)達(dá)到精確的彎曲，在彎曲過(guò)程中能產(chǎn)生切縫兩側(cè)的材料的邊緣對(duì)表面接觸，這可提高彎曲處的強(qiáng)度和尺寸精確性。
最佳的是，這些縱向相鄰的切縫在彎折線(xiàn)的兩側(cè)到彎折線(xiàn)的距離相等而限定了斜跨彎折線(xiàn)延伸的縫間彎折條。較佳的是，切縫是弧形的，其凸側(cè)對(duì)著并最靠近彎折線(xiàn)，使得縫間彎折條的寬度從其中點(diǎn)或?qū)挾纫欢ǖ膮^(qū)域向兩個(gè)方向逐漸增大。較佳的是，切縫還包括能阻止微觀裂紋漫延的端部，這可進(jìn)一步降低出現(xiàn)應(yīng)力疲勞的可能性。
簡(jiǎn)單地說(shuō)，本發(fā)明的用于板材的精確彎曲的方法包括這樣的步驟在板材上沿著并靠近彎折線(xiàn)開(kāi)出許多沿彎折線(xiàn)的縱向延伸的、并有縱向間隔的切縫，而限定出許多處于每?jī)蓚€(gè)相鄰的切縫的端部之間的縫間彎折條。在成形切縫的過(guò)程中，把切縫的形狀和位置確定為能夠在板材的彎曲過(guò)程中產(chǎn)生切縫兩側(cè)的板材的邊緣對(duì)表面的接觸。這種方法還包括沿著彎折線(xiàn)彎曲板材的步驟，在這個(gè)步驟中在整個(gè)彎曲處產(chǎn)生切縫兩側(cè)板材的精確的邊緣對(duì)表面的接觸。
在一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)切縫的步驟是沿著彎折線(xiàn)成形兩行縱向錯(cuò)開(kāi)的細(xì)長(zhǎng)切縫，每個(gè)切縫的兩端逐漸遠(yuǎn)離彎折線(xiàn)，而形成位于彎折線(xiàn)兩側(cè)的成對(duì)的相鄰切縫部分，這些部分限定跨越彎折線(xiàn)延伸的斜的縫間彎折條，這些縫間彎折條的寬度向兩個(gè)離開(kāi)彎折線(xiàn)的方向逐漸增加。切縫的寬度和相對(duì)兩行弧形切縫之間的錯(cuò)位距離被定位成在彎曲過(guò)程中能產(chǎn)生切縫這一側(cè)的板材與切縫那一側(cè)的板材的邊緣彼此相接觸。最佳的是，切縫是弧形的并能使得產(chǎn)生這一側(cè)的邊緣與那一側(cè)的表面的連續(xù)漸進(jìn)的接觸，結(jié)果是在彎曲過(guò)程中沿著切縫的大部分長(zhǎng)度這一側(cè)的邊緣彈性地靠在那一側(cè)的表面上，這樣可控制彎曲精度并能提高板彎曲處的強(qiáng)度。
在本發(fā)明的方法的另一個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)切縫的步驟是這樣的沿著彎折線(xiàn)成形穿透板材的第一批長(zhǎng)的切縫，這些切縫有一對(duì)橫向間距很近的縱向平行延伸的第一切縫段，這些切縫段通過(guò)橫向延伸的切縫段連接于一個(gè)公共橫向平面；以及，以對(duì)第一批長(zhǎng)的切縫大致縱向?qū)?zhǔn)和縱向間隔的關(guān)系成形第二批長(zhǎng)的切縫。較佳的是，開(kāi)第二批長(zhǎng)的切縫的步驟也是這樣的成形一對(duì)橫向間距很近的縱向平行延伸的切縫段，這些切縫段通過(guò)橫向延伸的切縫段連接于一個(gè)公共橫向平面。這樣，不是用一個(gè)連續(xù)的長(zhǎng)的切縫，而是一對(duì)切縫中的每個(gè)切縫成形為一個(gè)略微移動(dòng)一步的切縫，其靠近切縫段的組合長(zhǎng)度的中點(diǎn)。
在這些實(shí)施例中，在彎曲過(guò)程中存在著精確地位于彎折線(xiàn)上的一虛擬支點(diǎn)(virtual fulcrum)，這可使縫間彎折條沿著彎折線(xiàn)的彎曲更精確。在下面實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式那一節(jié)將詳細(xì)說(shuō)明虛擬支點(diǎn)的概念?？山o切縫設(shè)置多個(gè)大的端部通孔，或者把切縫的端部做成是向回彎的，這樣可降低縫間彎折條處的應(yīng)力集中以及組織微觀裂紋的漫延。
在另一個(gè)實(shí)施例中，沿著彎折線(xiàn)只設(shè)置一單個(gè)切縫，由它與板材的邊緣限定的縫間彎折條可把彎折線(xiàn)遠(yuǎn)側(cè)的板拉向切縫，而達(dá)到邊緣對(duì)表面相接觸。有中軸線(xiàn)的傾斜定向的縫間彎折條在彎折線(xiàn)的與切縫所在的那一側(cè)相反的一側(cè)會(huì)聚，其將產(chǎn)生所述的邊緣對(duì)表面接觸。板材的邊緣與弧形的切縫端部一起限定這樣的傾斜定向的縫間彎折條。


圖1是其上按照一種已有技術(shù)成形有切縫和凹槽的一塊板材的局部頂視圖。
圖1A是在圖1的板材被彎曲后大致沿著圖1中的線(xiàn)“1A-1A”剖取的局部放大剖面圖。
圖1B是在圖1的板材被彎曲后大致沿著圖1中的線(xiàn)“1B-1B”剖取的局部放大剖面圖。
圖2是其上成形有多行切縫的一塊板材的局部頂視圖，這是已有技術(shù)中的一種替代結(jié)構(gòu)。
圖2A是圖2中的板被彎曲約90°之后的局部放大側(cè)視圖。
圖2B是大致沿著圖2A中的線(xiàn)“2B-2B”剖取的剖面圖。
圖3是按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例開(kāi)出切縫的一塊板材的局部頂視圖。
圖4A-4D是一塊板材的局部頂視圖，其上已經(jīng)按照?qǐng)D3的實(shí)施例開(kāi)出切縫，并且這塊板是處于被彎曲的過(guò)程中，就是從圖4A的平面狀態(tài)彎曲到圖4D的90°彎曲狀態(tài)。
圖5A到圖5C是在板材的彎曲過(guò)程中分別沿著圖4A-4D中的線(xiàn)“5A-5A”到線(xiàn)“C-C”剖取的局部剖面圖。
圖6是按照本發(fā)明的第二實(shí)施例的開(kāi)有切縫的一塊板材的頂視圖。
圖7是圖6的那塊板材被彎曲約90°之后的頂視圖。
圖8是圖7的那塊板材的端視圖。
圖8A是圖7的那塊板材的大致沿著圖7中的平面“8A-8A”剖取的并且從圖8轉(zhuǎn)了約45°的放大端視剖面圖。
圖8B是圖7的那塊板材的大致沿著圖7中的平面“8B-8B”剖取的并且從圖8轉(zhuǎn)了約45°的放大端視剖面圖。
圖9是按照本發(fā)明的另一個(gè)替代實(shí)施例的開(kāi)有切縫的一塊板材的局部頂視圖。
圖10是圖9的那塊板材被彎曲約90°之后的側(cè)視圖。
圖10A是大致沿著圖10中的線(xiàn)“10A-10A”剖取的局部剖面圖。
圖11是本發(fā)明的再一個(gè)替代實(shí)施例的局部示意頂視圖，板材上有按照本發(fā)明構(gòu)造的縫間彎折條限定結(jié)構(gòu)。
圖11A是圖11中所示形狀的切縫的局部頂視圖，這個(gè)切縫是用快速穿透激光切割技術(shù)成形的。
圖12是一塊板材在其被彎曲和裝配成一個(gè)曲線(xiàn)的箱梁之前的局部頂視圖。
圖13是用兩塊板材構(gòu)造的一個(gè)彎曲的箱梁的側(cè)視圖，每塊板材有圖12中所示的切縫。
圖14是圖13的箱梁的端視圖。
圖15是一塊板材的頂視圖，其成形有縫間彎折條限定結(jié)構(gòu)并且構(gòu)形為用于圍在一個(gè)圓柱形構(gòu)件上。
圖16是圖15的那塊板材沿著彎折線(xiàn)彎折并安裝成圍在一個(gè)圓柱形構(gòu)件上的立體圖。
圖17是用一塊板材按照本發(fā)明成形的波紋板組件的分解立體圖。
圖18是按照本發(fā)明成形的一塊板材的一個(gè)替代實(shí)施例的分解立體圖。
圖19是用于構(gòu)造波紋板的一個(gè)替代實(shí)施例的開(kāi)有切縫的板材在彎曲或折疊之前的頂視平面圖。
圖20是用圖19的那塊有切縫的板材構(gòu)造的波紋板組件的立體圖。
圖21是基本上位于圖20中的弧線(xiàn)“21-21”范圍內(nèi)的那一部分的局部放大立體圖。
圖21A是基本上位于圖19中的弧線(xiàn)“21A-21A”范圍內(nèi)的那一部分的局部放大頂視平面圖。
圖22是用一塊類(lèi)似于圖19和20的波紋板構(gòu)造的一個(gè)圓柱形構(gòu)件的示意端視圖，波紋板的比例改為適于構(gòu)成這個(gè)圓柱形。
圖23是按照本發(fā)明開(kāi)有切縫的一塊板材的局部放大側(cè)視圖，這塊板材有一個(gè)偏置的突舌，用以確保預(yù)定的彎曲。
圖23A是表示圖23的那塊板材的彎曲過(guò)程的縮小端視圖。
圖24是一塊開(kāi)有對(duì)其平面有一個(gè)斜角的切縫的板材的局部端視圖，表示出其在被彎曲到形成一個(gè)補(bǔ)角的過(guò)程中。
圖25是按照本發(fā)明布置的從卷材到卷材的板材開(kāi)切縫生產(chǎn)線(xiàn)的側(cè)視示意圖。
圖26是一卷板材的立體圖，這卷板材已經(jīng)被用例如圖25的設(shè)備開(kāi)出了切縫并且是處在被開(kāi)卷并隨后彎曲成一個(gè)三維結(jié)構(gòu)物的過(guò)程中。
圖27A-27G是按照本發(fā)明構(gòu)造的一塊板材被彎曲成一個(gè)有對(duì)角支撐的箱梁的各個(gè)步驟的立體圖。
圖28A-28E是按照本發(fā)明構(gòu)造的一塊板材被彎曲成一個(gè)機(jī)架的各個(gè)步驟的立體圖，這個(gè)機(jī)架可用于支承例如電氣設(shè)備。
圖29是適用于對(duì)本發(fā)明的開(kāi)有切縫的板材進(jìn)行不大費(fèi)力的彎曲或折疊的設(shè)備的示意立體圖。
圖30是本發(fā)明的板材彎曲或折疊過(guò)程的另一個(gè)實(shí)施例的示意立體圖。
圖31是用于本發(fā)明的開(kāi)有切縫的板材的彎曲的交互作用的設(shè)計(jì)、制造和裝配過(guò)程的一個(gè)方面的流程圖。
圖32A-32E是按照本發(fā)明構(gòu)造的一塊板材被彎曲成一個(gè)骨架壁/梯子的各個(gè)步驟的立體圖。
圖33是按照本發(fā)明構(gòu)造的一個(gè)彎曲的波紋板的立體圖。
圖34A-34E是一塊包括扳起的撐角板(swing-out bracing)的板材被彎曲成一個(gè)有撐角板的箱梁(box-beam)的各個(gè)步驟的立體圖。
圖35是一塊按照本發(fā)明開(kāi)有切縫的并包括單個(gè)切縫實(shí)施例的板材的俯視圖。
圖36是用圖35的那塊板材彎曲成的一個(gè)輥?zhàn)酉潴w(roller housing)的立體圖。
圖37是一塊板材的局部俯視圖，這塊板材有幾種不同的彎折線(xiàn)切縫終止形狀(termination slit cofiguration)。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最好方式現(xiàn)在詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的各較佳實(shí)施例，它們的例子如各附圖所示。盡管將結(jié)合各較佳實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，不能把本發(fā)明限制于這些實(shí)施例。相反，本發(fā)明涵蓋屬于權(quán)利要求書(shū)所定義的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種替代、變型和等同的構(gòu)想。
本發(fā)明的用于板材的精確彎曲的方法和設(shè)備是基于此前的專(zhuān)利申請(qǐng)書(shū)中揭示的切縫幾何形狀，這些此前的申請(qǐng)書(shū)是2000年8月17日提交、題目為“板材的精確彎折用的方法和用于該方法的切縫板(METHOD FOR PRECISION BENDING OFA SHEET OF MATERIAL AND SLIT SHEET THEREFOR)”、申請(qǐng)?zhí)枮?9/640,267的專(zhuān)利申請(qǐng)以及2002年9月26日提交、題目為“板材的精確彎折用的方法、切縫板和制造工藝(METHOD FOR PRECISION BENDING OF SHEET OF MATERIALS，SLIT SHEETS AND FABRICATION PROCESS)”、申請(qǐng)?zhí)枮?0/256,870的專(zhuān)利申請(qǐng)，這兩個(gè)文件被本文全面引用。
本發(fā)明的用于進(jìn)行精確和高強(qiáng)度的彎曲的工藝和設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例可參照?qǐng)D3-5來(lái)說(shuō)明。圖3中，板材41成形有許多縫間彎折條限定結(jié)構(gòu)，在這一情況中，諸切縫43總的是沿著彎折線(xiàn)45。所以，切縫43是以頭對(duì)頭的間隔關(guān)系沿縱向延伸，而限定了每相鄰兩個(gè)切縫43之間的彎曲部分或縫間彎折條47。圖3中，切縫43的兩端設(shè)有可降低應(yīng)力的結(jié)構(gòu)，即通孔49，其能夠降低縫間彎折條47里的應(yīng)力集中。但是，從下面的說(shuō)明將能理解，圖3中的這樣加大的通孔49不是為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的精確彎曲方法的好處所必需的。
但是，對(duì)于圖3中所示的切縫43的這一實(shí)施例，沿縱向延伸于每?jī)蓚€(gè)切縫端部之間的每個(gè)切縫相對(duì)于彎折線(xiàn)45是沿橫向或側(cè)向錯(cuò)位的。這樣，諸如切縫43a的那個(gè)切縫包括兩個(gè)縱向延伸的切縫段51和52，它們靠近彎折線(xiàn)45，等距地位于其兩側(cè)，并與之平行?？v向切縫段51和52還由橫向延伸的切縫段53連接起來(lái)，所以，切縫43a是從通孔49a沿著一條連接起來(lái)的路徑延伸到通孔49b，這條路徑連通兩個(gè)通孔并包括縱向延伸的切縫段51，52以及橫向的切縫段53。
參照?qǐng)D4A-4D以及對(duì)應(yīng)的圖5A-5C可以更好地理解這種錯(cuò)位的切縫的作用和優(yōu)點(diǎn)，其中表示出了圖3所示的板材41的彎曲或折疊的各個(gè)階段。圖4A中，板材41開(kāi)出了基本上如圖3所示的切縫。圖3和圖4A的一點(diǎn)不同在于圖3中表示出了切縫寬度或被去掉的材料的寬度，而圖4A中沒(méi)有表示切縫寬度，這些切口可以用一種切口刀或切口沖頭加工出來(lái)。但是，如果切縫寬度足夠小，以至于在彎曲過(guò)程中切縫兩側(cè)的材料能互相接觸，那么彎曲過(guò)程中的效果是基本上相同的。圖4A-5C中的標(biāo)號(hào)與圖3中的相同。
這樣，在圖4A中，板材41處于彎曲前的平板狀態(tài)。圖4A表示出了沿縱向延伸的切縫段51和52，而圖5A-5C中表示出了它們的橫斷面。圖4A還表示出了板材的各個(gè)橫斷面的位置。
圖4B中，板材41已被沿著彎折線(xiàn)45略微彎曲，這從圖5A’-5C’可以看出來(lái)。如圖5A和5B所示，切縫段51和52的頂邊緣已經(jīng)張開(kāi)。板材的在彎折線(xiàn)45左右兩側(cè)的部分在美國(guó)專(zhuān)利6,481,259和美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)10/256,870中被稱(chēng)為“舌板(tab)”55，但是為了與這一申請(qǐng)中后面的各實(shí)施例一致，這里把它稱(chēng)為“唇部(lip)”55。唇部55的下側(cè)或底側(cè)邊緣51a和52a已經(jīng)沿著切縫兩側(cè)的支承面51b和52b略微向上移動(dòng)。當(dāng)板材被彎曲到一個(gè)較大的程度時(shí)，例如彎曲到圖4C所示的位置時(shí)，可以更清楚地看出唇部邊緣51a和52a的這種移動(dòng)。
在圖4C和對(duì)應(yīng)的各剖面圖中可以看出，邊緣51a和52a已經(jīng)向上運(yùn)動(dòng)到支承在彎折線(xiàn)45兩側(cè)的支承表面51b和52b上。這樣，在彎曲過(guò)程中，邊緣51a和52a與支承表面51b和52b之間有滑動(dòng)接觸。如果縱向切縫段51和52是等距地加工在彎折線(xiàn)45的兩側(cè)，如圖4A所示，那么這種滑動(dòng)接觸將發(fā)生在中間的彎折線(xiàn)45兩側(cè)距離相等的位置。用潤(rùn)滑劑，也可以用粘結(jié)劑和密封劑可使滑動(dòng)接觸順暢，當(dāng)然對(duì)粘結(jié)劑和密封劑而言，要在它們凝固和粘合之前。
這種結(jié)構(gòu)的結(jié)果是有兩個(gè)實(shí)際的彎曲支點(diǎn)51a、51b和52a、52b，它們?cè)趶澱劬€(xiàn)45的兩側(cè)并對(duì)其有相等的距離。唇部邊緣51a和支承表面51b以及唇部邊緣52a和支承表面52b使縫間彎折條47繞一個(gè)虛擬支點(diǎn)彎曲，這個(gè)虛擬支點(diǎn)位于兩個(gè)實(shí)際支點(diǎn)之間，并且可以被理解為是疊加在彎折線(xiàn)45上。
彎曲到90°度的最終結(jié)果如圖4D和對(duì)應(yīng)的剖面圖5A-5C所示?？梢钥闯?，邊緣52a和底側(cè)或底面52c現(xiàn)在是與支承表面52b互相接觸或靠在一起，并且以部分搭接的關(guān)系支承于其上(見(jiàn)圖5A)。類(lèi)似地，邊緣51a和底面51c現(xiàn)在接合于表面51b并且以搭接狀態(tài)靠在其上(見(jiàn)圖5B)?？梢钥闯隹p間彎折條47已經(jīng)發(fā)生了塑性變形，或者說(shuō)是沿著它的上表面47a它被拉長(zhǎng)了，而沿著它的下表面47b它被壓縮了，如圖5C所示。
在圖4D所示的彎曲狀態(tài)，板材的兩個(gè)唇部，也就是板材切縫的中軸線(xiàn)兩側(cè)的部分55，現(xiàn)在靠在支承表面51b和52b上。在彎曲過(guò)程中這種邊緣對(duì)表面的接觸和支承，其在圖中所示的結(jié)構(gòu)中交錯(cuò)于彎折線(xiàn)的兩側(cè)，可給出較好的彎曲或折疊精度，并且可使形成的彎曲或折疊結(jié)構(gòu)能承受較大的在垂直方向作用的剪切力。在各縫間彎折條47之間，載荷La(見(jiàn)圖5A)將由底面52c和邊緣52a在支承表面52b上的搭接來(lái)支承。類(lèi)似地，載荷Lb(見(jiàn)圖5B)將由邊緣51a和表面51c在支承表面51b上的搭接來(lái)支承，這些搭接與縫間彎折條47一段一段地交替著。
這里所說(shuō)的材料的“邊緣對(duì)表面”接觸和支承，既縱向地沿著切縫一側(cè)的整個(gè)長(zhǎng)度也縱向地沿著切縫另一側(cè)的整個(gè)長(zhǎng)度。將能理解如果板材41被彎曲或被折疊超過(guò)90°，邊緣51a和52a將脫離支承表面51b和52b，并且下表面51c和52c將由表面51b和52b的下邊緣支承。如果板材彎曲小于90°，在開(kāi)始彎曲之后邊緣仍是幾乎立刻就進(jìn)入與表面接觸，但只是邊緣線(xiàn)接觸表面。這種切縫的一側(cè)在其另一側(cè)上的支承在本說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中也將被稱(chēng)為是“邊緣對(duì)表面”接觸和支承。下文將有說(shuō)明，通過(guò)在板材上開(kāi)出不是與板材表面成90°的切縫，也可以在非90°的彎曲的情況下做到邊緣51a和52a完全支承在支承表面51b和52b上。
在本發(fā)明的基于切縫的彎曲系統(tǒng)中，盡管縫間彎折條或彎曲部分47由于塑性變形有殘余應(yīng)力，以及盡管切縫使彎曲處的一個(gè)很大部分不是直接連接在一起，但是開(kāi)出的切縫的位置可使得形成一種邊緣對(duì)表面的搭接，與圖1，1A，1B和2A，2B的基于傳統(tǒng)的切縫和凹槽形狀的彎曲結(jié)構(gòu)相比，這種搭接可提供很大的補(bǔ)充強(qiáng)度。實(shí)際上，本發(fā)明的縫間彎折條給彎曲處預(yù)加了載荷，以至基本上在整個(gè)彎曲過(guò)程中把切縫的兩側(cè)拉成了或夾持成了在彎曲處在切縫的大致整個(gè)長(zhǎng)度上的邊緣對(duì)表面接觸。由縫間彎折條中的殘余拉伸應(yīng)力產(chǎn)生的彎曲處的預(yù)加載荷也能防止被預(yù)加載荷的切縫邊緣和切縫的另一側(cè)上的、作為靠山的表面之間的振動(dòng)。
另外，由于在切縫長(zhǎng)度的大部分上各切縫這一側(cè)的邊緣與各切縫那一側(cè)的表面接觸，載荷La和Lb將不會(huì)破壞縫間彎折條47或者使它進(jìn)一步塑性變形，而用圖2、2A、2B的已有技術(shù)的切縫結(jié)構(gòu)就有破壞或進(jìn)一步變形的可能。這個(gè)彎曲處的載荷直接由用本發(fā)明的開(kāi)切縫技術(shù)達(dá)到的邊緣對(duì)表面接觸來(lái)支承，而不是僅由被扭轉(zhuǎn)的高應(yīng)力的縫間彎折條的連接區(qū)域的橫斷面承擔(dān)，而在圖2、2A、2B的已有技術(shù)的切縫結(jié)構(gòu)和Gitlin等人的申請(qǐng)中，卻是只由連接區(qū)域的橫斷面承擔(dān)。
所以，本發(fā)明的采用橫向錯(cuò)位的切縫的這一實(shí)施例具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。首先，可以在彎折線(xiàn)45的每一側(cè)精確地布置沿縱向延伸的切縫段51和52的橫向位置，使得彎曲繞著一個(gè)由兩個(gè)等距離位于彎折線(xiàn)的兩側(cè)的實(shí)際支點(diǎn)產(chǎn)生的虛擬支點(diǎn)發(fā)生。由于可以用CNC控制器控制切縫切割設(shè)備，因而可非常精確地控制切縫的位置，所以這種精確的彎曲可降低或消除累積誤差，還應(yīng)該注意到折板機(jī)(press brake)通常是在距離板材的邊緣或一個(gè)已存在的彎曲處或其它結(jié)構(gòu)一定距離處進(jìn)行折板，這使得很難用折板機(jī)以對(duì)板材邊緣結(jié)構(gòu)有一個(gè)角度進(jìn)行彎曲。但是，用本發(fā)明的開(kāi)切縫工藝可以很容易做到以對(duì)板材邊緣的任何結(jié)構(gòu)的各個(gè)角度進(jìn)行精確的彎曲。此外，由于板承受的載荷是由本發(fā)明的切縫形狀產(chǎn)生的邊緣和表面的搭接來(lái)支承，彎曲成的板結(jié)構(gòu)的承受剪切載荷和沿著橫向垂直的軸線(xiàn)的載荷的能力大大地提高了。
可以看出圖3-5C所示的本發(fā)明的這一實(shí)施例可使大致垂直于彎折線(xiàn)的各彎曲部分或縫間彎折條47產(chǎn)生精確的彎曲?？p間彎折條的這一取向可使縫間彎折條產(chǎn)生沿著其外表面或頂面的相當(dāng)大的塑性伸長(zhǎng)，以及沿著縫間彎折條的內(nèi)表面或底面的相當(dāng)大的壓縮。這種彎曲發(fā)生在相對(duì)較短的垂直的縫間彎折條上，與圖1-1B的垂直的縫間彎折條的彎曲方式相類(lèi)似，但是在圖3-5C中，一個(gè)平面的唇部55被翻轉(zhuǎn)到與另一平表面成互鎖或互相接觸的關(guān)系，這就增加了彎曲處的強(qiáng)度。
圖2-2B中所示的已有技術(shù)的作法是把縫間連接條34定向?yàn)槠叫杏趶澱劬€(xiàn)，結(jié)果是縫間連接條34有很大的塑性扭轉(zhuǎn)變形。這樣的塑性扭轉(zhuǎn)變形還會(huì)明顯地改變彎折線(xiàn)附近的材料的微觀組織。而且，這些縫間連接條不會(huì)在切縫的整個(gè)長(zhǎng)度上使板材的相對(duì)兩側(cè)翻轉(zhuǎn)到互相接觸。還有，在圖3-5C的實(shí)施例中，可以獨(dú)立于切縫段51和52之間的錯(cuò)位距離改變縫間彎折條的寬度，所以在彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)中有較大的靈活性。
盡管圖中表示的是板材彎曲了90°，但是應(yīng)該理解如果開(kāi)有這種切縫的板材彎曲大于或小于90°，也能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各實(shí)施例中所述的大多數(shù)優(yōu)點(diǎn)。從小的彎曲角度開(kāi)始，橫著彎折線(xiàn)延伸的唇部就滑上并接觸相反的表面，在大于90°的彎曲角度情況下這種支承和接觸將繼續(xù)存在。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)圖3-5C的實(shí)施例最適用于延展性相當(dāng)好的板材。如果材料比較硬且延展性小，則第二實(shí)施例為佳。
在圖6-8B所示的本發(fā)明的實(shí)施例中，采用了這樣一種切縫形狀，它可使切縫兩側(cè)的板材翻轉(zhuǎn)到使互相接觸，并可減小縫間彎折條的塑性變形和縫間彎折條中的殘余應(yīng)力。而且，這一實(shí)施例也允許獨(dú)立于切縫之間的錯(cuò)位距離改變縫間彎折條的寬度，以及從彎折線(xiàn)開(kāi)始向左、右兩個(gè)方向增大縫間彎折條的寬度，這可減小在彎折線(xiàn)兩側(cè)的板材的連接部分里的應(yīng)力集中。
采用了斜向?qū)χ鴱澱劬€(xiàn)的縫間彎折條，與圖3-5C的較短縫間彎折條相比，這可以增加縫間彎折條的長(zhǎng)度?？p間彎折條的塑性變形也可以部分地由扭轉(zhuǎn)來(lái)達(dá)到，而不是像圖3-5C中那樣只產(chǎn)生純粹的彎曲，但是與圖2-2B的平行的縫間彎折條相比，扭轉(zhuǎn)的量大大地減小了，而且，切縫這一側(cè)的唇部被翻轉(zhuǎn)到實(shí)際上在切縫的整個(gè)長(zhǎng)度上與切縫那一側(cè)的表面互相接觸，這使得在有載荷作用時(shí)不會(huì)產(chǎn)生很大的縫間彎折條附加應(yīng)力。
此外，在圖6-8B所示的實(shí)施例中，在彎曲過(guò)程中這種切縫形狀使切縫兩側(cè)的材料產(chǎn)生連續(xù)的滑動(dòng)接觸，這種連續(xù)接觸沿著切縫從中間走向兩端。在彎曲過(guò)程中，切縫的一側(cè)表面成為滑動(dòng)支承的靠山，這可使縫間彎折條的彎曲更均勻并且應(yīng)力較小。所以，圖6-8B所示的實(shí)施例可用于延展性較小的板材，諸如熱處理的6061鋁甚至某些陶瓷材料，并且可用較厚的板材。
特別參照?qǐng)D6-8B，被彎曲或折疊的板材241被成形有許多沿縱向延伸的縫間彎折條限定結(jié)構(gòu)，諸如沿著彎折線(xiàn)245的那些切縫243。每個(gè)切縫243的兩端可以任選地設(shè)置大的減輕應(yīng)力孔249或者曲線(xiàn)的端部249a，其可以阻止任何應(yīng)力裂紋漫延回切縫243，這取決于板材的受力方向?？梢钥闯鰣D6-8B的實(shí)施例的切縫不是一步一步間隔的，但是它們被構(gòu)造成能使斜的縫間彎折條247繞著疊加在彎折線(xiàn)245上的一個(gè)虛擬支點(diǎn)發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)。切縫的這種形狀和定位，包括錯(cuò)位距離和切縫寬度，在彎曲過(guò)程中也可使切縫兩側(cè)的板材翻轉(zhuǎn)到或運(yùn)動(dòng)到邊緣對(duì)表面互相接觸。在整個(gè)彎曲過(guò)程中直至其結(jié)束，這種最佳的邊緣對(duì)表面的互相接觸始終存在。但是，可以通過(guò)選擇錯(cuò)位距離和切縫寬度，使得只在彎曲開(kāi)始時(shí)產(chǎn)生邊緣對(duì)表面的接觸，這對(duì)確保精確的彎曲有利。因此，就本文的用語(yǔ)而言，“在彎曲過(guò)程中”是指包括在彎曲的任何階段發(fā)生的邊緣對(duì)表面的互相接觸。
盡管圖6-8B和圖9-10A所示的各實(shí)施例不是一步一步的，但是這些實(shí)施例的斜的縫間彎折條可以用圖3-5C的一步一步的切縫形狀來(lái)組合。這樣，一步一步的切縫的一端或兩端可以是斜的或曲線(xiàn)的。
如圖6所示，一對(duì)長(zhǎng)的切縫243分別較佳地定位在彎折線(xiàn)245的兩側(cè)并靠近彎折線(xiàn)245，它們定位成使彎折線(xiàn)兩側(cè)的縱向鄰近的各對(duì)切縫端部之間形成彎曲部分或縫間彎折條247，可以看出縫間彎折條247是斜向穿越彎折線(xiàn)245。“斜的”和“斜向地”將在下面結(jié)合圖11更詳細(xì)地解釋?zhuān)湟馑际强p間彎折條的縱向中軸線(xiàn)以一個(gè)不是90°的角度穿越所期望的彎折線(xiàn)。這樣，每個(gè)切縫端部251逐漸遠(yuǎn)離彎折線(xiàn)245，致使縫間彎折條247的中軸線(xiàn)成為歪的或斜的了，以及縫間彎折條可以發(fā)生扭轉(zhuǎn)。雖然不是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的彎曲所絕對(duì)需要的，但是可以看出各切縫243是沿著彎折線(xiàn)245沿縱向搭疊的。
與圖2-2B的切縫31和已有技術(shù)的Gitlin等人的申請(qǐng)不同，它們的切縫是平行于在限定縫間彎折條34的區(qū)域里的彎折線(xiàn)，而這里的切縫243逐漸遠(yuǎn)離彎折線(xiàn)245，形成了斜的縫間彎折條，其在彎曲過(guò)程中不會(huì)發(fā)生已有技術(shù)的圖2-2和BGitlin等人的申請(qǐng)中存在的那種極端的扭轉(zhuǎn)。而且，切縫243對(duì)彎折線(xiàn)245的逐漸遠(yuǎn)離可使縫間彎折條的尺寸向著與板材241的其余部分連接的方向逐漸加寬。這個(gè)逐漸增加的寬度可加強(qiáng)載荷跨越彎曲處的傳遞，因而可降低應(yīng)力集中和提高縫間彎折條的疲勞強(qiáng)度。
與第一實(shí)施例的情況一樣，切縫243較佳地有一個(gè)寬度尺寸，并且切縫之間跨越彎折線(xiàn)的橫向錯(cuò)位距離也規(guī)定了尺寸，以便在彎曲過(guò)程中切縫兩側(cè)的材料能互相接觸。這樣，切縫243可以用一種刀具加工出來(lái)并且可以有大致為零的切縫寬度，或者它們可以有仍能產(chǎn)生互相接觸的較大的切縫寬度，這取決于被彎曲的板的厚度。最佳的是，切縫寬度不超過(guò)板材厚度的0.3倍，以及錯(cuò)位距離不超過(guò)板材厚度的1.0倍。
與圖3-5C的實(shí)施例的情況一樣，唇部253延伸越過(guò)彎折線(xiàn)245到切縫243。如果切縫寬度和錯(cuò)位距離相對(duì)于板材的厚度不是大得在彎曲過(guò)程中會(huì)阻止切縫兩側(cè)之間的接觸，那么唇部253可滑上或騎上舌部260的表面255。
如果切縫寬度和錯(cuò)位距離大得使唇部253和舌部260的表面255之間不會(huì)發(fā)生接觸，那么被彎曲或折疊的板將仍然有某些斜的縫間彎折條的提高強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，但是在這樣的情況中沒(méi)有實(shí)際的彎曲支點(diǎn)，所以沿著彎折線(xiàn)245的彎曲變得不大可預(yù)測(cè)和不大精確。類(lèi)似地，如果縫間彎折條限定結(jié)構(gòu)是不穿透板材的凹槽243，那么這些凹槽將限定斜的高強(qiáng)度的縫間彎折條，但是在彎曲過(guò)程中不會(huì)發(fā)生邊緣對(duì)表面的滑動(dòng)，除非凹槽深得在彎曲過(guò)程中會(huì)裂穿而變成切縫。這樣，縫間彎折條的弧形的逐漸遠(yuǎn)離的凹槽實(shí)施例即使不能產(chǎn)生邊緣對(duì)表面的接觸也能提高縫間彎折條的強(qiáng)度。
如果切縫寬度太寬以至于不會(huì)發(fā)生唇部253語(yǔ)舌部260的表面255的接觸，這種情況的另一個(gè)問(wèn)題是最終彎曲成的板材沒(méi)有支承在切縫表面上的唇緣，除非彎曲處是相當(dāng)?shù)臉O端以至于被彎曲的板的兩個(gè)側(cè)面之間形成一個(gè)小的銳角。在已有技術(shù)的開(kāi)切縫作法中已經(jīng)注意到在有載荷作用時(shí)縫間彎折條里將立即出現(xiàn)進(jìn)一步的應(yīng)力。圖6-8B的縫間彎折條形狀中的問(wèn)題不會(huì)像已有技術(shù)中的那樣嚴(yán)重，但是應(yīng)給切縫寬度和錯(cuò)位距離選擇較佳的尺寸，以確?；旧显谡麄€(gè)彎曲過(guò)程中唇部和舌部表面的互相接觸。
也可把切縫243正好放在彎折線(xiàn)上，或者即使跨越彎折線(xiàn)仍能產(chǎn)生從實(shí)際支點(diǎn)平面255的平衡位置開(kāi)始的精確的彎曲以及唇部253的邊緣沿著它的滑動(dòng)。成形為跨越彎折線(xiàn)245的切縫243的潛在缺點(diǎn)是在邊緣257與表面255之間將仍有一個(gè)空隙。但是，為了便于后續(xù)的焊接、銅焊、錫銲、填充粘結(jié)劑，或者希望留一個(gè)空隙通氣，一個(gè)空隙是可以接受的。在彎曲后進(jìn)行后續(xù)的加強(qiáng)時(shí)，把切縫定位成能產(chǎn)生一個(gè)空隙是本發(fā)明的一個(gè)符合需要的特點(diǎn)。但是，如果空隙不填充起來(lái)，它會(huì)把對(duì)彎曲處在所有自由度(旋轉(zhuǎn)自由度除外)上的全部承載要求放在塑性變形的連接區(qū)域或縫間彎折條247的橫斷面上。也可以改變跨越彎折線(xiàn)的切縫的大小，使之能產(chǎn)生邊緣對(duì)表面的接觸而又不產(chǎn)生空隙。
圖7、8、8A和8B表示出板241被沿著彎折線(xiàn)245彎曲了90°。從圖8A和8B中可以清楚地看出唇部253的內(nèi)邊緣257已經(jīng)滑上切縫另一側(cè)的舌部260的表面255，并與之接觸和支承在其上。所以，圖8A中所示的垂向力Fv是由邊緣257在表面255上的搭接來(lái)支承。類(lèi)似地，圖8B中所示的水平力Fh將由邊緣257在表面255上的搭接來(lái)抵抗。把圖8A和8B與已有技術(shù)的圖1A、1B和2A、2B相比較可以看出它們的區(qū)別，在整個(gè)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度上，本發(fā)明的彎曲方法和切縫形狀明顯優(yōu)越。與已有技術(shù)的切縫形狀相比，本發(fā)明的沿著切縫交錯(cuò)搭接的邊緣對(duì)表面支承和在兩個(gè)相反的歪斜方向上的縫間彎折條的組合，不僅可產(chǎn)生精確的彎曲，而且殘余應(yīng)力較小，強(qiáng)度較高。
但是，縫間彎折條向兩個(gè)相反方向的歪斜不是為達(dá)到本發(fā)明的諸多優(yōu)點(diǎn)所必需的。在板241是各向同性的材料時(shí)，縫間彎折條的中軸線(xiàn)的交錯(cuò)歪斜能夠消除應(yīng)力。如果板的材料不是各向同性的，可以用向同一方向歪斜的縫間彎折條來(lái)抵消材料中的優(yōu)先晶粒效應(yīng)。或者，對(duì)于各向同性的板材，縫間彎折條向同一方向的歪斜可使板材的在彎折線(xiàn)兩側(cè)的兩個(gè)部分沿著彎折線(xiàn)相對(duì)位移，這種位移可用于產(chǎn)生與一個(gè)第三平面的鎖合，諸如由產(chǎn)生的側(cè)向移動(dòng)量建立一種過(guò)盈配合或一個(gè)突舌和槽口的插合。
斜的切縫的幾何參數(shù)是這樣的它們彎曲并扭轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)區(qū)域，這個(gè)區(qū)域會(huì)使縫間彎折條材料里在切縫終止處或縫間彎折條連接于板材的其余部分處的殘余應(yīng)力降低，這樣，可以降低裂紋的漫延，減輕對(duì)大的縫間彎折條端部通孔或縫間彎折條的卷曲形狀的需要。如果做成的結(jié)構(gòu)物主要是承受靜載荷或預(yù)料其不承受任何載荷，對(duì)限定斜的縫間彎折條的弧形切縫，不必設(shè)置能降低應(yīng)力的端部形狀。
另外，將能理解可以沿著245移動(dòng)切縫243以改變縫間彎折條247的寬度而不增大各切縫之間的橫向錯(cuò)位距離。相反，切縫243之間的錯(cuò)位距離可以增大，并且縱向移動(dòng)切縫可保持縫間彎折條的厚度相同。很明顯，這兩種改變都可以進(jìn)行，以設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足應(yīng)用的縫間彎折條寬度和長(zhǎng)度。
一般地說(shuō)，可把從切縫到切縫的橫向距離，也就是切縫到彎折線(xiàn)的距離的兩倍稱(chēng)為“錯(cuò)位”距離。在本發(fā)明的各較佳實(shí)施例中，錯(cuò)位距離對(duì)材料的厚度之比應(yīng)小于1。就是說(shuō)，錯(cuò)位距離通常是小于材料厚度。一個(gè)較佳實(shí)施例中這一比值是小于0.5。一個(gè)更佳的實(shí)施例中這一比值是小于0.3。這要根據(jù)所用具體材料的特性、縫間彎折條的寬度和切縫尺寸來(lái)確定。
縫間彎折條247的寬度將影響使板彎曲所需要的力，可以通過(guò)移動(dòng)切縫243使其離開(kāi)彎折線(xiàn)更遠(yuǎn)一些或縱向移動(dòng)切縫的位置，或者兩者兼用，來(lái)改變彎曲力的大小。一般地說(shuō)，最好是把斜的縫間彎折條247的寬度選擇得比被彎曲的材料的厚度大一些，縫間彎折條的寬度可以是材料厚度的約0.5到4倍，更佳的是0.7到2.5倍。
但是，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之一是切縫的形狀可使板材的彎曲通?？捎檬止すぞ呋蜉p型的動(dòng)力工具來(lái)完成。因?yàn)橹恍枰獜澢ぞ呤┘邮箍p間彎折條247彎曲和扭轉(zhuǎn)的力，不必用彎曲工具來(lái)控制彎曲的部位。要控制彎曲部位就得用動(dòng)力工具，諸如折板機(jī)，把材料夾住施加足夠大的力才能控制彎曲部位。但是，在本發(fā)明中，彎曲部位是由實(shí)際支點(diǎn)，也就是在彎折線(xiàn)兩側(cè)的表面255上樞轉(zhuǎn)的邊緣257來(lái)控制。所以，只需要彎曲工具能實(shí)現(xiàn)縫間彎折條247的彎曲而不要求它控制彎曲的位置。在沒(méi)有大功率的動(dòng)力工具可用的情況下，例如在室外或在野外建造工地，或者操作者沒(méi)有動(dòng)力工具，這是極其重要的。也可以用小功率的板材彎曲設(shè)備，諸如用瓦楞紙板彎曲機(jī)、氣囊、真空彎曲機(jī)、帶有折疊桿的液壓拉缸以及形狀記憶彎曲材料來(lái)彎曲金屬板，這將在下文詳細(xì)說(shuō)明。此外，如果要制造的結(jié)構(gòu)物本身的幾何參數(shù)使得無(wú)法應(yīng)用動(dòng)力彎曲設(shè)備，那么在這種結(jié)構(gòu)物的制造中，能夠用手工工具進(jìn)行精確的彎曲是非常重要的。在進(jìn)行閉合和扣合一個(gè)三維結(jié)構(gòu)物的最后幾個(gè)彎曲時(shí)，情況尤其如此。
切縫端部251的最佳形狀是逐漸遠(yuǎn)離彎折線(xiàn)245的一個(gè)弧形。事實(shí)上，每一條切縫都可以成形為一個(gè)連續(xù)的弧，如圖9、10和10A所示，這將在下文說(shuō)明。一個(gè)弧形可使切縫一側(cè)的材料從切縫的中心開(kāi)始沿著一個(gè)弧形路徑滑順地漸進(jìn)地爬上舌部的表面，并漸進(jìn)到切縫的端頭。這可降低彎曲過(guò)程中邊緣257頂死在表面255上的危險(xiǎn)，因而可使縫間彎折條里的應(yīng)力較小。此外，大的切口自由表面半徑有利于減小應(yīng)力集中。在圖6-8B的切縫形狀中，切縫243的中間部分基本上平行于彎折線(xiàn)245。某些不平行的切縫取向，特別是平衡在彎折線(xiàn)的任一側(cè)，也是可以接受的，并能產(chǎn)生本文所述的結(jié)果。
也可把切縫端部251成形為以垂直于彎折線(xiàn)245和切縫243的中段的方向逐漸遠(yuǎn)離于彎折線(xiàn)245。如果切縫不是縱向搭疊的，這將形成不斜的縫間彎折條。這種作法的缺點(diǎn)是，縫間彎折條247的彎曲不均勻不可靠，因而影響彎曲部位的精度。此外，這樣的幾何參數(shù)使得縫間彎折條不發(fā)生扭轉(zhuǎn)，并在彎曲處的內(nèi)和外半徑上有幾個(gè)嚴(yán)重的應(yīng)力集中點(diǎn)，還可能限制邊緣對(duì)表面的接觸程度。
對(duì)于彈/塑性材料，本發(fā)明的所有各實(shí)施例中的縫間彎折條都是先彈性變形而后塑性變形。本發(fā)明的開(kāi)切縫方法也可以用于從不塑性變形的可彈性變形的塑料。這類(lèi)材料只要不放開(kāi)就能保持在彎曲或折疊狀態(tài)。為了使得更可能只發(fā)生彈性變形，較佳的是把縫間彎折條成形為有縱向的中軸線(xiàn)，這個(gè)中軸線(xiàn)對(duì)彎折線(xiàn)有一個(gè)小的角度，最好是26°或小于26°。這個(gè)角度越小，發(fā)生扭轉(zhuǎn)的比例就越高，以及發(fā)生彎曲的比例就越低。而且，這個(gè)角度越小，彎曲半徑就會(huì)越大。不怎么塑性變形的剛性材料，諸如硬的聚合物、硬的金屬、比較柔性的陶瓷以及某些復(fù)合材料，都能在彈性范圍內(nèi)承受大半徑的彎曲。它們也能承受分布在長(zhǎng)的縫間彎折條材料上的彈性扭轉(zhuǎn)或扭曲。小角度的縫間彎折條在這兩個(gè)方面都起作用。
但是，在塑性變形的板的彎曲處的端部將仍保持有一定的有回彈力的彈性變形，其傾向于把邊緣257拉靠到表面255上并產(chǎn)生能保持切縫兩側(cè)材料之間互相接觸的殘余彈性?shī)A緊力。因此，被彎曲的板的彈性力將會(huì)把板的搭接邊緣預(yù)加載或坐落在支承表面上，這可確保彎曲處的強(qiáng)度并可降低彎曲處承受載荷時(shí)縫間彎折條的應(yīng)力增量。
圖9、10和10A所示的實(shí)施例是結(jié)合圖6-8B說(shuō)明的斜的縫間彎折條實(shí)施例的一種特殊情況。這里，斜的縫間彎折條由完全是弧形的切縫443限定。這樣的一段圓弧形狀的切縫特別適用于彎曲較厚的延展性不大好的金屬板材，例如鈦板和厚度1/4英寸以上的鋼板。
在板材441上彎折線(xiàn)435的兩側(cè)成形出圓弧形切縫443時(shí)，延伸越過(guò)彎折線(xiàn)445到切縫443的唇部453在彎曲的初始階段開(kāi)始翻轉(zhuǎn)到或滑到弧形切縫的中部的舌部470的表面455上。隨后，隨著縫間彎折條447被扭轉(zhuǎn)和彎曲，唇部453從切縫的中部滑出，部分地滑到舌部表面455上，這種情況逐漸向切縫端部進(jìn)展。各唇部逐漸翻轉(zhuǎn)到各相對(duì)的表面上可減小切縫端部449處的應(yīng)力，所以，與圖6-8B的實(shí)施例相比，這更適用于彎曲延展性較小厚度較大的板材。圖6-8B中，切縫的中間部分是直的，彎曲時(shí)整個(gè)直的部分同時(shí)滑到相對(duì)的表面上。
圖10中的切縫端部449沒(méi)有應(yīng)力減輕通孔249，也沒(méi)有做成圖6-8B那樣的彎的端部249a，也沒(méi)有做成圖11那樣的曲線(xiàn)端部，但是可以比較經(jīng)濟(jì)地在大多數(shù)板上切割或成形出切縫443。而且，在彎曲過(guò)程中，縫間彎折條447的變形是逐漸發(fā)生的，因而可降低應(yīng)力集中。當(dāng)然，這可與增大縫間彎折條的寬度并用，以便把載荷力和彎曲力更均勻地傳遞到板的其余部分，同時(shí)降低應(yīng)力集中。
本發(fā)明的在板材上開(kāi)出切縫和凹槽的各實(shí)施例在設(shè)計(jì)、制造和制作上能夠達(dá)到迄今從未實(shí)現(xiàn)過(guò)的優(yōu)點(diǎn)。用本發(fā)明的板料成形技術(shù)，可以充分實(shí)現(xiàn)諸如CAD設(shè)計(jì)、快速仿型和“即拿即裝(pick and place)”裝配(“pick and place”assembly)等設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。而且，用本發(fā)明的縫間彎折條限定結(jié)構(gòu)大大有利于采用諸如焊接等標(biāo)準(zhǔn)制造技術(shù)。
采用按照本發(fā)明成形的板的許多優(yōu)點(diǎn)可在應(yīng)用諸如焊接的基本制造技術(shù)中顯現(xiàn)出來(lái)。用本發(fā)明的方法彎曲板材，可以避免制造中的許多問(wèn)題，諸如搬動(dòng)許許多多的零件，在焊接前用夾具定位，等等。
此外，對(duì)采用本發(fā)明的切縫彎曲的板可以沿著切縫進(jìn)行焊接。例如，如圖10A所示，舌部470的表面455和唇部453的端面457形成一個(gè)V形截面，這對(duì)于焊接是很理想的。不必磨削或機(jī)械加工就可沿著切縫443焊上一條焊縫460，如圖10A中的虛線(xiàn)所示。而且，切縫兩側(cè)的板材的邊緣對(duì)表面相接觸，在效果上相當(dāng)于在焊接過(guò)程中用于把板材的兩部分保持在一起的一個(gè)定位工具或夾具，還可降低焊接熱引起的翹曲。并且，在焊接步驟中可大大縮短拼裝時(shí)間，可保持用本發(fā)明的開(kāi)切縫工藝得到的尺寸精度。精確的切縫還可以為機(jī)器人進(jìn)行焊接提供容易感受的形狀特點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)在錫銲、銅焊和填充粘結(jié)劑中也是很明顯的，當(dāng)然，對(duì)于許多粘結(jié)劑，熱變形一般不是什么嚴(yán)重的問(wèn)題。
用焊接、銅焊、錫銲、封裝劑或粘結(jié)劑可使按照本發(fā)明彎曲的板成為能盛裝流體或可流動(dòng)的物料的殼體。這樣，用彎曲的板制成的殼體甚至可用于制成流體密封模具，模制后可把板材取下也可留在模制件上。
用斜的特別是曲線(xiàn)的凹槽或切縫的突出特點(diǎn)之一是形成的縫間彎折條的、連接于板材的其余部分的兩端是逐漸加寬的。這樣，圖10中縫間彎折條447的區(qū)域450是在縫間彎折條端部449與相鄰的縫間彎折條443之間橫向加寬。這種加寬有利于把縫間彎折條447的端部的應(yīng)力以一種擴(kuò)散或不集中地發(fā)生傳遞到板材的其余部分。隨著切縫圓弧半徑的減小，加寬程度增大，這允許進(jìn)一步獨(dú)立地改變縫間彎折條里的應(yīng)力遍及彎曲處的傳遞?？梢园堰@種改變與改變縫間彎折條寬度、錯(cuò)位距離和切縫寬度等之一或全部組合起來(lái)，以進(jìn)一步提高彎曲處的強(qiáng)度。圖11的切縫或凹槽的設(shè)計(jì)中用了這一原則。
盡管圖6-8和圖9-10的各實(shí)施例的斜的縫間彎折條可以大大提高彎曲結(jié)構(gòu)的總強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，但是，已經(jīng)在經(jīng)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)如果縫間彎折條限定結(jié)構(gòu)采取弧形切縫的形式，還可以做出更進(jìn)一步的特別是與疲勞有關(guān)的一些實(shí)施例。就這里的用法而言，“弧形的”是指并包括圓弧和由一連串半徑不同的切向弧首尾連接起來(lái)的折線(xiàn)弧。圓弧形的切縫或凹槽最好是有相對(duì)較大的半徑(與板厚相比)，如圖11所示。這樣，板材541可以沿著彎折線(xiàn)543設(shè)置許多連接起來(lái)的大半徑的圓弧形切縫，其總的由標(biāo)號(hào)“542”所指。圓弧形切縫542最好是縱向錯(cuò)開(kāi)或偏置一個(gè)偏置距離，這個(gè)距離在沿著彎折線(xiàn)543在相鄰兩個(gè)切縫的中部之間度量，或者是以本發(fā)明的前面各實(shí)施例中所述的方式在彎折線(xiàn)543兩側(cè)錯(cuò)開(kāi)一個(gè)距離。圓弧形切縫542限定出乃是連接區(qū)域的縫間彎折條544以及乃是斷開(kāi)區(qū)域的切縫542。圖11中，只是右邊的切縫542表示出了切縫寬度，其余的切縫542或是示意地表示的，或是只畫(huà)了一條線(xiàn)而沒(méi)有表示切縫寬度。
縱向相鄰的兩個(gè)切縫542限定了其間的縫間彎折條544，其在這一實(shí)施例中也是斜對(duì)著彎折線(xiàn)543，并且是交替地歪斜，這與上述是一樣的。每一切縫542有一個(gè)中間圓弧段546，其中點(diǎn)到彎折線(xiàn)543距離最近。其端部548也可以有利地做成一個(gè)小半徑的圓弧，接著是往回彎的弧形部分549，最后終止于向內(nèi)的弧形部分551。
所以，可以看出縫間彎折條544是由在彎折線(xiàn)543兩側(cè)的圓弧段546和端部弧形部分548限定?？p間彎折條的最小寬度是出現(xiàn)在縱向相鄰的兩個(gè)切縫的圓弧段546之間，如圖11中的箭頭552所指。如果在縫間彎折條的最小寬度處畫(huà)出一條穿過(guò)箭頭552的中軸線(xiàn)，這條中軸線(xiàn)大致在縫間彎折條的最小寬度處穿過(guò)彎折線(xiàn)543?？p間彎折條544從其最小寬度552處沿著其中軸線(xiàn)553向兩端逐漸加寬。這樣，板材的在彎折線(xiàn)543一側(cè)的那一部分554通過(guò)縫間彎折條544連接于板材的在彎折線(xiàn)543另一側(cè)的第二部分556?？p間彎折條544的寬度從最小寬度處開(kāi)始向兩個(gè)相反的方向逐漸增大，這使縫間彎折條544跨越彎折線(xiàn)543連接于板的第一部分554和第二部分556。這種方式可大大降低應(yīng)力和提高疲勞強(qiáng)度。
為了進(jìn)一步說(shuō)明，以畫(huà)出網(wǎng)格的縫間彎折條554a來(lái)說(shuō)明縫間彎折條的寬度沿著中軸線(xiàn)553的增大。由兩端寬度逐漸增大的縫間彎折條544把板的第一部分554和第二部分556連接起來(lái)，這有助于降低應(yīng)力。縫間彎折條544的中軸線(xiàn)553定向?yàn)閷?duì)彎折線(xiàn)543有一個(gè)斜角，這使縫間彎折條既被扭轉(zhuǎn)又被彎曲，而不是單純扭轉(zhuǎn)，這也可降低縫間彎折條里的應(yīng)力。板材里的應(yīng)力流過(guò)縫間彎折條的連接材料遍及彎曲處。作為疲勞損壞的主要原因的循環(huán)拉伸應(yīng)力(cyclical stress in tension)流過(guò)被扭轉(zhuǎn)和彎曲的縫間彎折條并大致平行于大半徑的弧546和549。小半徑的弧551和548起到從承載主應(yīng)力的自由表面546和549向外平滑過(guò)渡的作用，但它們本身不經(jīng)受應(yīng)力流。這樣，諸弧形的切縫就像是由多個(gè)小得多的圓弧連接起來(lái)的諸非常大的圓的諸部分，其連接方式為，只是大半徑的弧(與板材厚度相比)在應(yīng)力場(chǎng)里，并且用小半徑的弧作為連接部分，以減小從形成切縫的彎折線(xiàn)深入母平面(parent plane)的深度。這樣，最容易出現(xiàn)應(yīng)力引起的微觀裂紋的切縫端部將不會(huì)有應(yīng)力裂紋出現(xiàn)，因?yàn)閼?yīng)力是沿著彎曲處的長(zhǎng)度從一個(gè)切縫到另一個(gè)切縫。但是可以看到在圖6-8和9-10的各實(shí)施例中，在疲勞狀態(tài)下切縫端部就可能出現(xiàn)裂紋。
縫間彎折條的形狀也將影響應(yīng)力遍及彎曲處的分布。在縫間彎折條從其最窄處例如圖11中的最小寬度522處向兩端迅速加寬時(shí)，這個(gè)最小尺寸處傾向于構(gòu)成縫間彎折條的中部的腰部或薄弱平面。這種向中間快速變窄將會(huì)使縫間彎折條里有局部塑性變形和應(yīng)力集中，而不會(huì)是所希望的應(yīng)力分布于縫間彎折條的全長(zhǎng)和分布到縫間彎折條兩側(cè)的材料554和556中。
如圖11所示，最好是縫間彎折條544的最小寬度552處有所需要的縫間彎折條強(qiáng)度，而后，縫間彎折條向兩端逐漸加寬，并且在其端部快速加寬而融合于板的第一部分554和第二部分556。這樣的結(jié)構(gòu)可避免縫間彎折條的腰部552過(guò)窄。而如果腰部過(guò)窄，應(yīng)力就不能沿著縫間彎折條的長(zhǎng)度均勻分布，更不能分布到板的第一部分554和第二部分556，彎曲和扭轉(zhuǎn)力就會(huì)集中而導(dǎo)致破壞。
切縫的舌部，亦即由弧形切縫的凸側(cè)限定的母平面的一部分可能不會(huì)受拉伸應(yīng)力。這使得整個(gè)舌部用于設(shè)置切入母平面的結(jié)構(gòu)是很理想的。例如可在舌部上設(shè)置與其它連接零件配對(duì)的固定或?qū)?zhǔn)孔或缺口。圖11A表示出把噴水切割(water-jetcut)的或激光切割的快速穿透孔560和565定位在切縫546的舌部555上?？焖俅┩缚资遣淮笠?guī)整的并且其邊緣可能出現(xiàn)疲勞裂紋。圖11A中，表示出快速穿透孔可在的兩個(gè)位置。用激光和噴水加工快速穿透孔可以大大降低成本，因?yàn)槁俅┛资呛苜M(fèi)工時(shí)的。
本發(fā)明的最有利方面之一是可以通過(guò)設(shè)計(jì)和切割在板材上形成縫間彎折條以及在彎曲時(shí)達(dá)到板材的唇部和舌部的邊緣對(duì)表面的接觸，而又基本上不改變彎曲或折疊處的材料微觀組織。相比之下，用已有技術(shù)中所述的常規(guī)的彎曲方法把板材彎曲或折疊到同樣的角度或程度，材料的微觀組織就會(huì)發(fā)生很大的變化。正是縫間彎折條和切縫的邊緣對(duì)表面的接觸的關(guān)系提供了在材料被彎曲時(shí)的綜合的扭轉(zhuǎn)和彎曲變形，這可大大降低彎曲處的應(yīng)力并使彎曲處的材料微觀組織基本上不被改變。而在用已有技術(shù)的常規(guī)彎曲方法時(shí)，如果彎曲得很厲害，例如使彎曲處的內(nèi)部角度為90°，就像圖5A、8、8A、8B和10A所示那樣，彎曲處的材料微觀組織就會(huì)變化很大。
如結(jié)合本發(fā)明的其它實(shí)施例所述的那樣，可以改變切縫542的幾何參數(shù)來(lái)適應(yīng)寬廣的板材特性。因此，就像可以選擇各種類(lèi)型的板材或改變它們的厚度和強(qiáng)度彈性一樣，可以改變切縫542的幾何參數(shù)。例如可以改變切縫的長(zhǎng)度L、切縫的偏置距離、切縫沿著彎折線(xiàn)543的縱向間隔。還可改變切縫的寬度H、在彎折線(xiàn)兩側(cè)之間的跨越彎折線(xiàn)的錯(cuò)位距離J。這些因素都對(duì)縫間彎折條544的幾何參數(shù)和取向有影響，而縫間彎折條544的幾何參數(shù)又影響彎曲處的強(qiáng)度和它用于各種結(jié)構(gòu)的適用性。弧形切縫的形狀也是同等重要的，因?yàn)樗c上述的密封和定位有關(guān)。
所以，本發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)是可以修改限定縫間彎折條的切縫或凹槽來(lái)適應(yīng)被彎曲或折疊的材料和要生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)物。例如，可以用逼近設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)弧形切縫，在設(shè)計(jì)中略微改變其幾何參數(shù)，形成一系列有關(guān)的弧形參數(shù)，憑經(jīng)驗(yàn)試驗(yàn)給定材料但厚度不同的板材。對(duì)于不同的材料，可以重復(fù)進(jìn)行這一過(guò)程，并把得到的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)里，以便以后輸入要彎曲的板材種類(lèi)和厚度，就能從數(shù)據(jù)庫(kù)檢索數(shù)據(jù)而進(jìn)行設(shè)計(jì)。這一過(guò)程尤其適用于應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可將板材的物理性能輸入計(jì)算機(jī)，并且由程序從經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)選擇數(shù)據(jù)，來(lái)設(shè)計(jì)出最適合要彎曲的板材的弧形幾何參數(shù)。對(duì)于沒(méi)有準(zhǔn)確數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)里的板材，或?qū)τ跊](méi)有準(zhǔn)確數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)里的板材厚度，可以采用中間插值法。
也可以改變弧形的沿著彎折線(xiàn)長(zhǎng)度的形狀進(jìn)而改變起連接作用的縫間彎折條，來(lái)適應(yīng)板材的厚度沿著彎折線(xiàn)的變化。或者，可以改變或修改縫間彎折條沿著彎折線(xiàn)的形狀，來(lái)適應(yīng)非線(xiàn)性的載荷。盡管切縫或縫間彎折條的形狀不是與本發(fā)明的強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度的提高同等重要，但是也可以改變它們來(lái)產(chǎn)生不同的裝飾性效果，同時(shí)能提高強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。
本發(fā)明的板材開(kāi)切縫系統(tǒng)的各實(shí)施例的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是制成的彎曲處或折疊處的內(nèi)部和外部都可以相當(dāng)尖。尖的彎曲處可使一個(gè)彎曲成形的結(jié)構(gòu)物對(duì)另一個(gè)彎曲成形的結(jié)構(gòu)進(jìn)行高強(qiáng)度的連接。用折板機(jī)折出的彎曲處往往是圓角的并有明顯的半徑。例如，在把折板機(jī)彎曲成的結(jié)構(gòu)物連接于一個(gè)板時(shí)，施加的力有使彎曲結(jié)構(gòu)物繞有圓弧的彎曲處轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，以至彎曲結(jié)構(gòu)可能脫離那塊板。而用本發(fā)明的開(kāi)切縫技術(shù)制成的彎曲處是尖的，那種脫離情況就不易發(fā)生。
能生產(chǎn)出尖的彎曲處或折疊處的能力使本發(fā)明的工藝可應(yīng)用于迄今只能用紙或紙箔做的結(jié)構(gòu)，也就是日本所述的折紙術(shù)(origami)，或者說(shuō)是用紙折疊成的結(jié)構(gòu)物。復(fù)雜的三維折疊的紙結(jié)構(gòu)及其創(chuàng)造中的科學(xué)或數(shù)學(xué)是在多少世紀(jì)的努力中發(fā)展起來(lái)的。這種折紙結(jié)構(gòu)物，外表非常精致，但通常不能用厚度大于箔片的金屬板制作。因此，用折紙術(shù)折疊成的結(jié)構(gòu)物通常不能支承多大的載荷。折紙術(shù)的典型例子是美國(guó)紐約州布法羅市Fierily Books出版商2002年出版的Dedier Boursin的著作《先進(jìn)的折紙術(shù)(ADVANCED ORIGAMA)》以及紐約州紐約市Sterling PublishingCompany出版公司2002年出版的Kunihiko Kasahara的著作《非凡的折紙術(shù)(EXTREME ORIGAMA)》中發(fā)表的折疊的紙結(jié)構(gòu)。本發(fā)明使模仿折紙術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)這樣一個(gè)新的設(shè)計(jì)門(mén)類(lèi)成為可能，在這一門(mén)類(lèi)中可用本文描述的開(kāi)切縫和彎曲方法取代折紙術(shù)的折褶。
本發(fā)明的開(kāi)切縫或凹槽工藝可以生產(chǎn)出尖的彎曲處甚至允許把金屬板折疊180°或折回在自身上。這樣，可用厚度超過(guò)箔片的金屬板折疊成許多構(gòu)造上有趣的結(jié)構(gòu)物，而且這種基于折紙術(shù)制成的結(jié)構(gòu)物將能承受很大的載荷。
把本發(fā)明的開(kāi)切縫技術(shù)用在快速仿型技術(shù)和快速制造技術(shù)中，尤其是用于自動(dòng)化的“即拿即裝”式裝配中，可以發(fā)揮另一種很有價(jià)值的設(shè)計(jì)和制造潛力。快速仿型技術(shù)和快速制造技術(shù)現(xiàn)已廣為人知，并且分別包括CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))和CAM(計(jì)算機(jī)輔助制造)的應(yīng)用，這些技術(shù)使三維制造成為可能。設(shè)計(jì)者從所需要的虛擬三維結(jié)構(gòu)開(kāi)始，將本發(fā)明用于進(jìn)行快速仿型，由CAD軟件把虛擬的三維結(jié)構(gòu)物展開(kāi)成二維平面，然后確定用于生產(chǎn)所需結(jié)構(gòu)的平板上的切縫位置，把平板彎曲成所需結(jié)構(gòu)物。同樣的過(guò)程可以在采用CAM的快速制造技術(shù)中進(jìn)行。還可用于執(zhí)行類(lèi)似任務(wù)的其它類(lèi)型的軟件。本發(fā)明的通過(guò)選擇錯(cuò)位距離和縫間彎折條寬度進(jìn)行精確的彎曲和修改彎曲處的強(qiáng)度的能力允許設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過(guò)程中在展平的二維板材圖上布置切縫，隨后在CAM制造過(guò)程中在板上開(kāi)出凹槽或切縫，然后進(jìn)行彎曲而把板材生產(chǎn)成復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)物，可以帶有或不帶有添加上去的零件。
一般地說(shuō)，用高速自動(dòng)化的“即拿即裝”裝配技術(shù)把元件裝配到電子設(shè)備的電路板上也是廣為人知的。裝配機(jī)器人從元件供應(yīng)裝置上拿起元件隨即將其裝配到電路板或基板或機(jī)架上。機(jī)器人用緊固件、錫銲、接插件等把元件固定在基板上。這樣的“即拿即裝”裝配基本上一直限于把元件放在平的表面上。因此，必須在“即拿即裝”裝配完成之后才能把電路板放進(jìn)三維的外殼。
一個(gè)電子設(shè)備的外殼，在各元件固定在其壁上之后，一般不能折疊或彎曲成三維形狀。而且，已有技術(shù)的彎曲方法達(dá)不到本發(fā)明能夠達(dá)到的彎曲精度，并且需要解決元件和結(jié)構(gòu)的對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題。所以，已有技術(shù)的預(yù)先折疊或預(yù)先彎曲一直把即拿即裝機(jī)器人的能力局限于把電子元件固定在外殼內(nèi)。
還應(yīng)注意到在應(yīng)用于電子設(shè)備時(shí)，可把存在于切縫之間的縫間彎折條有利地用作跨越彎曲處的導(dǎo)電路徑，并且在成形三維機(jī)架時(shí)或在把電路板本身折成更密的結(jié)構(gòu)體時(shí)，本發(fā)明能夠達(dá)到的精度允許把電路板上的導(dǎo)電路徑或元件折到對(duì)準(zhǔn)位置。
還有，本發(fā)明的設(shè)計(jì)和制造工藝能夠依靠切縫精確地定位彎曲處的位置，然后用相當(dāng)小的力使彎曲處成形，如圖28A-28E所示。因此可以設(shè)計(jì)一外殼并把一塊平板821切割成該外殼平板，用高速的即拿即裝機(jī)器人技術(shù)把各元件C固定于外殼平板的將成為立體外殼的任一壁或所有六個(gè)壁的部分上，在即拿即裝過(guò)程完成之后，很容易把裝有元件的平板折成三維形狀。
如圖28A所示，較佳的是，在進(jìn)行彎曲之前用高速機(jī)器人技術(shù)把元件C固定在平板821上。用激光切割、噴水切割、沖模切割等方法把平板821成形為帶有例如設(shè)計(jì)的切口822、元件插裝孔823、舌頭824、支承邊板826以及舌頭接納口827。在圖28B中，板821的一部分已經(jīng)被沿著彎折線(xiàn)831折立起來(lái)了，使舌頭824在垂向向外伸。再沿著彎折線(xiàn)832將板821彎曲，如圖28C所示。再后，沿著彎折線(xiàn)833進(jìn)行彎曲以蓋住元件C，同時(shí)，沿著彎折線(xiàn)834把邊板826折立起來(lái)，如圖28D所示。最后，沿著彎折線(xiàn)837向上彎端部836，并把舌頭824插進(jìn)舌頭接納口827，這樣使板821成為一個(gè)包圍元件C的三維電子元件機(jī)架838。
很明顯，在大多數(shù)情況中，可在彎曲之前把許多元件C固定于平板821，也可以在彎曲過(guò)程的各個(gè)步驟中把元件C固定于機(jī)架838和固定于機(jī)架的各個(gè)表面。
圖28A-28E還表示出用本發(fā)明的板材彎曲方法進(jìn)行的基本設(shè)計(jì)過(guò)程。最有效地利用元件支承空間的辦法(space-efficient ways of supporting components)之一是把元件安裝在尚未彎曲的板上。但是，用常規(guī)的板彎曲方法做不到準(zhǔn)確的彎曲，也不能彎成使板某個(gè)部分置于中間的復(fù)雜彎曲結(jié)構(gòu)。但是，本發(fā)明的彎曲工藝能夠把切縫布置得極其精確，因而能使彎曲處精確定位，板上的孔、切口、槽、舌頭等能夠在彎曲成的結(jié)構(gòu)物的內(nèi)部精確地對(duì)準(zhǔn)，彎曲后預(yù)先安裝在板上的元件位置準(zhǔn)確，彎曲成的結(jié)構(gòu)物還可連接于其它結(jié)構(gòu)物。
另外，彎折線(xiàn)和機(jī)架或外殼結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的精確布置僅僅是優(yōu)點(diǎn)的一部分?？梢杂孟喈?dāng)小的力甚至用手工工具就能進(jìn)行結(jié)構(gòu)物本身的彎曲。彎折線(xiàn)的精確定位和小的彎曲力的組合使得有了一種以往只能部分地實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)技術(shù)。這種技術(shù)包括選擇有所需功能的元件以及把它們?cè)谒杞Y(jié)構(gòu)布置里布置到位。然后，例如用CAD技術(shù)設(shè)計(jì)機(jī)架，使其帶有為支承要定位的元件所需的起支承作用的薄板部分。定位彎折線(xiàn)以形成板的起支承作用的部分，并且把機(jī)架展開(kāi)成有所需的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)和折疊線(xiàn)的如圖28A所示那樣的平板。
盡管以前的CAD設(shè)計(jì)文獻(xiàn)以及CAD和CAM軟件程序中已經(jīng)描述過(guò)這樣的技術(shù)方法，但是由于精度不夠和需要大的彎曲力，其迄今一直沒(méi)有得到有效應(yīng)用，只是應(yīng)用在最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)中。本發(fā)明的基于切縫的彎曲方法使那些理論上的CAD和CAM設(shè)計(jì)技術(shù)成為實(shí)際可行的制造技術(shù)。已有技術(shù)的CAD或CAM設(shè)計(jì)技術(shù)不能在實(shí)際的材料上實(shí)現(xiàn)到與理論的CAD或CAM模型同樣的精度，因?yàn)槔绯Ｒ?guī)的彎曲方法達(dá)不到要求的允差。而本發(fā)明能夠達(dá)到的彎曲精度可以大大提高CAD或CAM模型與板材彎曲得到的實(shí)際形狀之間的一致性。
另外，本發(fā)明的彎曲不必在即拿即裝或快速仿型現(xiàn)場(chǎng)(rapid prototyping site)進(jìn)行。可以把固定上了元件的板和元件一起運(yùn)輸，作為運(yùn)輸過(guò)程中的襯墊。制造現(xiàn)場(chǎng)有時(shí)離設(shè)計(jì)和切割現(xiàn)場(chǎng)很遠(yuǎn)，到了制造現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，再來(lái)精確地彎曲機(jī)架或殼體的板，如果愿意甚至可以就用手來(lái)彎，并把彎曲成的其內(nèi)部和/或外部已經(jīng)固定有所選擇的元件的殼體固定于一個(gè)三維結(jié)構(gòu)。
而且，三維的機(jī)架或其它結(jié)構(gòu)物可以具有由沿著彎折線(xiàn)的縫間彎折條固定在其內(nèi)的板，以便在機(jī)架或其它結(jié)構(gòu)物上形成便于定期或緊急檢查其內(nèi)部的門(mén)。這種門(mén)可以不用門(mén)鉸鏈之類(lèi)的部件。
用本發(fā)明描述的板開(kāi)切縫或凹槽的各實(shí)施例，可以成形范圍極廣的產(chǎn)品。不必限于數(shù)量，用本發(fā)明的開(kāi)切縫或凹槽的方法，用板材可彎曲成或折疊成的產(chǎn)品列舉如下桁架、梁、曲線(xiàn)梁、卷繞梁、梁中梁(beams within beams)、外殼、多面體、墻壁的骨架、梁網(wǎng)格(beam networks)、包絡(luò)梁(enveloped beams)、突緣梁(flangedbeams)、超靜定多件突緣梁(indeterminate multiple-piece flanged beams)、機(jī)械結(jié)構(gòu)物、工藝品和雕刻品、三維折紙結(jié)構(gòu)物、樂(lè)器、玩具、廣告牌架、連接模塊、包裝件、貨架、保護(hù)性罩殼、平臺(tái)、橋梁、電力設(shè)備箱體、RF(無(wú)線(xiàn)電)屏蔽罩殼、EMI(電磁干擾)屏蔽物、微波導(dǎo)管等等。這類(lèi)結(jié)構(gòu)物中的幾個(gè)例子示于圖12-30和32。
下面參照?qǐng)D12、13和14說(shuō)明用本發(fā)明的開(kāi)切縫工藝和開(kāi)了切縫的板成形一個(gè)彎曲的箱梁。圖12中的板材561有兩條彎折線(xiàn)562和563。彎折線(xiàn)562的兩側(cè)有許多弧形切縫563彎折線(xiàn)。較小的弧形切縫564也定位成沿著彎折線(xiàn)562。切縫563和564的形狀與圖11中的切縫542的大致相同，但是切縫564的長(zhǎng)度比切縫563的小，并且切縫564對(duì)準(zhǔn)板材邊緣568上的缺口567。由各切縫563和切縫564的各縱向相鄰的端部限定的各縫間彎折條569的形狀大致相同，只是由于切縫563和切縫564的長(zhǎng)度不同，處于一個(gè)切縫563與另一個(gè)切縫563之間的縫間彎折條569與處于切縫563與切縫564之間的縫間彎折條569有小的區(qū)別。但是，沿著彎折線(xiàn)562的長(zhǎng)度，各縫間彎折條569具有大致均勻的強(qiáng)度和抗疲勞能力。
切縫564的這樣布置的優(yōu)點(diǎn)之一是，它們可包容可能出現(xiàn)在切口567的頂點(diǎn)處的任何應(yīng)力裂紋的漫延。由各缺口567限定的各翼部571可以被彎曲到例如與板572的中部成90°角，或者根據(jù)結(jié)構(gòu)物的需要彎曲到任一角度。板中部572保持處在圖12表示的板平面內(nèi)。
沿著第二條彎折線(xiàn)563有許多弧形切縫576和577。這些切縫的曲線(xiàn)端部578比沿著彎折線(xiàn)562的切縫的端部收攏得緊些。一般地說(shuō)，收攏得緊些的曲線(xiàn)端部578不像切縫563和564的那種較開(kāi)放的端部那樣符合需要，但是對(duì)于不易應(yīng)力破壞的延展性材料切縫576和577那樣形狀的切縫完全可滿(mǎn)足要求。同樣，切縫576和577的不同是較小的切縫577對(duì)準(zhǔn)切口567的頂點(diǎn)566。
一旦開(kāi)好了切縫，就可以沿著彎折線(xiàn)563彎曲板561，把各翼部571彎曲到與中間部分572成例如90°角。應(yīng)該注意到正常情況下，沿著彎折線(xiàn)562和563的那些切縫應(yīng)有同樣的形狀，也就是說(shuō)，它們或者是切縫563和564或者是576和577?？梢曰旌蠎?yīng)用切縫形狀，但是像圖12那樣混合采用不同的切縫通常沒(méi)有什么優(yōu)點(diǎn)。圖12的實(shí)施例的目的是想表明按照本發(fā)明在板材的彎曲中可以采用不同形狀的切縫。
下面參照?qǐng)D13和14說(shuō)明用兩塊圖12所示的、開(kāi)有切縫的平板來(lái)成形一個(gè)彎曲的箱梁。其設(shè)計(jì)可以像前面所述那樣在CAD或CAM系統(tǒng)上完成，并且按照設(shè)計(jì)過(guò)程中的布置在平板561上開(kāi)出切縫。把兩塊板561的翼部571都彎曲到與中間部分成90度角，形成兩個(gè)U形體。把兩個(gè)設(shè)計(jì)好的、切割好并彎曲而成的U形體572a和572b扣合起來(lái)，就可成形一個(gè)彎曲的箱梁581。從圖13和14可以看出，翼部571a是扣在翼部571b的外面。在這兩個(gè)圖中，頂點(diǎn)566緊貼折疊線(xiàn)562a、563a、562b和563b。這些頂點(diǎn)的這種定位允許把兩個(gè)U形體彎成曲線(xiàn)形狀，就是在梁581的縱向彎曲段582內(nèi)使缺口567a占的角度增大，同時(shí)使缺口567b占的角度減小，同時(shí)使中間部分572a和572b向上彎曲。中間部分572a和572b的厚度適合于彎曲，在彎曲半徑不是極端小的情況下它不會(huì)出現(xiàn)皺褶。
可以用鉚釘585或其他適當(dāng)?shù)木o固件把這兩個(gè)由板彎曲成的U形體固定在一起，也可以用粘結(jié)劑、或其它固定方法，諸如焊接和銅焊。供緊固件穿過(guò)的孔可以預(yù)先在板上加工出來(lái)，如圖12中的標(biāo)號(hào)“580”所示。如果在彎曲成彎曲的箱梁之前已經(jīng)確定或知道箱梁的精確的曲線(xiàn)形狀，孔580的位置可以精確定位。或者先在將扣在外面的那塊板的各翼部571的中央加工出孔580，待箱梁的曲線(xiàn)形狀在現(xiàn)場(chǎng)成形后在現(xiàn)場(chǎng)按照外板上的孔580鉆里面的板上的孔。然后把兩個(gè)U形體連接在一起。
這種曲線(xiàn)形狀待定的箱梁的一種用途是用在例如飛機(jī)工業(yè)中?？砂央y以彎曲的4041T-6或6061T-6鋁材設(shè)計(jì)成有所需的切縫布置并制成圖12那樣的有切縫的板。然后在現(xiàn)場(chǎng)把板成形，以便制成箱梁，箱梁的彎曲度在現(xiàn)場(chǎng)按照例如飛機(jī)的需要修理的那一部分的彎曲度來(lái)確定。把兩塊構(gòu)成箱梁的板彎曲成適合裝在飛機(jī)的受損的那部分蒙皮的下面，然后在彎曲的箱梁的中間部分572上固定新的蒙皮。
可以用簡(jiǎn)單的手工工具甚至就用手彎板的翼部571，然后用外面的板上預(yù)先成形的孔580作為導(dǎo)向孔對(duì)里面的那塊折疊了的板進(jìn)行鉆孔，再在現(xiàn)場(chǎng)用鉚釘固定而保持箱梁的彎曲度。因此，用簡(jiǎn)單的手持電鉆和鉗子就能夠把高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)鋁材4041T-6在現(xiàn)場(chǎng)剪裁成形并定位成飛機(jī)的結(jié)構(gòu)件，隨后將飛機(jī)的蒙皮固定于其上。這使得可以甚至在戰(zhàn)斗的情況下現(xiàn)場(chǎng)暫時(shí)修理飛機(jī)，以便飛機(jī)能飛到一個(gè)可得到正規(guī)修理的地方。
在縱向彎曲的彎曲的箱梁有預(yù)定的或已知的縱向曲度時(shí)，可以用缺口來(lái)限定板的翼部571a和571b，使折成U形的兩塊板上的翼部在同一平面內(nèi)互相嚙合。這樣生產(chǎn)出的箱梁的側(cè)壁是平整的，沒(méi)有兩塊板的翼部交錯(cuò)形成的開(kāi)口。
箱梁，不管是彎的還是直的，也可以用在骨架設(shè)計(jì)中，以便具有很高的強(qiáng)度/重量比。這樣，不是用伴隨重量大的實(shí)心梁，而是用有對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度但重量輕的折疊或彎曲的空心梁。如果愿意，這種空心梁里可填充泡沫材料，包括金屬泡沫。
如圖12-14所示，縱向彎曲的彎曲的箱梁681是通過(guò)把板材沿著直的彎折線(xiàn)562和563彎曲而成形的。也可以通過(guò)沿著曲線(xiàn)的彎折線(xiàn)開(kāi)出切縫和凹槽來(lái)生產(chǎn)彎曲的箱梁。
現(xiàn)在來(lái)看圖15和16，它們分別表示出開(kāi)有切縫或凹槽用于折疊的板材和一個(gè)用那塊板折成的三維結(jié)構(gòu)物。板611已經(jīng)設(shè)計(jì)成可沿著縱向延伸的折疊線(xiàn)612和613開(kāi)切縫或開(kāi)凹槽。橫向延伸的折疊線(xiàn)614、615、616和617已開(kāi)出了切縫或凹槽。板611的相反的側(cè)向邊緣618是圓弧形的，其上成形有多個(gè)缺口619。一個(gè)連接突舌(coupling tab)621成形在板611的一端并且其上有緊固件接納孔，這些孔將與板611的另一端的孔623對(duì)準(zhǔn)。已經(jīng)沿著折疊線(xiàn)612-617定位了圖9和10的實(shí)施例所示的那種形狀的切縫或凹槽。應(yīng)該理解在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以用其它實(shí)施例中所示的那些形狀的切縫或凹槽。
圖15所示的板材是設(shè)計(jì)成用于包圍如圖16所示的一個(gè)圓柱形構(gòu)件，諸如一根桿子、棒子或柱子。通過(guò)沿著折疊線(xiàn)612-617折疊板611，可把板611折疊成包圍在圓柱形構(gòu)件631上，如圖16所示。板的圓弧形部分618的半徑可以與柱子631的半徑相匹配。各缺口619閉合起來(lái)，缺口的邊緣互相對(duì)頭接觸，同時(shí)折疊線(xiàn)614-617允許把板折疊成一個(gè)圍住柱子631的四方塊。折成的三維結(jié)構(gòu)物有幾個(gè)平面636-639，它們提供了在其上可貼上其它構(gòu)件或結(jié)構(gòu)物用的表面?？梢杂貌暹M(jìn)孔622和623的緊固件把折疊了的板611固定在柱子上。切縫或凹槽624的結(jié)構(gòu)形狀使被折疊了的板611成為一個(gè)包圍在柱子631上的高強(qiáng)度的剛性結(jié)構(gòu)物。被折疊了的板611固定于柱子631不會(huì)有垂向位移，可以依靠圓弧形邊緣618與柱子表面之間的過(guò)盈配合和/或用緊固件、粘結(jié)劑、焊接、銅焊等把被折疊了的板611固定于柱子631，使其不會(huì)沿垂向移動(dòng)，這樣的組件有許多用途，可解決各種結(jié)構(gòu)件連接于圓柱形結(jié)構(gòu)件的問(wèn)題。圖15和16的例子不僅是一種可能的美化包覆，而且是圓柱形構(gòu)件與矩形構(gòu)件之間的一個(gè)結(jié)構(gòu)過(guò)渡件。
本發(fā)明的開(kāi)切縫或凹槽的板的設(shè)計(jì)和制造方法還可用于設(shè)計(jì)和成形波紋板組件。圖17和18表示出兩個(gè)波紋板組件，它們用本發(fā)明的設(shè)備和方法設(shè)計(jì)和構(gòu)造。這樣的組件對(duì)于提供強(qiáng)度/重量比高的構(gòu)件非常有效，并且，本發(fā)明的板材折疊技術(shù)很容易適應(yīng)波紋板的折疊和連接突舌的設(shè)置。
圖17中，設(shè)置的連接突舌可插進(jìn)切縫而把波紋板連接于平板，而在圖18中，連接突舌上有緊固件接納孔。
圖17中，板材641已經(jīng)按照本發(fā)明的創(chuàng)意沿著縱向延伸的折疊線(xiàn)642-647開(kāi)出了切縫或凹槽。此外，已經(jīng)沿著折疊線(xiàn)643、645和647成形了許多突舌649。這些突舌649是在沿著折疊線(xiàn)成形切縫或凹槽的同時(shí)在板材641上切割成形的。也就是說(shuō)，在平板641上成形出U形的切割線(xiàn)652，在板被折疊成圖17所示的波紋形狀時(shí)U形切割線(xiàn)652里的材料就向上伸出而成為突舌649。在折疊成波紋時(shí)，突舌649相對(duì)于垂向有一個(gè)角度，但是在隨后的步驟中它們可被扳到近乎垂向的位置，如圖17所示。
可將圖17所示的被折疊了的或呈波紋的板641連接于一個(gè)上面成形有許多切縫657的平板656。切縫657的位置和尺寸可配對(duì)地將突舌649接納于其內(nèi)。在板656被下放到折成波紋板641上時(shí)，突舌649將插進(jìn)切縫657里。突舌649可以與切縫657形成過(guò)盈配合而把兩塊板固定在一起。還可以把突舌649向下彎和用粘結(jié)劑、焊接、銅焊等固定于平板656。
還可任選地把第二塊平板(未示)用在開(kāi)切縫或凹槽過(guò)程中在板641上成形出來(lái)的突舌(未示)連接在折疊成波紋狀板641的下側(cè)。可將這個(gè)第二塊平板以與平板656相同的方式固定于折疊成波紋狀板641。
這樣就形成了一種高強(qiáng)度、抗疲勞、重量輕的波紋板組件，其可用在許多場(chǎng)合。
可按照?qǐng)D18構(gòu)造出類(lèi)似于圖17的波紋板組件的波紋板。被折疊成的波紋狀板661包括多個(gè)折疊線(xiàn)662和多個(gè)突舌663。突舌663以類(lèi)似于上述突舌649的方式成形在板661上，只是突舌663上做出了緊固件接納孔。此外，突舌663被向下扳到近乎水平的位置，而不是像突舌649那樣扳到近乎垂向的位置。在水平位置的突舌663可用于連接其上有緊固件接納孔的第二塊板666。把平板666定位成其上的孔667對(duì)準(zhǔn)突舌上的孔664，然后用緊固件把兩塊板固定在一起。與圖17的情況一樣，盡管圖18沒(méi)有表示出波紋板661下側(cè)的突舌664，但也可以把一個(gè)第三塊板固定于波紋板661的下側(cè)。
再說(shuō)一遍，通過(guò)采用按照本發(fā)明成形的許多切縫或凹槽668，如上所述，可以制成強(qiáng)度非常高、抗疲勞性能好、重量輕的波紋板組件。
圖19-22表示出可以用本發(fā)明的開(kāi)切縫的板和方法成形的連續(xù)波紋板的一個(gè)實(shí)施例。而且，圖19-22的波紋板具有強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，這是因?yàn)樗募獾膹澢幓蛘郫B處具有很大的承載能力。還有，圖19-22的實(shí)施例是用突舌把被折疊的板鎖定為一個(gè)高強(qiáng)度的三維結(jié)構(gòu)物。
用已有的波紋板成形技術(shù)往往不能達(dá)到所希望的弦板材(chord material)對(duì)整個(gè)波紋板材的高百分比。一般地說(shuō)，在波紋板上，設(shè)置腹板的作用是用最小的腹板重量支撐住上下兩塊弦板來(lái)達(dá)到足夠的強(qiáng)度。工字梁是由較厚的上和下兩個(gè)弦板和將它們連接起來(lái)的腹板構(gòu)成的型材，其可以是軋制或焊接成形的。用本發(fā)明可制成一種新的波紋板結(jié)構(gòu)，它有剛度、強(qiáng)度和重量方面的設(shè)計(jì)靈活性，它可用便于運(yùn)輸?shù)木戆逯圃?，并且容易在?yīng)用現(xiàn)場(chǎng)成形。這種結(jié)構(gòu)的鎖定性質(zhì)可以避免在角部進(jìn)行焊接，而焊接是特別容易疲勞的。
板材721已經(jīng)用本發(fā)明的方法開(kāi)出了切縫，如圖19所示，其處在彎曲或折疊前的平板狀態(tài)。如圖19所示，板上有許多平行的彎折線(xiàn)722，彎折線(xiàn)的兩側(cè)有交錯(cuò)的弧形切縫723，形成向兩個(gè)不同方向傾斜的縫間彎折條。例如，切縫723是圖6或9的切縫那種形狀的。板材721上還成形有許多突舌724，它們是彎折線(xiàn)一側(cè)的某些切縫723的向外伸的舌頭，板材721上還成形有鑰匙孔形的通孔725。通孔725與突舌724位置對(duì)準(zhǔn)。
從圖21A可以看出，突舌724從切縫723延伸越過(guò)彎折線(xiàn)722。所以，突舌724是切縫723的舌部的延伸。通孔725是切口或者是把成形在切縫723另一側(cè)的突舌向里扳而形成的開(kāi)口，通孔725的結(jié)構(gòu)形狀可接納突舌724。為了防止突舌的頸部與切縫另一側(cè)向上位移的表面相干涉，在切縫723的唇部一側(cè)開(kāi)出了缺口730。這樣，通孔725和缺口730的整個(gè)區(qū)域被從板上切掉了，所以突舌724可插進(jìn)孔口725/730。
圖20中，圖19中的平板已被折成波紋板726。波紋板726包括各腹板部分727和各弦板部分728。在波紋板726上可看見(jiàn)，在波紋板的全長(zhǎng)上在其上下兩側(cè)各弦板728是頭頂頭的關(guān)系，構(gòu)成連續(xù)的弦板表面。這樣的構(gòu)造使波紋板726的例如彎曲強(qiáng)度大大提高，在整個(gè)折成的板的上下兩側(cè)橫向的各腹板結(jié)合于各弦板。如果在上側(cè)或下側(cè)加一塊附加的板(未示)，這個(gè)折成的板還可進(jìn)一步被加強(qiáng)，這可進(jìn)一步改善弦板重量對(duì)整個(gè)波紋板的重量之比，而達(dá)到極好的強(qiáng)度/剛度對(duì)重量之比圖21更詳細(xì)地表示出用于制成折成的板726的彎曲或折疊方法。例如，從端部緣板729開(kāi)始，可把腹板727a沿著彎折線(xiàn)722a向下彎到將被折成的板的下側(cè)。然后沿著彎折線(xiàn)722b向前彎板材721，并使弦板728a在將被折成的板的縱向平行于端部緣板729。再沿著彎折線(xiàn)722c把腹板727b向上并向回彎到彎折線(xiàn)722a，再?gòu)倪@一點(diǎn)把弦板728b向前彎并伸到彎折線(xiàn)722b。然后，沿著彎折線(xiàn)722d把腹板727向回彎到彎折線(xiàn)722c。沿著將被折成的板726的長(zhǎng)度方向連續(xù)地進(jìn)行這樣的彎折，就可形成被折成的板726，其中各個(gè)弦板依次頭頂頭地處在頂面和底面上，各腹板在頂面和底面的弦板之間起連接作用。在這種折成的板中，弦板的重量對(duì)整個(gè)折成的板的重量之比相當(dāng)高，所以有很高的強(qiáng)度對(duì)重量之比。
用本發(fā)明的開(kāi)切縫工藝把平板721折成尖的折疊處的能力使把腹板727和弦板728之間的折棱做得相當(dāng)尖并能定位成靠緊的頭頂頭關(guān)系。如圖19-21所示，折成的板726具有構(gòu)成等邊三角形的、長(zhǎng)度相等的腹板和弦板。應(yīng)能理解可以同樣地做出許多其它幾何形狀的折成板。
盡管可用各種各樣的辦法把折成的板726固定成一個(gè)三維結(jié)構(gòu)物，但是一個(gè)較佳的方法是采用在成形切縫過(guò)程中在板721上切出來(lái)的突舌724和鑰匙孔形的通孔725。
例如，可以用激光或噴水切出從緣板729上切縫的舌部向前伸進(jìn)腹板727b的突舌724a(見(jiàn)圖19)。在把腹板727a向下向后彎到彎折線(xiàn)722b時(shí)，突舌724a仍在緣板729的水平平面內(nèi)。從圖21A可看出，切出在弦板728b上的、并與突舌724a對(duì)準(zhǔn)的配對(duì)通孔725允許突舌724a插入其內(nèi)。如果每個(gè)突舌724有一個(gè)加大的頭部734，則各突舌可被其各自的配對(duì)通孔725鎖住或卡住，這就好像兩個(gè)犬牙交錯(cuò)的東西互相卡住一樣。這種互鎖可阻止突舌和與之配對(duì)的通孔分離。突舌和通孔的尺寸不必而最好不要形成過(guò)盈配合。
在折成的板726的底面也做成突舌724和通孔725的互鎖，結(jié)果是把折疊成的板固定成圖20所示的形狀，即使不加附加的固定措施，也能保持這個(gè)形狀，當(dāng)然也可以任選地用粘結(jié)劑、焊接、銅焊之類(lèi)的加固措施。
圖22中，把圖19-21的板材開(kāi)切縫和彎曲工藝示意地表示為用于形成一個(gè)圓筒形構(gòu)件741。同樣，腹板742和弦板743都是繞彎折線(xiàn)成形，并且彎折線(xiàn)的位置選擇為使內(nèi)圓744上的弦板的長(zhǎng)度比外圓746上的弦板的長(zhǎng)度小。根據(jù)板材的厚度和圓筒體741的半徑，可用許多突舌和配對(duì)的通孔把腹板和弦板鎖定成一個(gè)所需要的圓筒體。這種圓筒形結(jié)構(gòu)物可用作重量輕強(qiáng)度高的柱子或桿子。
在本發(fā)明的大多數(shù)實(shí)施例中，特別是板材厚度大的實(shí)施例中，一開(kāi)始彎曲，切縫的舌部就會(huì)自動(dòng)地按正確的方向從彎曲處滑出而靠在切縫另一側(cè)的表面上。但是，在板材相當(dāng)薄以及切縫寬度很小或?yàn)榱銜r(shí)，開(kāi)切縫的板的舌部偶爾會(huì)向錯(cuò)誤的方向運(yùn)動(dòng)，因而影響彎曲處的精度。為了補(bǔ)救這一問(wèn)題，可把切縫的舌部向預(yù)定能產(chǎn)生正確的彎曲的方向偏移。這一解決辦法表示于圖23和23A。
用本發(fā)明的設(shè)計(jì)和板材開(kāi)切縫技術(shù)把板材681成形為能夠繞彎折線(xiàn)682的平面彎曲。弧形的切縫683限定了舌部684，在繞著彎折線(xiàn)682彎曲板材681的過(guò)程中舌部684將沿著相反的表面滑動(dòng)。
從圖23a可以看見(jiàn)，板材681被繞著彎折線(xiàn)682向下彎，如箭頭687所示。由于舌部684被向下偏移了，唇部689的下邊緣或下角部將向上翻轉(zhuǎn)并接觸舌部的表面690，這種接觸方式將使邊緣688沿著表面690滑動(dòng)。彎折線(xiàn)682每一側(cè)的邊緣688將被向上偏移而滑上預(yù)先做成向下偏移的舌部684，這樣，在彎曲過(guò)程中，繞著彎折線(xiàn)682的彎曲將按照預(yù)定地使邊緣沿著舌部的表面向所希望的方向滑。
在用例如沖壓工藝沖出切縫683而成形用于彎曲的板材681時(shí)，可以讓沖模使彎折線(xiàn)一側(cè)的舌部684產(chǎn)生向下的塑性變形。這樣，在彎曲過(guò)程中，邊緣688就將向正確的方向作預(yù)定的滑動(dòng)，從而彎折線(xiàn)兩側(cè)的實(shí)際支點(diǎn)將使得產(chǎn)生沿著與彎折線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)的虛擬支點(diǎn)的精確彎曲。被偏移的舌部也可給操作者一個(gè)關(guān)于正確的彎曲方向的提示。
盡管本發(fā)明的許多應(yīng)用場(chǎng)合需要作90°的彎折，但是某些應(yīng)用場(chǎng)合需要其它角度的彎折。本發(fā)明的設(shè)備和方法能夠適應(yīng)那樣的彎折，同時(shí)仍能保持充分的邊緣對(duì)表面接觸的優(yōu)點(diǎn)。圖24表示出一個(gè)約為75°的彎折。
從圖24可以看到，板材691成形有切縫692，切縫對(duì)板材平面的角度α約為75°。(在彎折線(xiàn)693的另一側(cè)的切縫對(duì)板材平面的角度也是75°，不過(guò)是向相反的方向歪斜，為了簡(jiǎn)明，沒(méi)有表示。)在向下彎曲時(shí)，唇部695的下邊緣694翻轉(zhuǎn)并滑到舌部697的表面696上。當(dāng)板691彎到105度或者說(shuō)是角度α的補(bǔ)角時(shí)，板的靠近邊緣694的下表面698將與舌部的表面696共面甚至支承在其上。
當(dāng)今大多數(shù)工業(yè)用激光切割機(jī)都有相當(dāng)大的功率，能夠切割供給它的塑料和金屬板材，也有以卷材形式進(jìn)給的激光切割設(shè)備，但是目前的這類(lèi)設(shè)備不能把經(jīng)過(guò)切割的材料再卷成卷材。也就是說(shuō)，當(dāng)今使用中或工業(yè)上還沒(méi)有從卷材到切割再到卷材(reel-to-reel)激光切割設(shè)備。
與本發(fā)明聯(lián)系起來(lái)看，把卷材進(jìn)給切割(roll fed cutting)與一個(gè)卷繞機(jī)構(gòu)組合起來(lái)的優(yōu)點(diǎn)是可以用CAD設(shè)計(jì)和切割非常大或者說(shuō)是非常復(fù)雜的富含信息的結(jié)構(gòu)物，然后再把這些預(yù)加工的結(jié)構(gòu)材料重新卷繞成緊湊的形狀。卷起來(lái)的緊湊的形狀便于運(yùn)輸，例如可裝在貨運(yùn)平板卡車(chē)上，鐵路車(chē)廂上，甚至可以發(fā)射到外層空間去。到了使用地點(diǎn)時(shí)，可把金屬或塑料的卷材展開(kāi)并切割成板材，這時(shí)展開(kāi)的板材是由弧形的切縫和斜的縫間彎折條支承著，沿著規(guī)定的彎折線(xiàn)進(jìn)行彎曲或折疊，可制成所需的結(jié)構(gòu)物。
可以用至少三種方式把本發(fā)明的開(kāi)切縫或凹槽設(shè)備和方法用到從卷材到切割再到卷材工藝中。目前工業(yè)上廣泛應(yīng)用許多型式的平板進(jìn)給激光切割機(jī)。第一個(gè)作法是把卷材放在一個(gè)平板進(jìn)給激光切割機(jī)的一端，激光切割機(jī)放在中間，一個(gè)用于重新卷繞已經(jīng)被部分地切割了的材料的卷軸放在后面。用手使材料前進(jìn)通過(guò)這一系統(tǒng)，并在展平的板材上做出定位物或邊緣切口之類(lèi)的記錄結(jié)構(gòu)。把板材在X軸和Y軸方向?qū)?zhǔn)，用緊固于激光切割機(jī)臺(tái)板的夾具把要切割的結(jié)構(gòu)就位。用這一方式，可以進(jìn)行一段一段地送料，包括對(duì)準(zhǔn)本發(fā)明的基于切縫的彎曲結(jié)構(gòu)。這樣做的新穎性是用本發(fā)明的彎曲形成結(jié)構(gòu)(bend-producing feature)把這種配位系統(tǒng)(registrationsystem)與材料的開(kāi)卷和卷繞結(jié)合在一起，這可以制成用力小、彎曲位置精確、強(qiáng)度高的彎曲或折疊結(jié)構(gòu)物。
第二種作法是用已有的動(dòng)力開(kāi)卷、停止、切割和動(dòng)力卷繞技術(shù)使卷材前進(jìn)通過(guò)激光切割機(jī)。
第三種作法表示于圖25。它采用平穩(wěn)的連續(xù)的帶式輸送，同步進(jìn)行開(kāi)卷和卷繞。板材701被從卷材702上展開(kāi)下來(lái)?？刂艭NC切割機(jī)703的運(yùn)動(dòng)，以補(bǔ)償板材701的速度波動(dòng)。CNC切割機(jī)可以是激光切割機(jī)或水槍切割機(jī)，其配置成能夠可控制地把板材701切割出所希望的切縫布置和形狀。切割之后，把板材701再卷成卷材704。
由于卷起來(lái)的板料往往有卷繞造成的卷曲，可以在開(kāi)卷之后設(shè)置一個(gè)壓平步驟或壓平裝置，這是任選的。板材701可由夾送輥707以及卷材702和704處的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)通過(guò)這個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)，導(dǎo)輥710處也有附加的馬達(dá)。
以前一直沒(méi)有采用從卷材到卷材的加工過(guò)程的一個(gè)原因是切割出來(lái)的結(jié)構(gòu)的邊緣或輪廓在一層一層地繞在卷材704上時(shí)可能互相鎖住或咬住，在本發(fā)明的不費(fèi)力的基于切縫的彎折結(jié)構(gòu)有可折疊的突舌或折片時(shí)尤其如此。正是重新卷繞板材701的動(dòng)作可能會(huì)使切出來(lái)的突舌或折片在卷材里面處在切線(xiàn)方向?？捎脙煞N方法解決這個(gè)問(wèn)題。其中之一是，在重新卷繞時(shí)用容易揭下來(lái)的像標(biāo)簽一樣的薄片覆蓋本發(fā)明的可能會(huì)處于切向的那些折疊結(jié)構(gòu)。第二種方法如圖25所示，隨卷材704一起卷進(jìn)一層聚合物的襯帶708。該襯帶708應(yīng)該是韌性的，不易被刺破，而且要薄?？梢杂镁郾┗蚓垡蚁┍∧ぃ?dāng)然這只是兩個(gè)例子。
用于提高從卷材到卷材的加工系統(tǒng)的產(chǎn)量的一個(gè)方法是用有多個(gè)激光束的激光切割機(jī)，來(lái)切割本發(fā)明的基于切縫的不費(fèi)力的彎曲結(jié)構(gòu)。諸如圖12所示的可折制箱梁需要有幾行有助于彎折的弧形切縫，這些切縫在所希望的彎折線(xiàn)附近平行于卷材的卷繞方向。用例如幾個(gè)多光束激光器機(jī)械地連接在一起，用一個(gè)總的運(yùn)動(dòng)控制器把它們的運(yùn)動(dòng)控制器連成一個(gè)系統(tǒng)，可以同時(shí)地成形全部彎折結(jié)構(gòu)，同時(shí)用有獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制器的其它激光器成形所有其它的結(jié)構(gòu)，諸如邊緣切口。
以上描述了可以組合于本發(fā)明的不費(fèi)力高強(qiáng)度彎曲結(jié)構(gòu)的三種從卷材到卷材的加工系統(tǒng)(reel-to-reel processing system)的方法和設(shè)備，它們能使一類(lèi)產(chǎn)品成為可能，從各種梁到各種梯子，到建筑物的柱子和各種接頭系統(tǒng)，都能成形，在需要以卷繞狀態(tài)運(yùn)輸它們的時(shí)候和情況下，可以把它們卷繞起來(lái)，然后在使用現(xiàn)場(chǎng)展開(kāi)并折疊成確定的尺寸，具有可給人深刻印象的結(jié)構(gòu)完整性。這種技術(shù)可以用在外層空間，用在軍事上，用在工商業(yè)和居住建筑物中，以及許多其它行業(yè)。在把設(shè)備以裝配狀態(tài)運(yùn)到使用現(xiàn)場(chǎng)的成本和努力都過(guò)于昂貴和很難的情況下，本發(fā)明的技術(shù)最為適用。
圖25的從卷材到卷材的加工系統(tǒng)還可以任選地包括一對(duì)用硬材料制造的滾壓模輥(hard-tooled die cutter)709。用陰的和陽(yáng)的壓模形狀滾壓出弧形的切縫和其它彎折結(jié)構(gòu)，滾壓模輥也可以是厚板并應(yīng)用材料添加處理技術(shù)，但最佳的是，它們就是用硬材料制造的回轉(zhuǎn)壓模709。
CNC切割方法應(yīng)用于制造精心設(shè)計(jì)的折疊結(jié)構(gòu)物的優(yōu)點(diǎn)是，容易把非重復(fù)性的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)編程輸入切割工藝。硬壓模滾壓或旋轉(zhuǎn)模具切割方法的優(yōu)點(diǎn)是，不管是間斷的還是連續(xù)的，能夠有效地加工出重復(fù)性的結(jié)構(gòu)，特別是弧形的切縫。
產(chǎn)量高和靈活性好的最大效益是，用CNC切割與壓模滾壓/模具切割組合構(gòu)成一個(gè)聯(lián)機(jī)系統(tǒng)，具有在工藝的開(kāi)卷步驟和重新卷繞步驟之間的兩個(gè)成形步驟。在這種組合系統(tǒng)諸如圖25所示的系統(tǒng)中，每一個(gè)成形工具發(fā)揮其自身的優(yōu)點(diǎn)。
圖25表示出的方法特別適用于在遠(yuǎn)離板材開(kāi)切縫和/或結(jié)構(gòu)物做了部分裝配的地點(diǎn)的地方成形現(xiàn)場(chǎng)用的三維結(jié)構(gòu)物。一種特別有意義的應(yīng)用是在外層空間制造三維結(jié)構(gòu)物。當(dāng)前，在外層空間裝配這種結(jié)構(gòu)物是用三維模件，這些模件大多不是在外層空間制造的。在空間進(jìn)行模件裝配的問(wèn)題是，那些模件討厭地占用軌道艙運(yùn)載工具的有效載荷的容積。迄今，在外層空間進(jìn)行制造的一個(gè)問(wèn)題一直是成形高強(qiáng)度三維結(jié)構(gòu)物所需的工具過(guò)于大而笨重。在空間進(jìn)行裝配的另一個(gè)問(wèn)題可能是零件和緊固件數(shù)目太大。一方面，各個(gè)笨重得近乎完整的模件已經(jīng)發(fā)射并緊固在一起。另一方面，那些尚未裝配的模件的包裝著的零件和緊固件的數(shù)量非常龐大。
圖26表示出板材341的卷材339，其已經(jīng)沿著兩條彎折線(xiàn)345設(shè)計(jì)并加工出切縫或凹槽。板材341還成形有孔346和突舌348，它們分別周期性地定位在板的兩個(gè)邊緣?？梢钥闯銮锌p343有利地采取了圖6所示的形狀。不難理解卷材339是板材運(yùn)輸?shù)母叨染o湊的形狀?？梢栽谟胁皇芟拗频闹圃煸O(shè)備的地球上的工廠里，例如用圖25的從卷材到卷材的生產(chǎn)線(xiàn)，把板材341成形有切縫243、孔346和突舌348以及其它需要的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。接著，可以用空間運(yùn)載工具把卷起來(lái)的板材輸送到外層空間的一個(gè)位置。然后把板材341從卷材339開(kāi)卷下來(lái)，而后用輕型的動(dòng)力工具把板材制成三維結(jié)構(gòu)物，或者是一邊開(kāi)卷一邊制作。沿著彎折線(xiàn)345彎曲板并把突舌348插進(jìn)孔346，把板鎖定成一個(gè)三維結(jié)構(gòu)物，諸如圖26的右邊部分所示的三角梁，制作過(guò)程就完成了。
如圖26所示，結(jié)構(gòu)物350是一個(gè)斷面為三角形的長(zhǎng)梁，它可以連接于其它的三維結(jié)構(gòu)物而形成復(fù)雜的空間三維結(jié)構(gòu)物和場(chǎng)所。在采用本發(fā)明的板材彎折切縫形狀時(shí)，在切縫345處形成的每一彎折處將較佳地包括板材的邊緣對(duì)表面的支承，這將使彎折處能夠承受大的載荷。很明顯，沿著有上述形狀的切縫的彎折線(xiàn)進(jìn)行彎折也可生產(chǎn)出其它結(jié)構(gòu)形狀的梁，諸如圖13和14的箱梁、圖20的折成的波紋板或圖22的柱子。
另外，用本發(fā)明的開(kāi)切縫或凹槽方法和設(shè)備可以確保板材341的兩側(cè)邊緣以及孔346和348的精確定位，這可使結(jié)構(gòu)物350閉合。如果采用了切縫但又需要制成的結(jié)構(gòu)物是流體密封的，可把由切縫345形成的彎折處用粘結(jié)劑密封，或者用焊接或銅焊密封。也可以生產(chǎn)出許許多多其它的閉合結(jié)構(gòu)，包括沿著板341的對(duì)頭邊緣和板的邊緣與側(cè)壁的搭接處進(jìn)行焊接，以及用突舌和/或緊固件。
能夠表現(xiàn)出本發(fā)明的設(shè)備和工藝的靈活性的另一種箱梁形狀表示于圖27A-27G，也就是有對(duì)角撐板箱梁或自斜撐箱梁(self-braced box beam)。
圖27A的板材801已沿著彎折線(xiàn)802和803開(kāi)出了切縫。此外，設(shè)置了許多橫向的切縫804，其用于形成梁的斜撐板(cross brace)806。板801彎折成圖27G所示的自斜撐箱梁的順序如圖27B-27G所示。
首先，把板的有斜撐板806的那一側(cè)彎折到圖27B的位置。接著，沿著彎折線(xiàn)803彎折板以形成圖27C的斜撐板806。然后，繞彎折線(xiàn)802a把板801彎到圖27D的位置。再把板繞彎折線(xiàn)802b和802c彎折到圖27E和27F所示的位置，最后把邊板805向上彎，繞彎折線(xiàn)802d把板彎成圖27G的箱梁807?？梢杂弥T如鉚釘或螺釘之類(lèi)的緊固件穿過(guò)孔808和809(它們以互相對(duì)準(zhǔn)的關(guān)系成形在板801上)，把邊板805固定于箱梁的其余部分，而形成一個(gè)不會(huì)散開(kāi)也不可能被彎折的結(jié)構(gòu)物?？梢钥闯鱿淞?07內(nèi)有沿著其長(zhǎng)度交錯(cuò)的斜撐板，這可以大大增強(qiáng)其強(qiáng)度。所以說(shuō)，用本發(fā)明的工藝，可以用一塊板設(shè)計(jì)和制成強(qiáng)度/重量比極高的內(nèi)部有斜撐板的箱梁。
可以給用本發(fā)明的設(shè)備和方法成形的許多不同結(jié)構(gòu)物增加一個(gè)任選的步驟，就是給彎角處802添加一個(gè)護(hù)角板810(見(jiàn)圖27G)，以使彎角處光滑并有裝飾作用。這樣，可用例如粘結(jié)劑或緊固件，把角鋼形狀的護(hù)角板810按照箭頭“820”的方向固定到梁807上。護(hù)角板810可以是金屬的、塑料的、甚至是能反光的，以產(chǎn)生裝飾性效果，還能有防沖擊保護(hù)作用，使表面光滑，起密封作用或把彎角包起來(lái)。
在圖27A-27G的內(nèi)斜撐箱梁807中，斜撐板806先被折成X形狀而后被裹在折成的箱梁內(nèi)形成內(nèi)部斜撐板。對(duì)于有在不同平面內(nèi)的相鄰壁的結(jié)構(gòu)物，形成其內(nèi)撐板的另一種辦法是采用撐角板部分。
圖34A-34E表示出撐角板在另一種箱梁中的應(yīng)用，該箱梁有許多減輕重量的孔。圖34A中，板811有許多彎折線(xiàn)812，并有用本發(fā)明的方法開(kāi)出的切縫。板811還已切割出或沖制出許多減重孔813。此外，為了給梁的壁板提供斜撐，設(shè)置了許多可繞彎折線(xiàn)815折立起來(lái)的撐角板部分814。
圖34B中，撐角板814已經(jīng)繞彎折線(xiàn)815折立起來(lái)而離開(kāi)了板811的平面，而在圖34C中板的外邊板816已經(jīng)繞彎折線(xiàn)812彎曲到垂向。在圖34D中板811的一個(gè)側(cè)板部分817已經(jīng)繞一條彎折線(xiàn)812折立起來(lái)，在圖34E中另一個(gè)側(cè)板817已經(jīng)繞另一條彎折線(xiàn)812折立起來(lái)，而形成了箱梁818。
最后一個(gè)彎曲步驟，也就是從圖34D的形狀到圖34E的形狀的步驟，使兩塊外邊板816搭接起來(lái)，也使它們上的撐角板814搭接起來(lái)。各邊板816和撐角板814上都有緊固件接納孔819，由于用本發(fā)明的邊緣對(duì)表面彎曲技術(shù)能夠達(dá)到很高的彎曲精度，在形成了圖34E所示的梁時(shí)，這些孔819能互相對(duì)準(zhǔn)。所以，可以用鉚釘或螺釘之類(lèi)的緊固件插進(jìn)孔819，把邊板816固定在一起，防止梁818散開(kāi)，以及把對(duì)應(yīng)的撐角板814固定在一起，形成梁818的互相垂直的壁板之間的撐角板以及梁的內(nèi)撐板。很明顯，撐角板的數(shù)目可以比圖中所示的多，而且，這種給不同平面內(nèi)的相鄰壁板提高撐角板的作法可以用于除梁之外的許多結(jié)構(gòu)物。
現(xiàn)在看圖29和30，其表示出本發(fā)明的不用費(fèi)力彎曲的板的優(yōu)點(diǎn)。圖29中，板材841有許多以上述方式沿著彎折線(xiàn)成形的圓弧形切縫842?？梢杂貌毁M(fèi)力的彎折方法把板841折成盒子843。
可把板841放在模子846的開(kāi)口844的上面，可把盒子的四個(gè)側(cè)面847同步地彎到豎立位置?？梢杂靡粋€(gè)由驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的沖頭848，或者通過(guò)管路849對(duì)模子施加真空。不需要把板841夾持于模子846，只要把板841上的彎折線(xiàn)定位成對(duì)準(zhǔn)模子開(kāi)口844的邊緣就可以，可通過(guò)例如在模子頂面上靠近開(kāi)口844的角部設(shè)置定位銷(xiāo)(未示)來(lái)定位。讓定位銷(xiāo)接觸板841的每?jī)蓚€(gè)邊板847之間的角頂。
根據(jù)被彎折的材料及其厚度，由管路849產(chǎn)生的真空力可足以把板841向下拉進(jìn)模子846而把各邊板847向上折，或者對(duì)于較厚的板和較強(qiáng)的材料，可以用沖頭848施加力來(lái)成形盒子。
盒子843可用作例如小的電路板的RFI(無(wú)線(xiàn)電干擾)屏蔽罩，例如用于屏蔽移動(dòng)通訊手機(jī)的電路板，以前它們的屏蔽罩是用已有技術(shù)的順序沖模(progressive diestamping)制造的。順序沖模沖制可以達(dá)到足夠的精度并且批量生產(chǎn)的成本也抵。但是，面對(duì)這個(gè)市場(chǎng)，產(chǎn)品在迅速改變，需要新的屏蔽設(shè)計(jì)，這要求頻繁更換沖制模具。這從產(chǎn)品在市場(chǎng)上的壽命來(lái)看很成問(wèn)題，有時(shí)最終設(shè)計(jì)尚未被選定產(chǎn)品就改變了。依靠沖制模具的另一個(gè)難點(diǎn)是，正式全面生產(chǎn)必須等到?jīng)_制模具完全可用才能進(jìn)行。這個(gè)等待時(shí)間可能長(zhǎng)達(dá)8周，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)迅速變化、產(chǎn)品生命力短的市場(chǎng)上，這個(gè)時(shí)間太長(zhǎng)了。順序模具沖制還有一個(gè)問(wèn)題，為了檢查和維修必須能接觸到下面的部件。如果一批電路片中的一大部分有毛病而可能需要修理，要用有低型面電子圍墻(low profile fence)的兩件式RFI屏蔽罩錫銲到電路上，并且以過(guò)盈配合像“鞋盒子蓋”那樣蓋住它。這樣做的缺點(diǎn)是，下面的電子圍墻從電路板奪走了某些水平的“真實(shí)的地產(chǎn)”，并且兩塊東西的制造總比一塊東西代價(jià)高。已有技術(shù)的解決可接近性的另一個(gè)辦法是，在屏蔽蓋子上切出一行圓通孔，使蓋子可以沿著一側(cè)像鉸鏈那樣向上翻開(kāi)而接近被蓋住的區(qū)域。但是這些通孔會(huì)有RFI泄漏，也很難切掉和重新密封蓋子。
圖29的用本發(fā)明的技術(shù)的盒子843是解決上述問(wèn)題的一個(gè)辦法。用CAD設(shè)計(jì)系統(tǒng)和諸如激光切割器的CNC切割工藝，可以不用沖制模具，對(duì)用基于圓弧形切縫的彎折方法制造的RFI屏蔽罩進(jìn)行快速仿型。用手工工具和圖29的制作設(shè)備能夠很容易地折疊成所需要的空間。
通過(guò)用激光切割進(jìn)入市場(chǎng)所需的初始生產(chǎn)批量，可以立即過(guò)渡到全面正式生產(chǎn)。用于沖制本發(fā)明的板上的舌部和偏置突舌的沖制模具是費(fèi)用很低的，其可以在向正式生產(chǎn)過(guò)渡期間制造，對(duì)于初始生產(chǎn)可用CNC切割解決。走這樣的路子，與等待順序模具制造出來(lái)的現(xiàn)行實(shí)踐相比，可以降低設(shè)計(jì)、過(guò)渡階段和生產(chǎn)的成本。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可把板設(shè)有固有的用于維修內(nèi)部零件的通路門(mén)。通過(guò)切開(kāi)屏蔽罩843的三個(gè)棱上的、由切縫842限定的縫間彎折條以及切開(kāi)已經(jīng)錫銲于電路板的低型面矩形盒子843的邊緣850，可把盒子843的底板840像蓋子一樣翻開(kāi)90°，形成一個(gè)臨時(shí)的維修通路。在完成修理時(shí)，把蓋子或底板關(guān)閉并重新在角部加以錫銲。大多數(shù)適用于RFI屏蔽的合金都允許以這種方式提供通路八次以上，而后作為鉸鏈的縫間彎折條才會(huì)被折斷。
圖30表示出可用一個(gè)氣囊或真空抓手(vacuum gripper)把具有本發(fā)明的切縫的板861變成一個(gè)盒子的一系列步驟。
圖30的左邊表示出板861呈扁平狀。事實(shí)上，板861包括完全相同的兩層板，這兩層板由邊板863的外邊緣處的四條彎折線(xiàn)862連接在一起，這在它變成一個(gè)盒子的過(guò)程中就看清楚了?？砂寻?61以扁平狀態(tài)運(yùn)輸?shù)绞褂矛F(xiàn)場(chǎng)，然后使它鼓起來(lái)變成圖30的右邊所示的盒子。盒子865的這種現(xiàn)場(chǎng)成形可以很容易用一個(gè)氣動(dòng)或液壓工具來(lái)完成，因?yàn)橹恍枰苄〉牧湍苁顾钠饋?lái)。
一種使它鼓起來(lái)的辦法是用兩個(gè)真空抓手864，如箭頭866所示，使真空抓手的吸盤(pán)接觸于板861的中央部分867。對(duì)兩個(gè)真空抓手864施加真空并使兩個(gè)抓手作方向相反的運(yùn)動(dòng)，如箭頭“868”所示，直到盒子865完全鼓起來(lái)，如圖30的右邊所示。
另一個(gè)辦法是把一個(gè)可膨脹的氣囊塞進(jìn)略微鼓起來(lái)一點(diǎn)兒的盒子里，如箭頭“871”所示。氣囊的塞進(jìn)可在運(yùn)輸之前也可在使用現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。然后用氣動(dòng)或液壓工具使氣囊膨脹，把盒子漸漸地鼓起來(lái)，達(dá)到圖30的右邊所示的狀態(tài)。
在角部872處用焊接、銅焊或粘結(jié)把各側(cè)板863固定起來(lái)，就可保持圖30的右邊所示的盒子865的形狀。
本發(fā)明的高精度彎曲或折疊工藝的再一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在制造不用費(fèi)力彎折的高精度結(jié)構(gòu)物的同時(shí)，可把幾何信息埋藏在平板材料里。可以以非常低的成本把這些信息準(zhǔn)確地可判斷地變成預(yù)期的三維空間關(guān)系。
以往，符號(hào)和幾何定理一直用于傳遞關(guān)于結(jié)構(gòu)物的裝配的信息。本發(fā)明的一個(gè)方面是可以在給板材成形便于彎折的切縫或凹槽的同時(shí)，把彎折或折疊的指導(dǎo)給予板材的扁平的部分?；蛘?，通過(guò)一個(gè)諸如印刷、貼標(biāo)簽、附加標(biāo)牌等手段把折疊的指導(dǎo)給予扁平的部分。此外，可以把信息埋藏在打算用于指導(dǎo)同類(lèi)精確彎折結(jié)構(gòu)物的裝配過(guò)程的扁平部分里或者埋藏在來(lái)自于非折疊的已有技術(shù)和未來(lái)技術(shù)制造方法的零件的鄰接部分里。
例如，一個(gè)采用預(yù)制件的連續(xù)的墻壁結(jié)構(gòu)物可以用一單塊板材成形，把這個(gè)板材折疊成帶有折立起來(lái)的中間柱的頂部和底部接合處。所有預(yù)期的窗子、門(mén)和接電箱都可作為有形的幾何信息埋藏在扁平部分里，用于以后折疊和裝配成建筑物?？梢越⒁粋€(gè)約定，結(jié)構(gòu)物上的一個(gè)圓孔表示以后將穿過(guò)這個(gè)孔的電線(xiàn)導(dǎo)管。有圓角的方孔可以表示將穿過(guò)墻壁的熱水銅管。以這種方式，不僅可把結(jié)構(gòu)特點(diǎn)定位在扁平部分上，而且能夠?qū)⑵湟哉_的三維關(guān)系傳遞，最終把這些約定傳給那些與建筑物的建造不相干但其活動(dòng)卻與結(jié)構(gòu)物相關(guān)的生意人。而且，這些信息的傳遞預(yù)先考慮生意人的活動(dòng)，使它們?cè)谕ㄟ^(guò)建筑物給他們的底層建筑穿管線(xiàn)過(guò)程中不必修改和修理結(jié)構(gòu)物。
圖32A-32E表示出中間柱壁(stud wall)的一個(gè)實(shí)施例，其可以用本發(fā)明的板材彎曲方法用一單塊板材折疊而成。圖32A-32E中，沒(méi)有力圖表示用于傳遞信息的孔之類(lèi)的東西的精確定位和形狀，但是，在板材開(kāi)切縫過(guò)程中可以精確地定位這些數(shù)據(jù)。也應(yīng)該注意到圖32E的折疊了的板可以是一個(gè)帶有結(jié)合于各接頭桿(joist)的中間柱的中間柱壁，或是一個(gè)帶有結(jié)合于側(cè)桿(side rail)的橫檔的梯子。
來(lái)看圖32A，板材901已沿著許多彎折線(xiàn)開(kāi)出了可使它成形為一個(gè)中間柱壁或梯子的切縫。這些切縫的定位和成形是按照本發(fā)明的創(chuàng)意進(jìn)行的。
圖32B中，最終的中間柱或梯子橫檔903的側(cè)壁部分902已經(jīng)從平板901沿著彎折線(xiàn)904向上折起。下一步是沿著彎折線(xiàn)907折起附加的端壁或階梯部分906，如圖32C所示。圖32D中，接頭桿或梯桿(ladder rail)908沿著彎折線(xiàn)909折起，最后再沿著彎折線(xiàn)911折疊接頭桿/梯桿908，如圖32E所示。這最后的折疊使接頭桿/梯桿908上的開(kāi)口912以對(duì)準(zhǔn)或配位的關(guān)系重疊于中間柱/橫檔903的側(cè)壁902上的開(kāi)口913(圖32D)?？梢杂弥T如鉚釘和螺釘?shù)木o固件把接頭桿或梯桿908固定于中間柱/橫檔903，從而把這個(gè)折疊件固定成一個(gè)能夠承受載荷的三維結(jié)構(gòu)物914。
在用作梯子時(shí)，梯桿908是垂向的，而橫檔903是水平的。在用作中間柱壁時(shí)，接頭桿908是水平的，中間柱903是垂向的。將能理解，橫檔/中間柱和梯桿/接頭桿也可以根據(jù)用途適當(dāng)?shù)馗淖兂叽纭?br> 前已說(shuō)明，本發(fā)明的開(kāi)切縫工藝和開(kāi)切縫的板要求把許多切縫偏置于所希望的彎折線(xiàn)的兩側(cè)。由于有兩個(gè)相對(duì)的有間隔的實(shí)際支點(diǎn)，這兩個(gè)實(shí)際支點(diǎn)使它們之間的虛擬支點(diǎn)精確地定位在所希望的彎折線(xiàn)上，這種辦法將能生產(chǎn)出最精確的板坯件。
盡管彎折精度可能有非常小的損失，但是在用本發(fā)明的技術(shù)時(shí)也可以用一單個(gè)切縫和縫間彎折條，來(lái)進(jìn)行沿著彎折線(xiàn)的板材彎折，同時(shí)，也能產(chǎn)生板的跨越切縫的兩個(gè)部分之間的邊緣對(duì)表面的接觸。這種利用單個(gè)切縫的彎折表示于圖35和36。
圖35中，已經(jīng)開(kāi)出了切縫的板材941用于彎折成一個(gè)輪子的箱體，如圖36中的標(biāo)號(hào)942所指。板941包括一個(gè)切縫943，其用于繞彎折線(xiàn)946彎折耳部944?？梢钥闯觯瑥澱劬€(xiàn)的與切縫943相反的那一側(cè)沒(méi)有切縫?？墒牵?44包括兩個(gè)肩部947，其與切縫943的弧形端部949一起限定了縫間彎折條948。還能看出兩個(gè)縫間彎折條948的中軸線(xiàn)是沿著相反的歪斜方向斜對(duì)著彎折線(xiàn)946。
在把圖35中的耳部944向后(向頁(yè)面里)彎時(shí)，斜的縫間彎折條948彎曲和扭轉(zhuǎn)，同時(shí)把切縫943的耳部那一側(cè)的唇部952拉到與切縫的主體那一側(cè)的舌部953的表面相接觸。這樣，依靠正確地確定斜的縫間彎折條948的尺寸和形狀也能達(dá)到滑動(dòng)的邊緣對(duì)表面的接觸。
板941還有其它的弧形彎折線(xiàn)，它們與板的相對(duì)的部分切縫或邊緣一起限定了將能產(chǎn)生邊緣對(duì)表面接觸的縫間彎折條。例如，對(duì)于彎折線(xiàn)956，切縫943a的一端949a與有弧形端部958的部分切縫957相對(duì)，弧形端部958與弧形端部949a限定了斜的縫間彎折條948a。在切縫943a的另一端，弧形邊緣部分959和弧形切縫端部949a限定了另一個(gè)相反地歪斜的縫間彎折條948a。
由于兩個(gè)縫間彎折條948a的形狀，能夠產(chǎn)生繞彎折線(xiàn)956的邊緣對(duì)表面接觸的彎折。
切縫943b成形為與切縫943a鏡面對(duì)稱(chēng)，也有與其一起限定兩個(gè)斜的縫間彎折條948b的弧形邊緣和弧形部分切縫。類(lèi)似地，切縫943c與邊緣和部分切縫一起限定能確保邊緣對(duì)表面接觸的彎折的斜的縫間彎折條948c。最后，切縫943與切縫960一起限定斜的縫間彎折條948d。
圖35所示的本發(fā)明的設(shè)備和方法的單個(gè)切縫實(shí)施例不能很精確地把彎折處定位在所希望的彎折線(xiàn)上，但是對(duì)于許多應(yīng)用場(chǎng)合，精確性的損失并不明顯。在圖36所示的結(jié)構(gòu)物中，把用于支承輪子的一根軸穿過(guò)孔963、964和965(見(jiàn)圖35)，這些孔在把板941彎折成圖36的三維箱體后是能對(duì)準(zhǔn)的。所以說(shuō)，單個(gè)切縫實(shí)施例也能達(dá)到足夠精確的彎折，能使孔963、964和965的對(duì)準(zhǔn)偏差在千分之幾英寸以?xún)?nèi)，所以軸961能插進(jìn)去。
圖37表示出與本發(fā)明的開(kāi)切縫工藝和設(shè)備相關(guān)的彎折線(xiàn)終止或邊緣效應(yīng)。板材971有五條彎折線(xiàn)972-976。各切縫981按照上述沿著各彎折線(xiàn)成形在板上。在設(shè)計(jì)切縫布置時(shí)應(yīng)考慮板971的邊緣982，因?yàn)樗绊懬锌p的定位。
在彎折線(xiàn)972上，各切縫981有給定的長(zhǎng)度和間距，部分切縫981a開(kāi)到板材的邊緣982。這是一個(gè)可以接受的彎折線(xiàn)終止方法。在彎折線(xiàn)973上，部分切縫981b開(kāi)到板材的邊緣982，但是部分切縫981b包括弧形端部983限定了與縫間彎折條986相反的縫間彎折條984。也可看出，有一個(gè)跨越切縫987的長(zhǎng)方形孔988。孔988大致在切縫987的中部，所以它不會(huì)明顯影響縫間彎折條984或986，也不會(huì)影響邊緣對(duì)表面的接觸。
在彎折線(xiàn)974上，切縫981c有弧形端部989，它與傾斜的邊緣部分991一起限定斜的縫間彎折條992。切縫981d和邊緣部分993有類(lèi)似的形狀。用板的邊緣部分地限定縫間彎折條，這種作法也用在圖35的板上，這在前面已說(shuō)明了。
最后，在彎折線(xiàn)976上，弧形端部994與切縫981e的弧形端部996一起限定縫間彎折條997。這樣，就像一個(gè)把切縫981e倒過(guò)來(lái)而成為像切縫981d那樣取向的切縫，并且它是一個(gè)無(wú)限長(zhǎng)的切縫，在布置切縫時(shí)應(yīng)考慮邊緣效應(yīng)。在大多數(shù)情況中，可以略微調(diào)整切縫長(zhǎng)度，以便產(chǎn)生所希望的彎折線(xiàn)終止或邊緣效應(yīng)。
在本發(fā)明的再一個(gè)方面中，如圖31的示意的表示，提供了一種用于成形三維結(jié)構(gòu)物的方法。第一個(gè)步驟是設(shè)計(jì)三維結(jié)構(gòu)物。這包括初始的子步驟，就是構(gòu)思設(shè)計(jì)370a。一旦形成了概念，設(shè)計(jì)就往往要但也不是一定要進(jìn)行步驟370b或370c，在其中進(jìn)行CAD設(shè)計(jì)。在CAD設(shè)計(jì)步驟370b或370c之前或過(guò)程中，可以任選地進(jìn)行材料及其厚度的選擇。
從圖31可見(jiàn)，CAD設(shè)計(jì)步驟370b和370c可包括幾個(gè)子步驟。這樣，一個(gè)常用的子步驟是子步驟370b1，在這一步驟中進(jìn)行三維CAD設(shè)計(jì)并隨后將其展平?；蛘咴谧硬襟E370b2，設(shè)計(jì)連續(xù)地彎折的板的各邊板。也可以在二維里進(jìn)行設(shè)計(jì)并標(biāo)明或定位各彎折線(xiàn)，這就是子步驟370b3?？梢杂密浖谧硬襟E370b4或者人工地在子步驟370b5做出本發(fā)明的恰當(dāng)?shù)幕蛟O(shè)計(jì)得最好的切縫或凹槽布置。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)也可以選擇，通常，是由計(jì)算機(jī)借助CAD軟件程序在子步驟370c1在許多儲(chǔ)存的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)或者零件中進(jìn)行選擇。然后，如果需要進(jìn)行修改，CAD系統(tǒng)可在子步驟370c2修改所選擇的設(shè)計(jì)，以達(dá)到新的所希望的設(shè)計(jì)。最后，在子步驟370c3，用軟件把設(shè)計(jì)的三維零件展開(kāi)成平的狀態(tài)。
一旦完成了設(shè)計(jì)，下一個(gè)步驟是開(kāi)切縫或凹槽步驟373，最好是用CNC控制器控制板材開(kāi)切縫設(shè)備。這樣，在子步驟373a，把代表平的零件和所設(shè)計(jì)的切縫或凹槽的數(shù)據(jù)從CAD或CAM系統(tǒng)傳送給CNC控制器。然后，控制器控制切割和制造設(shè)備的開(kāi)切縫和其它成形步驟。這樣，可在子步驟373b用添加(模制、鑄造、立體印刷)或去除(開(kāi)切縫、切割)或斷除(沖切、沖壓、模切)等制造技術(shù)成形平的零件。
也可以任選地讓成形的平的零件經(jīng)過(guò)這樣一些步驟，諸如表面處理步驟373c、元件固定步驟373d、試驗(yàn)步驟373e4以及存放步驟373f，這些步驟一般是在平的狀態(tài)或卷繞狀態(tài)進(jìn)行。
往往在步驟377進(jìn)行板材的彎折或折疊之前還有運(yùn)輸步驟375。把開(kāi)好切縫的板材從板材加工地點(diǎn)運(yùn)輸?shù)揭粋€(gè)很遠(yuǎn)的彎折和裝配地點(diǎn)的一個(gè)最方便的作法是讓板材處于平的或卷繞的狀態(tài)。
彎折或折疊步驟377是精確的和不費(fèi)力的。對(duì)于大多數(shù)結(jié)構(gòu)物，彎折沿著許多彎折線(xiàn)發(fā)生并且往往是連續(xù)進(jìn)行直到板的兩部分達(dá)到頭頂頭的狀態(tài)，在這一狀態(tài)把它們的頭頂頭的部分接合在一起，在步驟379形成一個(gè)能承受載荷的三維結(jié)構(gòu)物?？梢匀芜x地把形成的三維結(jié)構(gòu)物在一個(gè)加包件步驟(enveloping step)中固定成三維的能承受載荷的形狀，這個(gè)加包件步驟是通過(guò)把折疊的各部分包起來(lái)而把它們連接起來(lái)。
可用至少三種方法來(lái)加包件。在本發(fā)明中，一個(gè)折疊處的角度不是由形成它的切縫的幾何參數(shù)來(lái)表達(dá)。(盡管對(duì)于特定的折疊角度，如圖24所示的那樣，可以用有斜角的切縫來(lái)影響邊緣對(duì)表面接觸的最大接觸區(qū)域。)每一折疊處的角度一般由至少三個(gè)互鎖的平面決定。在某些情況中，沒(méi)有互鎖三個(gè)獨(dú)立的正交平面的可能性，所以需要有一個(gè)能限定轉(zhuǎn)動(dòng)角度的替代方法。一個(gè)方法是對(duì)照一個(gè)有已知角度關(guān)系的參照結(jié)構(gòu)物來(lái)折疊結(jié)構(gòu)物，并用粘結(jié)、銅焊、焊接、錫銲、或給折疊物的內(nèi)部或外部加裝結(jié)構(gòu)上的形狀保持物(shin guard)等方法來(lái)把角度鎖定到位。另一個(gè)方法是用一個(gè)限定角度形狀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)并繞著它彎折這個(gè)結(jié)構(gòu)，這就是給內(nèi)部結(jié)構(gòu)加包件。這第二個(gè)方法在圖31的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程框圖中由標(biāo)號(hào)“376a”和“376b”表示。在這一加包件的實(shí)施例中，內(nèi)部零件可以留在其位(步驟376b)，或者在某些情況中，它只是有助于折疊過(guò)程并且隨后被取出。
包件的另一個(gè)應(yīng)用是互相鎖住(to capture)，這是這樣一個(gè)過(guò)程，就是用把零件或模件折在或包進(jìn)另一結(jié)構(gòu)物內(nèi)的作法，把本發(fā)明的一個(gè)由板材折疊成的結(jié)構(gòu)物與一個(gè)可以是也可以不是用本發(fā)明成形的功能零件對(duì)接起來(lái)。例如，圖16表示出許多“互相鎖住”可能性之一例，其體現(xiàn)了本發(fā)明的加包件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。圖16中，板折成的構(gòu)件611包在柱子631的外面。
也可以加另一種包件，其用在進(jìn)行本發(fā)明的兩個(gè)或多個(gè)板折成的模件之間的連接時(shí)，或者進(jìn)行其中至少有一個(gè)是本發(fā)明的板材折成件的兩個(gè)或多個(gè)模件之間的連接時(shí)。用本發(fā)明的由平面材料成形的結(jié)構(gòu)物的三維定位精度結(jié)合于加包件或連接過(guò)程可建立一種把許多個(gè)結(jié)構(gòu)物結(jié)合到一起的方法，這種方法的成功率很高，不要求再進(jìn)行切割和裝配調(diào)整。這是本發(fā)明的能力所特有的，其能夠?qū)?zhǔn)諸如孔、突舌和槽口之類(lèi)的緊固結(jié)構(gòu)。這是一種通過(guò)包卷(wrapping)達(dá)到結(jié)合在一起的方法。
本發(fā)明的過(guò)程還可包括一個(gè)迭代步驟380。用本發(fā)明的方法能夠低成本地創(chuàng)造三維零件，這可使設(shè)計(jì)者能在著手生產(chǎn)設(shè)計(jì)之前實(shí)實(shí)在在地享受大干超前設(shè)計(jì)的樂(lè)趣。
本發(fā)明的基于切縫的彎折方法和設(shè)備有很高的彎折位置精度。可以用CNC技術(shù)控制例如激光切割機(jī)、噴水切割機(jī)、沖壓或沖切模具，以極高的精度加工出初始切縫，即使對(duì)于大的零件，彎折處的位置精度也在±0.005英寸以?xún)?nèi)。這個(gè)精度與高度熟練的操作者用折板機(jī)所能達(dá)到的精度一樣高，甚至比它高。采用沖壓模具的一個(gè)附加優(yōu)點(diǎn)是可把模具做成楔形，用以在橫向或在切縫寬度方向壓縮切縫邊緣。這種壓縮可提高切縫處材料的疲勞強(qiáng)度。在設(shè)計(jì)能在彎折過(guò)程中產(chǎn)生邊緣對(duì)表面的接觸的切縫寬度時(shí)，也必須考慮這種橫向壓縮。也可以跟隨激光或噴水切割之后用楔形沖模橫向壓縮切縫邊緣，以提高其疲勞強(qiáng)度。
另外，在用本發(fā)明的彎折方法時(shí)不會(huì)累積誤差，而用折板機(jī)進(jìn)行彎折誤差是要累積的?；蛘?，可把切縫或凹槽鑄造或模制在板材上，或者鑄造有需要被折疊的板狀延伸部分或翼部的三維構(gòu)件。不管是加工尺寸非常大或非常小的材料，都可以用微電子和MEMS(微型機(jī)電系統(tǒng))領(lǐng)域中常用的其它成形方法，諸如電子束印刷和蝕刻，來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明要求的幾何參數(shù)，而且精度極高。
在用激光切割器成形板材上的切縫或凹槽時(shí)，也可以任選地不是移動(dòng)激光束，而是移動(dòng)被加工的板材，在板材上成形出所希望的切縫或凹槽形狀。對(duì)于重量輕的金屬板或塑料板，移動(dòng)它們所需的功率不大，這種作法是可行的。
本發(fā)明的方法中的制造技術(shù)還可包括這樣一些步驟，諸如除去切縫或凹槽的毛刺，用溶劑進(jìn)行蝕刻，陽(yáng)極氧化處理，表面防銹處理，施加諸如油漆、聚合物、各種填縫膠等順從的涂層。
從上述還可理解，本發(fā)明的用于精確地彎折板材的方法的另一方面包括沿著并靠近彎折線(xiàn)在縱向以一定的縱向間隔成形許多切縫或凹槽的步驟，以限定每?jī)蓚€(gè)縱向相鄰的切縫之間的縫間彎折條。在一類(lèi)實(shí)施例中，每個(gè)縱向延伸的切縫成形為有縱向的切縫段，其至少一端連接有大致沿橫向延伸的切縫段。在第二類(lèi)實(shí)施例中，切縫或凹槽是弧形的，其兩端逐漸遠(yuǎn)離彎折線(xiàn)，而限定縫間彎折條，較佳的是，這樣限定的縫間彎折條是斜的，其寬度向兩端逐漸增加。在這兩類(lèi)實(shí)施例中，縫間彎折條可以產(chǎn)生繞虛擬支點(diǎn)的彎折，彎折時(shí)切縫兩側(cè)的板材料產(chǎn)生邊緣對(duì)表面的接觸?？p間彎折條和切縫或凹槽的數(shù)目可在本發(fā)明的范圍內(nèi)有很大的變化范圍。也可以獨(dú)立于切縫之間的橫向間距來(lái)改變縫間彎折條的寬度或斷面面積和縫間彎折條的橫向逐漸加寬的程度。本發(fā)明的方法的一個(gè)附加步驟是基本上沿著彎折線(xiàn)在板材的縫間彎折條處彎折板材。
本發(fā)明的方法可應(yīng)用于各種類(lèi)型的板材，特別適用于諸如鋁板和鋼板等金屬板材，它們可以有很大的厚度和各種熱處理狀態(tài)(例如2英寸厚的碳鋼板、熱處理狀態(tài)為T(mén)6的6061鋁、某些陶瓷和復(fù)合材料)。一定種類(lèi)的塑料和聚合物板材以及可塑性變形的復(fù)合材料板材也適于用本發(fā)明的方法進(jìn)行彎折。這些材料的性質(zhì)與給定溫度有關(guān)，因此對(duì)于一種特定的材料可能需要改變其溫度來(lái)使其適應(yīng)本發(fā)明的彎折方法。本發(fā)明的方法和開(kāi)好切縫的板材特別適于在遠(yuǎn)離加工切縫或凹槽的設(shè)備的地方進(jìn)行彎折。而且，不用折板機(jī)也能達(dá)到精確的彎折。
板材也可以是用折板機(jī)彎折并開(kāi)出了切縫或凹槽的，而后由制造者進(jìn)行彎折。這允許將板材以平的或弧彎的形狀運(yùn)輸?shù)胶苓h(yuǎn)的制造現(xiàn)場(chǎng)去完成彎折，例如彎成外殼。折板機(jī)折出的彎折處可以比沒(méi)有加強(qiáng)的用切縫彎折的彎折處強(qiáng)，因此把用折板機(jī)進(jìn)行彎折和基于切縫的彎折組合起來(lái)用，可以提高制成的產(chǎn)品的強(qiáng)度，可以把用折板機(jī)彎折的彎折處用于例如沿著板材的邊緣定位?？蓪⒒谇锌p或凹槽的彎折處只作部分彎折而略微向外開(kāi)著，以便這樣的板材仍可以以弧彎狀態(tài)運(yùn)輸。
彎折成的產(chǎn)品有搭接的邊緣對(duì)表面接觸和支承。這可增強(qiáng)產(chǎn)品承受各個(gè)方向的載荷的能力，而縫間彎折條處的應(yīng)力又不是很高。如果要求進(jìn)一步增強(qiáng)或需要外表美化，也可以對(duì)彎折成的產(chǎn)品進(jìn)行加強(qiáng)，例如沿著彎折線(xiàn)進(jìn)行焊接或固定一個(gè)護(hù)角板。應(yīng)該注意到采用切縫寬度大致為零的切縫的優(yōu)點(diǎn)之一是彎折后沿著板材彎折線(xiàn)的開(kāi)口較小，這樣可能就不太需要為外表美化而沿著彎折線(xiàn)進(jìn)行焊接或填縫。
應(yīng)該注意到盡管至此表示的都是直線(xiàn)的彎折處，但是也能夠做成弧形的彎折處。用于產(chǎn)生彎曲的彎折線(xiàn)的一種方法表示于圖33，也就是，沿著一條彎曲的彎折線(xiàn)布置完全相同的縫間彎折條限定結(jié)構(gòu)，使虛擬支點(diǎn)落在所希望的曲線(xiàn)的中心線(xiàn)上。
板931已經(jīng)開(kāi)出了完全相同的切縫932，這些切縫定位在各彎曲的彎折線(xiàn)933兩側(cè)，并且板931已經(jīng)彎曲成波紋板。所示的切縫932有類(lèi)似于圖6中的切縫的形狀，其中段是直線(xiàn)的而兩個(gè)端部是曲線(xiàn)的并逐漸遠(yuǎn)離彎折線(xiàn)。但是，切縫932的直線(xiàn)段是布置在彎折線(xiàn)上。隨著彎折線(xiàn)933的彎曲半徑減小，可減短沿著彎折線(xiàn)933的切縫932的長(zhǎng)度，以便更接近于曲線(xiàn)。
應(yīng)該注意到波紋板有草帽形的橫斷面，這樣的橫斷面常常見(jiàn)之于軋制的波紋板。在用作橋面板之類(lèi)的鋪面板時(shí)，這樣的結(jié)構(gòu)物不如圖20的連續(xù)波紋板那樣適用，因?yàn)槠湎野?34的重量只占整個(gè)波紋板的重量的一半，但是在其它的應(yīng)用場(chǎng)合，它有優(yōu)點(diǎn)并且需要的材料較少。
第二種方法是用不完全一樣的切縫來(lái)限定縫間彎折條的形狀，以產(chǎn)生平緩的曲線(xiàn)的彎折。被彎折的板將有在彎折線(xiàn)兩側(cè)的彎曲的表面。如果用一步一步的切縫，可以減短切縫的縱向延伸段的長(zhǎng)度。
可以考慮各種原因來(lái)改變縫間彎折條的分布和寬度，包括彎合作所需要的局部力和未增強(qiáng)的彎折處的殘余強(qiáng)度之間的折衷。例如，有可能偶爾與本發(fā)明的縫間彎折條同時(shí)成形的那些鄰近結(jié)構(gòu)可能如此靠近彎折線(xiàn)以至于最靠近附近結(jié)構(gòu)的縫間彎折條成形得最好的出現(xiàn)率較低，或者只以較細(xì)的縫間彎折條維持被彎折的材料的平面性。
最后，本發(fā)明的彎折成的結(jié)構(gòu)物可以很容易弄平。這允許把三維結(jié)構(gòu)物拆開(kāi)或解體以便運(yùn)輸?shù)狡渌胤饺?，或者把板材回收利用。已?jīng)發(fā)現(xiàn)往往可以把彎曲了的板材弄直，或者讓它承受反向的彎曲，然后再重新彎曲，可以來(lái)回彎五到十次或更多次。這允許在一個(gè)地方彎折或制造一個(gè)結(jié)構(gòu)物，然后把它弄平，運(yùn)輸?shù)搅硪粋€(gè)地方去再進(jìn)行彎折而成形為結(jié)構(gòu)物。很容易弄平也便于把結(jié)構(gòu)物弄平之后送到廢品回收中心，以利板材和拆下來(lái)的元件的再利用。
為了便于說(shuō)明和權(quán)利要求書(shū)中的精確定義，詞語(yǔ)“上”或“上面的”，“下”或“下面的”，“內(nèi)部的”和“外部的”是用于說(shuō)明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)相對(duì)于各圖中所表示的整個(gè)結(jié)構(gòu)的位置。
以上對(duì)本發(fā)明的各特定實(shí)施例的描述只是為了表示和說(shuō)明的目的。不能認(rèn)為再?zèng)]有更多的實(shí)施例了，也不能把本發(fā)明嚴(yán)格地限制于所揭示的內(nèi)容。很明顯，根據(jù)上述講解可做出許多變型和改變。選擇和描述實(shí)施例是為了最好地說(shuō)明本發(fā)明的原理和它的實(shí)際應(yīng)用，以使熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人們能夠最好地利用本發(fā)明及其各實(shí)施例，同時(shí)做出適用于其設(shè)想的特定用途的各種改變。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種成形為用于沿著彎折線(xiàn)進(jìn)行彎折的板材，它包括一個(gè)具有許多成形為穿透它的切縫的板材，諸所述切縫相對(duì)于所希望的彎折線(xiàn)定位，并且被構(gòu)形為能使所述板材在被沿著所述彎折線(xiàn)彎諸的大致整個(gè)過(guò)程中所述切縫兩側(cè)的板材的邊緣與表面相接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的板材，其特征在于，所述板材成形有至少兩個(gè)長(zhǎng)的切縫，所述至少兩個(gè)切縫定位成縱向地沿著并靠近所述彎折線(xiàn)并且互相之間錯(cuò)位，每個(gè)切縫有兩個(gè)切縫端部，所述彎折線(xiàn)兩側(cè)的每?jī)蓚€(gè)相鄰的切縫端部限定一個(gè)縫間彎折條，諸所述縫間彎折條各有穿過(guò)所述彎折線(xiàn)的中軸線(xiàn)。
3.如權(quán)利要求2所述的板材，其特征在于，所述切縫的兩端逐漸遠(yuǎn)離所述彎折線(xiàn)。
4.如權(quán)利要求3所述的板材，其特征在于，所述切縫的端部是弧形的并且彎離所述彎折線(xiàn)。
5.如權(quán)利要求2所述的板材，其特征在于，所述切縫等距地定位于所述彎折線(xiàn)的兩側(cè)，并且所述切縫定位成沿縱向搭疊關(guān)系，致使所述縫間彎折條的中軸線(xiàn)以一個(gè)斜角穿過(guò)所述彎折線(xiàn)。
6.如權(quán)利要求1所述的板材，其特征在于，在彎諸板材的過(guò)程中，所述邊緣對(duì)表面的接觸基本上沿著所述切縫的整個(gè)長(zhǎng)度發(fā)生。
7.如權(quán)利要求1所述的板材，其特征在于，所述板材成形有至少兩個(gè)長(zhǎng)的切縫，它們定位成在所述彎折線(xiàn)的兩側(cè)沿著并靠近所述彎折線(xiàn)，它們沿著所述彎折線(xiàn)互相沿縱向錯(cuò)位，并且所述切縫的形狀大致相同，彎折線(xiàn)一側(cè)的切縫的形狀是彎折線(xiàn)另一側(cè)的切縫被倒過(guò)來(lái)后的形狀。
8.如權(quán)利要求7所述的板材，其特征在于，所述切縫是相對(duì)于一個(gè)橫向中軸線(xiàn)對(duì)稱(chēng)的。
9.如權(quán)利要求7所述的板材，其特征在于，所述切縫是相對(duì)于一個(gè)橫向中軸線(xiàn)對(duì)稱(chēng)的。
10.如權(quán)利要求1所述的板材，其特征在于，所述切縫有端部，并且每個(gè)縱向相鄰的切縫端部限定了跨越所述彎折線(xiàn)的縫間彎折條，所述縫間彎折條對(duì)稱(chēng)于其一條縱軸線(xiàn)。
11.如權(quán)利要求1所述的板材，其特征在于，所述切縫有端部，并且每?jī)蓚€(gè)縱向相鄰的切縫端部限定了跨越所述彎折線(xiàn)的縫間彎折條，所述縫間彎折條對(duì)稱(chēng)于其一條中軸線(xiàn)。
12.如權(quán)利要求1所述的板材，其特征在于，所述各切縫沿著所述彎折線(xiàn)的長(zhǎng)度大致相同。
13.如權(quán)利要求1所述的板材，其特征在于，所述各切縫沿著所述彎折線(xiàn)的長(zhǎng)度不同。
14.如權(quán)利要求1所述的板材，其特征在于，所述切縫是許多弧形的切縫，它們交替地沿著所述彎折線(xiàn)定位在其兩側(cè)并且沿縱向有移位，所述弧形的切縫凸的方向?qū)χ鰪澱劬€(xiàn)而限定了縫間彎折條，所述各縫間彎折條具有其斜向穿越所述彎折線(xiàn)的軸線(xiàn)。
15.如權(quán)利要求14所述的板材，其特征在于，所述板材成形有許多縱向搭疊的切縫，這些切縫定位成在所述彎折線(xiàn)的兩側(cè)到其的橫向距離相等，而限定了斜向的縫間彎折條的軸線(xiàn)。
16.如權(quán)利要求15所述的板材，其特征在于，所述各縫間彎折條軸線(xiàn)以?xún)蓚€(gè)相反的傾斜方向斜對(duì)著所述彎折線(xiàn)。
17.如權(quán)利要求1所述的板材，其特征在于所述各切縫具有兩個(gè)端部，并且每?jī)蓚€(gè)縱向相鄰的切縫端部限定了各縫間彎折條，所述各縫間彎折條的縱向軸線(xiàn)斜向穿越所述彎折線(xiàn)；以及所述各縫間彎折條軸線(xiàn)是以同一方向斜對(duì)著所述彎折線(xiàn)，在所述板材彎曲時(shí)能產(chǎn)生所述板材的在所述彎折線(xiàn)兩側(cè)的部分的沿著所述彎折線(xiàn)的相對(duì)位移。
18.如權(quán)利要求1所述的板材，其特征在于，所述各切縫的寬度小得足以確保在彎諸過(guò)程中發(fā)生所述切縫兩側(cè)的板材的邊緣對(duì)表面相接觸。
19.如權(quán)利要求1所述的板材，其特征在于，所述板材是一種可變形板材，即金屬板或塑料板。
20.如權(quán)利要求18所述的板材，其特征在于所述板材是在彎諸過(guò)程中僅發(fā)生彈性變形的板，以及所述各切縫的形狀把所述各縫間彎折條定向?yàn)橛幸粋€(gè)斜角，這個(gè)斜角小得足以阻止所述板材的塑性變形。
21.如權(quán)利要求1所述的板材，其特征在于，所述各切縫的形狀在彎諸過(guò)程中可使所述各切縫的一側(cè)的板材沿著所述彎折線(xiàn)接觸所述各切縫的另一側(cè)的板材。
22.如權(quán)利要求2所述的板材，其特征在于，所述各切縫成形為其端部有能降低應(yīng)力的形狀。
23.如權(quán)利要求1所述的板材，其特征在于，所述的許多切縫包括沿著并靠近所述彎折線(xiàn)的許多切縫，這些切縫在每?jī)蓚€(gè)相鄰的切縫端部之間限定了至少一個(gè)縫間彎折條，所述至少一個(gè)切縫有一對(duì)沿縱向延伸的第一切縫段，它們?cè)谒鰪澱劬€(xiàn)的兩側(cè)并靠近和平行于所述彎折線(xiàn)，所述縱向延伸的切縫段還有兩個(gè)由沿橫向延伸的切縫段連接起來(lái)的沿縱向靠近的端部。
24.如權(quán)利要求1所述的板材，其特征在于，所述板材可固定在一個(gè)卷繞狀態(tài)。
25.如權(quán)利要求2所述的板材，其特征在于，所述切縫在所述彎折線(xiàn)兩側(cè)之間的錯(cuò)位距離與所述板材的厚度的比值約小于1.0，所述切縫的寬度約小于所述板材的厚度的1/3。
26.如權(quán)利要求2所述的板材，其特征在于所述各切縫的沿縱向相鄰的端部限定了跨越所述彎折線(xiàn)的縫間彎折條；以及所述縫間彎折條成形為其寬度是所述板材的厚度的約0.5到約4.0倍。
27.如權(quán)利要求26所述的板材，其特征在于，所述縫間彎折條的寬度為所述板材的厚度的約0.7到約2.5倍。
28.如權(quán)利要求1所述的板材，其特征在于所述板材具有許多沿著許多彎折線(xiàn)定位的切縫，這些切縫的位置使得在彎諸過(guò)程中可產(chǎn)生各切縫兩側(cè)的板材的邊緣對(duì)表面的接觸；以及所述板材可被沿著所述許多彎折線(xiàn)彎折而形成一個(gè)三維結(jié)構(gòu)物。
29.如權(quán)利要求28所述的板材，其特征在于，所述三維結(jié)構(gòu)物是一個(gè)箱梁。
30.如權(quán)利要求28所述的板材，其特征在于，所述三維結(jié)構(gòu)物是一個(gè)有斜撐板的箱梁。
31.如權(quán)利要求28所述的板材，其特征在于，所述三維結(jié)構(gòu)物是一個(gè)電氣元件的安裝機(jī)架。
32.如權(quán)利要求1所述的板材，其特征在于，所述三維結(jié)構(gòu)物是一中間柱壁。
33.如權(quán)利要求1所述的板材，其特征在于，所述三維結(jié)構(gòu)物是一種折紙術(shù)作品。
34.如權(quán)利要求1所述的板材，其特征在于，所述三維結(jié)構(gòu)物是一波紋板。
35.如權(quán)利要求1所述的板材，其特征在于，所述三維結(jié)構(gòu)物是一波紋板卷成的立柱。
36.一種用于沿著所希望的彎折線(xiàn)進(jìn)行彎折的板材，它包括一個(gè)成形為具有許多縫間彎折條限定結(jié)構(gòu)的板材，所述縫間彎折條限定結(jié)構(gòu)定位成能在所述板材上限定出至少一個(gè)縫間彎折條，所述縫間彎折條的軸線(xiàn)穿越所述彎折線(xiàn)，并且所述縫間彎折條限定結(jié)構(gòu)的形狀和位置可使所述板材被沿著所述彎折線(xiàn)彎折。
37.如權(quán)利要求36所述的板材，其特征在于，所述各縫間彎折條限定結(jié)構(gòu)是成形為穿透所述板材的許多切縫。
38.如權(quán)利要求37所述的板材，其特征在于，在彎折所述板材的過(guò)程中，所述各切縫的寬度和錯(cuò)位距離可使所述各切縫兩側(cè)的板材發(fā)生邊緣對(duì)表面相接觸。
39.如權(quán)利要求37所述的板材，其特征在于，所述各切縫是長(zhǎng)弧形切縫。
40.如權(quán)利要求39所述的板材，其特征在于，所述弧形切縫的凸的一側(cè)對(duì)著所述彎折線(xiàn)。
41.如權(quán)利要求36所述的板材，其特征在于，所述各縫間彎折條限定結(jié)構(gòu)是深度不穿透所述板材的凹槽。
42.如權(quán)利要求41所述的板材，其特征在于，所述凹槽是長(zhǎng)弧形凹槽。
43.如權(quán)利要求42所述的板材，其特征在于，所述弧形凹槽的凸的一側(cè)對(duì)著所述彎折線(xiàn)。
44.如權(quán)利要求41所述的板材，其特征在于，所述各凹槽成形在所述板材的同一側(cè)面上。
45.如權(quán)利要求36所述的板材，其特征在于，所述各縫間彎折條限定結(jié)構(gòu)限定這樣的縫間彎折條，這些縫間彎折條的寬度從其長(zhǎng)度的大致中點(diǎn)開(kāi)始沿著其縱軸線(xiàn)向兩個(gè)方向逐漸增加。
46.一種成形為用于沿著彎折線(xiàn)彎折的板材，它包括一個(gè)有許多穿透它的切縫的板材，這些切縫靠近并沿著所述彎折線(xiàn)，所述各切縫的兩端逐漸遠(yuǎn)離所述彎折線(xiàn)，所述各切縫的形狀和位置使得所述板材可被沿著所述彎折線(xiàn)彎折。
47.如權(quán)利要求46所述的板材，其特征在于所述各切縫交替地定位在所述彎折線(xiàn)的兩側(cè)邊；以及沿縱向相鄰的各切縫的端部限定一個(gè)縫間彎折條，其寬度隨著其遠(yuǎn)離所述彎折線(xiàn)而逐漸增加。
48.如權(quán)利要求46所述的板材，其特征在于，所述各切縫成形為它們的寬度和錯(cuò)位距離與所述板材的厚度的關(guān)系能使得在彎折所述板材的過(guò)程中發(fā)生所述各切縫兩側(cè)的板材的邊緣與表面相接觸。
49.一種成形為用于精確地沿著彎折線(xiàn)彎折的板材，它包括一可彈性和塑性變形的實(shí)心板材，該板材上具有許多長(zhǎng)的端部封閉的切縫，這些切縫在所述彎折線(xiàn)的兩側(cè)沿著并靠近所述彎折線(xiàn)定位成端部對(duì)端部的關(guān)系；以及所述各切縫的端部逐漸遠(yuǎn)離所述彎折線(xiàn)，沿縱向相鄰的每?jī)蓚€(gè)切縫端部限定了斜向跨越所述彎折線(xiàn)的縫間彎折條。
50.如權(quán)利要求49所述的板材，其特征在于，所述各切縫定位在所述彎折線(xiàn)的兩側(cè)，并且所述各切縫的端部是弧形的并彎離所述彎折線(xiàn)，而限定了在兩個(gè)方向上相對(duì)于所述彎折線(xiàn)歪斜地定向的縫間彎折條。
51.如權(quán)利要求49所述的板材，其特征在于，所述各切縫是弧形的并且其凸的一側(cè)對(duì)著所述彎折線(xiàn)。
52.如權(quán)利要求49所述的板材，其特征在于，所述縫間彎折條定向?yàn)樵趶澱鬯霭宀牡倪^(guò)程中既產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)也產(chǎn)生彎曲。
53.如權(quán)利要求49所述的板材，其特征在于，所述縫間彎折條的寬度大于所述板材的厚度。
54.如權(quán)利要求49所述的板材，其特征在于，所述縫間彎折條的寬度隨著其離開(kāi)所述彎折線(xiàn)而增大。
55.如權(quán)利要求49所述的板材，其特征在于，所述許多縫間彎折條限定許多對(duì)所述彎折線(xiàn)有一個(gè)斜角的、跨越所述彎折線(xiàn)的縫間彎折條。
56.如權(quán)利要求55所述的板材，其特征在于，所述各交替的縫間彎折條以?xún)蓚€(gè)相反的歪斜方向跨越所述彎折線(xiàn)。
57.如權(quán)利要求56所述的板材，其特征在于，所述板材是各向同性的材料的板材。
58.如權(quán)利要求55所述的板材，其特征在于，所述許多縫間彎折條是以同一個(gè)歪斜方向跨越所述彎折線(xiàn)。
59.如權(quán)利要求58所述的板材，其特征在于，所述板材是各向異性的材料的板材。
60.如權(quán)利要求49所述的板材，其特征在于，所述各切縫大致等距地位于所述彎折線(xiàn)的兩側(cè)，可使所述縫間彎折條產(chǎn)生繞一個(gè)基本上疊加在所述彎折線(xiàn)上的虛擬支點(diǎn)的彎曲，其中，跨越所述彎折線(xiàn)的所述切縫之間的橫向距離基本上不超過(guò)所述板材的厚度。
61.如權(quán)利要求49所述的板材，其特征在于，所述各切縫成形為可與所述縫間彎折條共同起作用，使得在所述板材的彎折完成之后所述各切縫兩側(cè)的板材脫離接觸。
62.如權(quán)利要求49所述的板材，其特征在于，所述板材是經(jīng)過(guò)陽(yáng)極氧化的金屬板。
63.如權(quán)利要求49所述的板材，其特征在于，所述各切縫的兩端是弧形的，并且所述弧形端部成形為沿著一個(gè)方向彎離所述彎折線(xiàn)。
64.如權(quán)利要求63所述的板材，其特征在于，所述弧形端部延伸而終止于所述縫間彎折條的塑性變形區(qū)域的至少一端。
65.如權(quán)利要求49所述的板材，其特征在于，所述限定所述各切縫的所述板材已被向外壓縮。
66.如權(quán)利要求49所述的板材，其特征在于，所述各切縫是弧形的，并且至少一個(gè)切縫的凸側(cè)的舌部在所述板材被彎折之前被沿橫向偏移出所述板材的平面，以便偏壓所述板材的彎折方向。
67.如權(quán)利要求49所述的板材，其特征在于，所述板材上成形有摩擦點(diǎn)、凹痕、輪廓、孔口、突緣、突舌或凹槽中之一。
68.如權(quán)利要求49所述的板材，其特征在于，所述各切縫成形為以一個(gè)傾斜于所述板材的平面的角度穿透所述板材。
69.如權(quán)利要求49所述的板材，其特征在于，所述板材是其上鑄造有所述切縫的制造材料的板材。
70.如權(quán)利要求49所述的板材，其特征在于，所述限定所述切縫的板材至少經(jīng)過(guò)下列處理中之一除毛刺、電拋光、溶劑蝕刻、陽(yáng)極氧化、除銹以及電鍍。
71.如權(quán)利要求49所述的板材，其特征在于，在所述板材上跨越所述彎折線(xiàn)粘合有一個(gè)彈性合成材料層。
72.如權(quán)利要求71所述的板材，其特征在于，所述彈性合成材料層是裝飾性的。
73.如權(quán)利要求71所述的板材，其特征在于，所述彈性合成材料層是反射性的。
74.如權(quán)利要求49所述的板材，其特征在于，所述板材是有熱驅(qū)動(dòng)形狀記憶性能的材料。
75.如權(quán)利要求49所述的板材，其特征在于，所述板材上有一條粘結(jié)劑。
76.如權(quán)利要求49所述的板材，其特征在于，有一個(gè)起保護(hù)作用的材料條固定在所述板材的所述彎折線(xiàn)上。
77.如權(quán)利要求76所述的板材，其特征在于，所述保護(hù)性材料條固定于所述板材的一面，在所述板材被彎折時(shí)這一面的兩部分的夾角增大。
78.如權(quán)利要求77所述的板材，其特征在于，所述保護(hù)性材料條固定于所述板材的一面，在所述板材被彎折時(shí)這一面的兩部分的夾角減小。
79.如權(quán)利要求49所述的板材，其特征在于，所述板材成形為可沿著多條彎折線(xiàn)彎曲，每一條所述彎折線(xiàn)具有許多沿著它的切縫，這些切縫的形狀可使得在彎折過(guò)程中產(chǎn)生所述切縫兩側(cè)的板材的邊緣與表面相接觸。
80.如權(quán)利要求79所述的板材，其特征在于，所述多條彎折線(xiàn)定位和定向成能把所述板材彎折成形為一個(gè)閉合的空心結(jié)構(gòu)物。
81.如權(quán)利要求80所述的板材，其特征在于，所述多條彎折線(xiàn)定位和定向成能把所述板材彎或者成形為一個(gè)彎曲的空心梁。
82.如權(quán)利要求79所述的板材，其特征在于，所述多條彎折線(xiàn)定位和定向成能把所述板材彎折成形為一個(gè)波紋結(jié)構(gòu)物。
83.如權(quán)利要求80所述的板材，其特征在于，所述板材的各邊緣成形為能配對(duì)于一個(gè)曲面。
84.如權(quán)利要求83所述的板材，其特征在于，所述板材的各邊緣成形為能配對(duì)于一個(gè)圓錐表面，并且所述閉合的空心結(jié)構(gòu)物是由所述板材的在多條所述彎折線(xiàn)之間的平的表面形成的一個(gè)多邊形結(jié)構(gòu)物。
85.如權(quán)利要求79所述的板材，其特征在于，所述板材還成形有沿著所述多條彎折線(xiàn)的許多用于連接的突舌。
86.如權(quán)利要求85所述的板材，其特征在于，所述用于連接的突舌上具有緊固件接納孔。
87.如權(quán)利要求85所述的板材，其特征在于，所述用于連接的突舌成形為可伸進(jìn)一個(gè)第二板材上的連接槽口，以便能把所述第二板材固定于所述這個(gè)板材。
88.如權(quán)利要求79所述的板材，其特征在于所述多條彎折線(xiàn)基本上互相平行且間距相等，并且所述板材被彎折成有一個(gè)鋸齒形橫斷面；以及把兩塊平的板材固定于彎成鋸齒形橫斷面的所述板材就形成一個(gè)波紋板組件。
89.一種空心梁，它包括一個(gè)第一板材，其成形為可被沿著其上的多條第一板材彎折線(xiàn)彎折，所述第一板材成形有許多穿透它的切縫，這些切縫定位成靠近每一第一板材彎折線(xiàn)，并且這些切縫的形狀可使所述第一板材被沿著所述第一板材彎折線(xiàn)彎折；一個(gè)第二板材，其成形為可被沿著其上的多條第二板材彎折線(xiàn)彎折，所述第二板材成形有許多穿透它的切縫，這些切縫定位成靠近每一第二板材彎折線(xiàn)，并且這些切縫的形狀可使所述第二板材被沿著所述第二板材彎折線(xiàn)彎折；以及所述第一板材和所述第二板材可被固定在一起而形成一個(gè)空心梁。
90.如權(quán)利要求89所述的空心梁，其特征在于，所述第一板材和所述第二板材上的所述各切縫的形狀可使得在彎折過(guò)程中產(chǎn)生所述各切縫兩側(cè)的材料的邊緣與表面相接觸。
91.如權(quán)利要求90所述的空心梁，其特征在于，所述第一板材和所述第二板材上的所述各切縫是弧形的。
92.如權(quán)利要求89所述的空心梁，其特征在于，所述第一板材和所述第二板材被構(gòu)造成可被固定在一起而形成一個(gè)彎曲的空心梁。
93.如權(quán)利要求89所述的空心梁，其特征在于所述第一板材成形有許多切縫，這些切縫定位成延伸于一對(duì)基本上平行的第一板材彎折線(xiàn)的兩側(cè)；所述第二板材成形有許多切縫，這些切縫定位成延伸于一對(duì)基本上平行的第二板材彎折線(xiàn)的兩側(cè)。
94.如權(quán)利要求93所述的空心梁，其特征在于所述第一板材包括許多缺口，這些缺口從所述第一板材的兩個(gè)相對(duì)的邊緣向內(nèi)延伸到靠近所述那對(duì)第一板材彎折線(xiàn)的位置；以及所述第二板材包括許多缺口，這些缺口從所述第二板材的兩個(gè)相對(duì)的邊緣向內(nèi)延伸到靠近所述那對(duì)第二板材彎折線(xiàn)的位置。
95.如權(quán)利要求89所述的空心梁，其特征在于，所述第一板材和所述第二板材都被彎成有一個(gè)U形橫斷面并被固定在一起而形成一個(gè)有四個(gè)側(cè)面的彎曲的空心箱梁。
96.如權(quán)利要求95所述的空心梁，其特征在于，所述第一板材和所述第二板材都被彎成沿著所述各彎折線(xiàn)沿縱向?yàn)榍€(xiàn)的形狀并被固定在一起而成為一個(gè)有四個(gè)側(cè)面的彎曲的空心箱梁。
97.如權(quán)利要求96所述的空心梁，其特征在于所述第一板材和所述第二板材上的所述缺口是預(yù)成形的；以及所述第一板材和所述第二板材是被許多緊固件固定在一起。
98.一種有斜撐的箱梁，它包括一個(gè)成形為用于沿著多條彎折線(xiàn)彎折的板材，所述板材成形有許多穿透它的靠近每一條所述彎折線(xiàn)的切縫，所述各切縫的形狀使得可把所述板材彎折成一個(gè)箱梁，該箱梁的內(nèi)部有至少兩個(gè)斜撐板部分，在所述板材被彎折成一個(gè)三維結(jié)構(gòu)物時(shí)所述各斜撐板交替地?fù)卧谒鱿淞旱拿績(jī)蓚€(gè)對(duì)角之間。
99.一種連續(xù)的波紋板，它包括一個(gè)成形為用于沿著多條彎折線(xiàn)彎折的板材，所述板材成形有許多穿透它的靠近每一條所述彎折線(xiàn)的切縫，所述各切縫的形狀使得可把所述板材彎折成一個(gè)波紋板，該波紋板具有沿著所述板材的頂面和底面的頭頂頭的各弦板部分，在所述板材被彎折成三維形狀時(shí)這些弦板形成連續(xù)的板面，并有許多腹板部分連接在所述各弦板之間。
100.一種用于支承元件的機(jī)架，它包括一個(gè)成形為用于沿著多條彎折線(xiàn)彎折的板材，所述板材成形有許多穿透它的靠近每一條所述彎折線(xiàn)的切縫，并且所述各切縫的形狀使得所述板材可被彎折成一個(gè)機(jī)架；在彎折前有至少一個(gè)元件固定在所述板材上；以及所述板材被沿著所述各彎折線(xiàn)彎折而至少部分地封閉起來(lái)。
101.一種在用于沿著彎折線(xiàn)彎折的板材上開(kāi)出切縫的方法，它包括成形許多穿透所述板材的切縫，這些切縫相對(duì)于所述彎折線(xiàn)定位并且其形狀可使得在沿著所述彎折線(xiàn)彎折所述板材時(shí)所述各切縫兩側(cè)的板材的邊緣與表面相接觸。
102.如權(quán)利要求101所述的方法，其特征在于，在所述成形步驟中，把所述各切縫成形為交替地位于所述彎折線(xiàn)的兩側(cè)的弧形切縫，并且所述弧形切縫的凸側(cè)最接近所述彎折線(xiàn)。
103.如權(quán)利要求101所述的方法，其特征在于，在所述成形步驟中，所述各切縫成形為其端部逐漸遠(yuǎn)離所述彎折線(xiàn)，所述彎折線(xiàn)兩側(cè)的每?jī)蓚€(gè)沿縱向相鄰的切縫端部限定許多跨越所述彎折線(xiàn)的縫間彎折條，以及，在所述成形步驟中成形的切縫寬度與切縫之間的橫向錯(cuò)位距離可使得在彎折過(guò)程中產(chǎn)生所述各切縫的兩側(cè)的板材料的互相接觸。
104.如權(quán)利要求103所述的在用于彎曲的板材上開(kāi)出切縫的方法，其特征在于，所述成形步驟通過(guò)成形諸切縫而實(shí)現(xiàn)，這些切縫的端部限定一斜向跨越所述彎折線(xiàn)的縫間彎折條。
105.如權(quán)利要求103所述的方法，還包括通過(guò)改變所述切縫之間的錯(cuò)位距離和所述切縫的沿著所述彎折線(xiàn)的部分中至少之一來(lái)改變所述縫間彎折條的斷面面積的步驟。
106.如權(quán)利要求101所述的在用于彎諸的板材上開(kāi)出切縫的方法，還包括在所述成形步驟之前選擇一可彈性和塑性變形的可開(kāi)切縫的板材的步驟。
107.如權(quán)利要求101所述的在用于彎曲的板材上開(kāi)出切縫的方法，其特征在于所述成形步驟包括成形沿著所述彎折線(xiàn)縱向搭疊的切縫；以及成形所述切縫兩端都有弧形端部的切縫，以限定在沿縱向相鄰的切縫端部之間斜向延伸的縫間彎折條。
108.如權(quán)利要求107所述的在用于彎曲的板材上開(kāi)出切縫的方法，其特征在于，所述成形步驟還包括成形所述沿橫向偏置在所述彎折線(xiàn)的兩側(cè)的切縫，令其中間的唇部基本上平行于所述彎折線(xiàn)。
109.如權(quán)利要求108所述的在用于彎曲的板材上開(kāi)出切縫的方法，所述成形步驟是通過(guò)成形諸切縫實(shí)現(xiàn)的，這些切縫寬度可使得在彎諸過(guò)程中產(chǎn)生切縫一側(cè)的邊緣能夠滑到切縫另一側(cè)的表面上而把所述切縫一側(cè)的板材的所述邊緣以支承關(guān)系支承在所述切縫的另一側(cè)的板材的表面上。
110.如權(quán)利要求109所述的在用于彎曲的板材上開(kāi)出切縫的方法，它還包括在所述成形步驟之后繞對(duì)準(zhǔn)所述彎折線(xiàn)的一個(gè)虛擬支點(diǎn)彎諸所述板材而使所述縫間彎折條產(chǎn)生塑性和彈性變形的步驟。
111.如權(quán)利要求101所述的在用于彎曲的板材上開(kāi)出切縫的方法，其特征在于，所述成形步驟是通過(guò)在所述彎折線(xiàn)的兩側(cè)基本上沿著所述彎折線(xiàn)的整個(gè)長(zhǎng)度成形權(quán)利要求101所定義的許多切縫的步驟而實(shí)現(xiàn)的。
112.如權(quán)利要求101所述的在用于彎曲的板材上開(kāi)出切縫的方法，它還包括在所述成形步驟之后繞所述彎折線(xiàn)彎諸所述板材的步驟。
113.如權(quán)利要求112所述的方法，其特征在于在所述成形步驟過(guò)程中，成形許多都與所述彎折線(xiàn)相交的切縫；在所述彎諸過(guò)程中，沿著至少兩條彎折線(xiàn)彎折所述板材以形成一個(gè)有三個(gè)互相相交和對(duì)頂?shù)钠桨灏迕娴娜S結(jié)構(gòu)物；以及，還包括把三個(gè)互相相交的平板板面以對(duì)頂?shù)年P(guān)系固定起來(lái)以達(dá)到互相支承的步驟。
114.如權(quán)利要求112所述的方法，它還包括在所述彎曲步驟之后用焊接、銅焊、錫銲和粘結(jié)劑填充等方法之一填充被彎折了的板材上的切縫的步驟。
115.如權(quán)利要求101所述的在用于彎曲的板材上開(kāi)出切縫的方法，其特征在于所述成形步驟是在一個(gè)第一地點(diǎn)進(jìn)行，并且還包括在所述成形步驟之后把成形了的板材從所述第一地點(diǎn)運(yùn)輸?shù)揭粋€(gè)遠(yuǎn)離所述第一地點(diǎn)的第二地點(diǎn)的步驟；以及在所述運(yùn)輸步驟之后在所述第二地點(diǎn)彎折所述板材的步驟。
116.如權(quán)利要求115所述的在用于彎曲的板材上開(kāi)出切縫的方法，其特征在于，所述運(yùn)輸步驟是通過(guò)使所述板材處于下列狀態(tài)之一運(yùn)輸?shù)牟襟E而實(shí)現(xiàn)的(a)平板狀態(tài)；(b)卷繞狀態(tài)；以及(c)部分地成形狀態(tài)。
117.如權(quán)利要求115所述的在用于彎曲的板材上開(kāi)出切縫的方法，其特征在于，在所述成形步驟之后，在所述運(yùn)輸步驟之前把所述板材卷成卷材，在所述板材處在卷材狀態(tài)時(shí)執(zhí)行所述運(yùn)輸步驟，以及，還包括在另一個(gè)地點(diǎn)在執(zhí)行所述彎折步驟之前把所述卷材展開(kāi)成板材的步驟。
118.如權(quán)利要求117所述的在用于彎曲的板材上開(kāi)出切縫的方法，還包括在執(zhí)行所述開(kāi)卷步驟的同時(shí)執(zhí)行所述彎折步驟。
119.如權(quán)利要求118所述的方法，其特征在于，所述運(yùn)輸步驟是通過(guò)把卷起來(lái)的所述板材從地球表面上的一個(gè)地點(diǎn)輸送到外層空間里的另一個(gè)地點(diǎn)而實(shí)現(xiàn)的。
120.如權(quán)利要求119所述的方法，其特征在于所述彎曲步驟是通過(guò)沿著多條彎折線(xiàn)彎折所述板材以形成一個(gè)有三個(gè)互相相交的平面的結(jié)構(gòu)物而實(shí)現(xiàn)的；以及，還包括固定所述結(jié)構(gòu)物以防止其散開(kāi)的步驟。
121.一種供沿著彎折線(xiàn)彎曲的板材的成形方法，它包括在所述板材上成形出許多相對(duì)于所述彎折線(xiàn)定位的縫間彎折條限定結(jié)構(gòu)，以在所述板材上限定出至少一個(gè)縫間彎折條，所述縫間彎折條有延伸穿越所述彎折線(xiàn)的縱向軸線(xiàn)，所述縫間彎折條限定結(jié)構(gòu)被構(gòu)形和定位成在沿著所述彎折線(xiàn)彎折所述板材時(shí)可產(chǎn)生材料的邊緣對(duì)表面的接觸。
122.如權(quán)利要求121所述的方法，其特征在于，所述成形步驟是通過(guò)把所述縫間彎折條限定結(jié)構(gòu)成形為穿透所述板材的切縫而實(shí)現(xiàn)的。
123.如權(quán)利要求122所述的方法，其特征在于，所述成形步驟是通過(guò)把所述各切縫成形為有這樣的寬度和錯(cuò)位距離，它們能使得在彎折所述板材的過(guò)程中產(chǎn)生所述各切縫兩側(cè)的板材的邊緣對(duì)表面相接觸而實(shí)現(xiàn)的。
124.如權(quán)利要求121所述的方法，其特征在于，所述成形步驟是通過(guò)把所述各切縫成形為長(zhǎng)的弧形切縫而實(shí)現(xiàn)的。
125.如權(quán)利要求124所述的方法，其特征在于，所述成形步驟是通過(guò)把所述弧形切縫成形為有對(duì)著所述彎折線(xiàn)的凸側(cè)而實(shí)現(xiàn)的。
126.如權(quán)利要求121所述的方法，其特征在于，所述成形步驟是通過(guò)把所述縫間彎折條限定結(jié)構(gòu)成形為深度不穿透所述板材的凹槽而實(shí)現(xiàn)的。
127.如權(quán)利要求126所述的方法，其特征在于，所述成形步驟是通過(guò)把所述凹槽成形為長(zhǎng)的弧形凹槽而實(shí)現(xiàn)的。
128.如權(quán)利要求127所述的方法，其特征在于，所述成形步驟是通過(guò)把所述弧形凹槽成形為有對(duì)著所述彎折線(xiàn)的凸側(cè)而實(shí)現(xiàn)的。
129.如權(quán)利要求126所述的方法，其特征在于，所述成形步驟是通過(guò)把所述凹槽成形在所述板材的同一面上而實(shí)現(xiàn)的。
130.如權(quán)利要求121所述的方法，其特征在于，所述成形步驟是通過(guò)把所述縫間彎折條限定結(jié)構(gòu)成形為有這樣的寬度尺寸的縫間彎折條，它們從其長(zhǎng)度的大致支點(diǎn)開(kāi)始在沿著其縱軸線(xiàn)的兩個(gè)方向上寬度尺寸逐漸增加而實(shí)現(xiàn)的。
131.如權(quán)利要求121所述的方法，其特征在于，所述成形步驟是通過(guò)把所述縫間彎折條限定結(jié)構(gòu)成形為這樣的弧形切縫，這些弧形切縫限定了在彎折之前就偏移出所述板材的平面的弧形切縫的凹側(cè)上的舌部而實(shí)現(xiàn)的。
132.如權(quán)利要求122所述的方法，其特征在于，在所述成形步驟過(guò)程中，把所述各切縫成形為交替地位于所述彎折線(xiàn)兩側(cè)的弧形切縫，并使所述弧形切縫的凸側(cè)對(duì)著所述彎折線(xiàn)。
133.如權(quán)利要求118所述的方法，其特征在于，在所述成形步驟過(guò)程中，所述各切縫成形有逐漸遠(yuǎn)離所述彎折線(xiàn)的切縫端部，并且所述彎折線(xiàn)兩側(cè)的成對(duì)的沿縱向相鄰的切縫端部限定了跨越所述彎折線(xiàn)的縫間彎折條，以及，在所述成形步驟過(guò)程中，把所述各切縫的寬度尺寸成形為可使得在彎折過(guò)程中產(chǎn)生所述各切縫兩側(cè)的板材料的互相接觸。
134.一種在用于沿著彎折線(xiàn)彎曲的板材上開(kāi)出切縫的方法，它包括下列步驟選擇一用于開(kāi)切縫的實(shí)心板材；以及沿著一所希望的彎折線(xiàn)成形多個(gè)切縫，使所述各切縫沿著所述彎折線(xiàn)交替地定位在所述彎折線(xiàn)的兩側(cè)，以及，在所述成形步驟過(guò)程中，把每個(gè)切縫成形為其中部基本上平行于并沿橫向偏置于所述彎折線(xiàn)以及成形為其兩端有彎離所述彎折線(xiàn)的弧形切縫端部，以使相鄰的成對(duì)的弧形切縫端部限定斜向跨越所述彎折線(xiàn)的縫間彎折條，其寬度從其最小寬度處向兩側(cè)逐漸加寬。
135.如權(quán)利要求134所述的方法，其特征在于，所述成形步驟是通過(guò)用激光切割設(shè)備切割那些寬度可使得在彎折過(guò)程中產(chǎn)生切縫兩側(cè)的板材互相接觸的切縫而實(shí)現(xiàn)的。
136.如權(quán)利要求134所述的方法，其特征在于，所述成形步驟是通過(guò)用水槍切割設(shè)備切割那些寬度可使得在彎折過(guò)程中產(chǎn)生切縫兩側(cè)的板材互相接觸的切縫而實(shí)現(xiàn)的。
137.如權(quán)利要求134所述的方法，它還包括在所述成形步驟之后沿著所述彎折線(xiàn)彎折所述板材的步驟。
138.如權(quán)利要求137所述的方法，其特征在于所述成形步驟是通過(guò)成形那些切縫寬度和切縫之間的橫向錯(cuò)位距離可使得產(chǎn)生切縫一側(cè)的板材的邊緣與切縫另一側(cè)的板材的表面互相接觸的切縫而實(shí)現(xiàn)的；以及所述彎曲步驟是通過(guò)繞一條基本上與所述彎折線(xiàn)一致的虛擬支點(diǎn)彎折所述板材，使所述板材的邊緣和表面的滑動(dòng)接觸能使所述縫間彎折條產(chǎn)生彈性和塑性變形而實(shí)現(xiàn)的。
139.如權(quán)利要求138所述的方法，其特征在于所述成形步驟是通過(guò)沿著多條相交的彎折線(xiàn)成形所述各切縫而實(shí)現(xiàn)的；以及所述彎曲步驟是通過(guò)把所述板材彎曲成一個(gè)有三個(gè)以對(duì)頭關(guān)系相交的平面區(qū)域的三維結(jié)構(gòu)物而實(shí)現(xiàn)的；以及，還包括把三個(gè)相交的平面區(qū)域固定在一起而形成一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)物的步驟。
140.如權(quán)利要求138所述的方法，它還包括在所述彎曲步驟之后用能夠在所述彎折線(xiàn)處形成密封的接合處的材料填充所述各切縫的步驟。
141.如權(quán)利要求140所述的方法，其特征在于，所述填充步驟可用下列方法之一來(lái)進(jìn)行(a)焊接；(b)銅焊；(c)錫銲；(d)灌封；以及(e)粘結(jié)劑填充。
142.如權(quán)利要求138所述的方法，它還包括在所述彎曲步驟之后把所述板材弄平的步驟。
143.如權(quán)利要求134所述的方法，其特征在于，所述成形步驟是通過(guò)成形那些限定縫間彎折條的切縫，將所述各縫間彎折條定向?yàn)閷?duì)所述彎折線(xiàn)有兩個(gè)相反的斜角而實(shí)現(xiàn)的。
144.如權(quán)利要求134所述的方法，其特征在于，所述成形步驟是通過(guò)把在一個(gè)切縫的兩端的所述縫間彎折條成形為其縱向軸線(xiàn)對(duì)所述彎折線(xiàn)的斜角分別為約45°和約135°而實(shí)現(xiàn)的。
145.如權(quán)利要求134所述的方法，其特征在于，所述成形步驟是通過(guò)把所述縫間彎折條的寬度尺寸選擇為彎折所述板材所需要的力是符合預(yù)期的而實(shí)現(xiàn)的。
146.如權(quán)利要求134所述的方法，其特征在于，所述成形步驟是通過(guò)把所述縫間彎折條的最小寬度尺寸選擇為大于被彎折的所述板材的厚度而實(shí)現(xiàn)的。
147.如權(quán)利要求134所述的方法，其特征在于，所述成形步驟是通過(guò)把所述縫間彎折條的最小寬度尺寸選擇為小于被彎折的所述板材的厚度而實(shí)現(xiàn)的。
148.如權(quán)利要求134所述的方法，其特征在于，所述成形步驟是通過(guò)把所述縫間彎折條的最小寬度尺寸選擇為是被彎折的所述板材的厚度的約0.5到約4倍而實(shí)現(xiàn)的。
149.如權(quán)利要求148所述的方法，其特征在于，所述選擇步驟是通過(guò)把所述縫間彎折條的最小寬度選擇為是在被彎折的所述板材的厚度的約0.7到約2.5倍之間而實(shí)現(xiàn)的。
150.如權(quán)利要求134所述的方法，其特征在于，所述成形步驟是通過(guò)把所述縫間彎折條定向?yàn)樵趦蓚€(gè)相反的歪斜方向斜向跨越所述彎折線(xiàn)而實(shí)現(xiàn)的。
151.如權(quán)利要求150所述的方法，其特征在于，所述成形步驟是通過(guò)把所述縫間彎折條構(gòu)形為從其長(zhǎng)度的大致中點(diǎn)開(kāi)始其寬度向兩端逐漸加寬而實(shí)現(xiàn)的。
152.如權(quán)利要求134所述的方法，其特征在于，所述選擇板材的步驟和所述成形許多切縫的步驟可使得在彎折所述板材的過(guò)程中其只產(chǎn)生彈性變形。
153.如權(quán)利要求134所述的方法，其特征在于，所述成形步驟的實(shí)現(xiàn)是要使所述各切縫兩側(cè)的板材料產(chǎn)生滑動(dòng)的邊緣對(duì)表面的接觸，隨著所述縫間彎折條被扭轉(zhuǎn)和彎曲，滑動(dòng)接觸從所述各切縫的縱向中心進(jìn)展到其兩端。
154.如權(quán)利要求134所述的方法，其特征在于，在所述成形步驟中，針對(duì)所述板材的成份和厚度以及彎折處在使用中將承受的力，把所述縫間彎折條的最小寬度、各切縫到所述彎折線(xiàn)的距離以及各切縫的寬度都選擇為使所述彎折處將具有所預(yù)期的強(qiáng)度。
155.如權(quán)利要求134所述的方法，其特征在于，在所述成形步驟中，把各切縫到所述彎折線(xiàn)的距離成形為小于所述板材的厚度。
156.如權(quán)利要求134所述的方法，其特征在于，在成形所述各切縫的步驟中，將各切縫成形為其幾何形狀能降低切縫終止點(diǎn)處所述板材里的殘余應(yīng)力。
157.如權(quán)利要求137所述的方法，其特征在于所述成形步驟是通過(guò)沿著多條布置成能使所述板材被彎折成一個(gè)有對(duì)角撐板的箱梁的彎折線(xiàn)成形所述各切縫而實(shí)現(xiàn)的；以及在彎折步驟中把所述板材彎折成一個(gè)有對(duì)角撐板的箱梁。
158.如權(quán)利要求137所述的方法，其特征在于所述成形步驟是通過(guò)沿著多條布置成能使所述板材被彎折成一個(gè)連續(xù)的波紋板的彎折線(xiàn)成形所述各切縫而實(shí)現(xiàn)的；以及在彎曲步驟中把所述板材彎折成一個(gè)連續(xù)的波紋板。
159.如權(quán)利要求137所述的方法，其特征在于所述成形步驟是通過(guò)沿著多條布置成能使所述板材被彎折成一個(gè)用于支承元件的機(jī)架的彎折線(xiàn)成形所述各切縫而實(shí)現(xiàn)的；以及在彎曲步驟中把所述板材彎折成一個(gè)用于支承元件的機(jī)架。
160.如權(quán)利要求137所述的方法，其特征在于所述成形步驟是通過(guò)沿著多條布置成能使所述板材被彎折成一個(gè)中間柱壁的彎折線(xiàn)成形所述各切縫；以及在彎曲步驟中把所述板材彎折成一個(gè)中間柱壁。
161.如權(quán)利要求137所述的方法，其特征在于所述成形步驟是通過(guò)沿著多條布置成能使所述板材被彎折成一個(gè)梯子的彎折線(xiàn)成形所述各切縫而實(shí)現(xiàn)的；以及在彎曲步驟中把所述板材彎折成一個(gè)梯子。
162.一種用于成形一三維結(jié)構(gòu)物的方法，它包括下列步驟在一塊板材上成形出相對(duì)于多條彎折線(xiàn)構(gòu)形和定位的許多利于彎折的結(jié)構(gòu)，以便沿著所述各彎折線(xiàn)彎折所述板材；沿著一條第一彎折線(xiàn)彎折所述板材；沿著至少一條附加的彎折線(xiàn)彎折所述板材，直到把所述板材的兩部分彎到頭頂頭的狀態(tài)；以及把所述板材的兩個(gè)頭頂頭的部分連接在一起，使之形成一個(gè)剛性的能承受三維載荷的三維承載結(jié)構(gòu)物。
163.如權(quán)利要求162所述的方法，其特征在于，在所述成形步驟中，把所述利于彎折的結(jié)構(gòu)成形為許多切縫的寬度能使得在所述彎折步驟中產(chǎn)生邊緣對(duì)表面相接觸的切縫。
164.一種用于設(shè)計(jì)一三維結(jié)構(gòu)物的方法，它包括在CAD系統(tǒng)中把許多利于彎折的結(jié)構(gòu)布置在一個(gè)板上，把所述許多利彎結(jié)構(gòu)相對(duì)于多條彎折線(xiàn)構(gòu)形和定位，使得能夠沿著所述各彎折線(xiàn)彎折所述板材；在所述板材上成形出與所述CAD系統(tǒng)中布置的許多利彎結(jié)構(gòu)完全相同的利彎結(jié)構(gòu)，使得在所述板材被沿著至少兩條彎折線(xiàn)彎折時(shí)其兩個(gè)部分達(dá)到頭頂頭狀態(tài)，并把所述頭頂頭的部分連接在一起，使之形成一個(gè)剛性的能承受三維載荷的三維承載結(jié)構(gòu)物。
165.一種用于設(shè)計(jì)一類(lèi)產(chǎn)品的方法，它包括把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)布置在二維平面里，其中所述產(chǎn)品是將被用實(shí)心板材折疊而成的；以及設(shè)計(jì)將被成形在所述板材上的至少兩個(gè)切縫的形狀并將它們定位，將所述各切縫定位成沿橫向偏置于所希望的彎折線(xiàn)的兩側(cè)并且沿著所述彎折線(xiàn)互相之間有縱向間隔，把所述各切縫構(gòu)形為可使得在彎折所述板材的過(guò)程中產(chǎn)生所述各切縫兩側(cè)的板材的邊緣的互相接觸。
166.一種用于制造一類(lèi)產(chǎn)品的方法，它包括下列步驟把產(chǎn)品設(shè)計(jì)在一個(gè)板材上布置成二維的；設(shè)計(jì)至少兩個(gè)將被成形在所述板材上的長(zhǎng)的切縫的形狀，將所述各切縫定位成沿橫向偏置于所希望的彎折線(xiàn)的兩側(cè)并且沿著所述彎折線(xiàn)互相之間有縱向間隔，把所述各切縫構(gòu)形為可使得在彎折所述板材的過(guò)程中產(chǎn)生所述各切縫兩側(cè)的板材的邊緣的互相接觸；按照設(shè)計(jì)和定位在所述板材上成形出所述各切縫；以及沿著所述彎折線(xiàn)把所述板材彎折成所述產(chǎn)品。
167.如權(quán)利要求166所述的方法，還包括以下附加步驟在所述彎曲步驟之前，把成形的所述板材以平的狀態(tài)發(fā)運(yùn)到一個(gè)遠(yuǎn)的地方去，以供在那里進(jìn)行彎折。
168.如權(quán)利要求166所述的方法，還包括以下附加步驟在所述遠(yuǎn)的地方繞對(duì)準(zhǔn)所述彎折線(xiàn)的虛擬支點(diǎn)彎折所述板材，使所述板材產(chǎn)生沿著所述彎折線(xiàn)的變形以及產(chǎn)生所述板材的所述切縫兩側(cè)邊緣的互相接觸。
169.一種沿著折疊線(xiàn)折疊各向同性材料的板材的方法，它包括下列步驟在所述板材上成形出許多弧線(xiàn)，各弧線(xiàn)限定其端部之間的許多連接區(qū)域，令各弧線(xiàn)在所述折疊線(xiàn)的兩側(cè)對(duì)稱(chēng)于所述折疊線(xiàn)并且有縱向間隔，所述連接區(qū)域形成斜向跨越所述折疊線(xiàn)的弧間彎曲條；以及沿著所述折疊線(xiàn)折疊所述板材。
170.如權(quán)利要求169所述的方法，其特征在于，所述成形步驟是通過(guò)沿著所述折疊線(xiàn)成形把所述弧間彎折條限定在兩個(gè)相反的方向的弧線(xiàn)，使所述折疊線(xiàn)兩側(cè)的板材部分的平面在所述板材被沿著所述折疊線(xiàn)折疊時(shí)不移動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的。
171.如權(quán)利要求169所述的方法，其特征在于在所述成形步驟中，把所述弧線(xiàn)成形為能產(chǎn)生以同一方向斜向跨越所述折疊線(xiàn)的連接區(qū)域；以及在所述折疊步驟中，允許所述折疊線(xiàn)兩側(cè)的板材部分沿著所述折疊線(xiàn)沿縱向移動(dòng)。
172.一種被成形為用于沿著彎折線(xiàn)彎折的板材，它包括一具有至少兩個(gè)成形為跨越所述彎折線(xiàn)的縫間彎折條的板材，所述縫間彎折條的接近所述彎折線(xiàn)處的寬度為最小，從最小寬度處向兩端其寬度逐漸增加，以及，所述縫間彎折條被相對(duì)于所希望的彎折線(xiàn)定位并構(gòu)形為在沿著所述彎折線(xiàn)彎折所述板材時(shí)在所述彎折線(xiàn)處的所述縫間彎折條產(chǎn)生塑性變形。
173.一種沿著彎折線(xiàn)彎折不可壓縮材料的板材的方法，它包括下列步驟在所述板材上成形出許多連接弧線(xiàn)，每一所述弧線(xiàn)使所述板材上形成連接區(qū)域和斷開(kāi)區(qū)域，其中，所述各弧線(xiàn)對(duì)稱(chēng)于所述彎折線(xiàn)并沿著所述彎折線(xiàn)有縱向間隔，其中，所述各連接區(qū)域形成跨越所述彎折線(xiàn)的各縫間彎折條，以及，其中，所述各斷開(kāi)區(qū)域有偏置的舌部，在彎曲時(shí)這些舌部向上或向下偏而偏出所述板材，在彎折時(shí)這些舌部有助于在所述彎折線(xiàn)的整個(gè)長(zhǎng)度上正確地發(fā)生所述斷開(kāi)區(qū)域的邊緣對(duì)表面的接觸；以及沿著所述彎折線(xiàn)彎折所述板材，使所述板材的一個(gè)平面相對(duì)于它的另一個(gè)平面沿著所述彎折線(xiàn)移動(dòng)。
174.如權(quán)利要求173所述的方法，其特征在于，所述舌部的所述偏移能阻止所述舌部滑到所述板材相反表面的下面或上面，從而保持所述彎折過(guò)程的完整性。
175.如權(quán)利要求174所述的方法，其特征在于，所述彎折發(fā)生在與所述舌部的偏出方向相反的方向。
176.一種制備在被沿著彎折線(xiàn)彎折時(shí)只發(fā)生彈性變形的板材的方法，它包括這樣的步驟在所述板材上成形出許多連接的大半徑的弧線(xiàn)，每一所述弧線(xiàn)使所述板材上形成連接區(qū)域和斷開(kāi)區(qū)域，其中，所述各弧線(xiàn)對(duì)稱(chēng)于所述彎折線(xiàn)并沿著所述彎折線(xiàn)有縱向間隔，其中，所述各連接區(qū)域形成跨越所述彎折線(xiàn)的各縫間彎折條，以及，其中，所述彎折線(xiàn)終止于一個(gè)自由表面，這個(gè)自由表面包括外邊緣和內(nèi)邊緣中之一。
177.如權(quán)利要求176所述的方法，其特征在于，所述自由表面是一個(gè)外邊緣，所述彎折線(xiàn)終止于以下之一a.在或接近一個(gè)垂直于所述彎折線(xiàn)的邊緣處的外邊緣；b.跨越接近一個(gè)彎折邊緣的所述彎折線(xiàn)的斷開(kāi)區(qū)域的一個(gè)斷開(kāi)處，其有一個(gè)在所述斷開(kāi)處與所述彎折邊緣之間的縫間彎折條，所述彎折邊緣垂直于或近乎垂直于所述彎折線(xiàn)；c.一個(gè)對(duì)所述彎折線(xiàn)的明顯不垂直的角度，在這里彎折線(xiàn)的這個(gè)角度用作終止的縫間彎折條的一個(gè)邊緣；d.一個(gè)縫間彎折條的外彎折邊緣近乎是一個(gè)圓角，在其處所述最后的弧線(xiàn)被轉(zhuǎn)動(dòng)了，以便在所述彎折邊緣處形成所述縫間彎折條；以及e.被轉(zhuǎn)到所述彎折線(xiàn)的另一側(cè)的一個(gè)終止弧，以便與一個(gè)圓角的曲率吻合，從而形成所述彎折處的最后一個(gè)縫間彎折條。
178.一種精確地彎折不可壓縮的板材的方法，它包括以下步驟彎折所述板材，使所述板材的彎折處達(dá)到一個(gè)給定的尖角度，與用常規(guī)的彎折技術(shù)相比，把所述板材彎折到大致相同的尖角時(shí)所述材料的微觀組織幾乎不變。
179.一種精確地彎折不可壓縮的板材的方法，它包括以下步驟彎曲所述板材，使所述板材的彎折處達(dá)到一個(gè)給定的尖角度，與用常規(guī)的彎曲技術(shù)相比，把所述板材彎折到大致相同的尖角時(shí)所述材料的微觀組織幾乎不變。
180.一種用于設(shè)計(jì)用不可壓縮的板材沿著彎折線(xiàn)進(jìn)行彎折而制成的一零件的設(shè)計(jì)方法，它包括以下步驟在所述板材上沿著擬定的彎折線(xiàn)布置至少兩個(gè)間隔的并斜對(duì)著彎折線(xiàn)的縫間彎折條，使所述板材在被彎折時(shí)將發(fā)生既扭轉(zhuǎn)又彎曲的彈性變形，借以使沿著彎折線(xiàn)的彎折較容易進(jìn)行，彎折處的強(qiáng)度也能加強(qiáng)。
181.一種用于制造一機(jī)械裝置的方法，它包括以下步驟制造所述機(jī)械裝置的至少一個(gè)零件，這個(gè)零件是用可彈性變形和塑性變形的板材用包括以下步驟的方法制造的a.成形至少兩個(gè)穿透所述板材的長(zhǎng)的切縫，使所述各切縫沿橫向偏置于所希望的彎折線(xiàn)的兩側(cè)并且沿著所述彎折線(xiàn)互相之間有縱向間距，所述各切縫的寬度可使得在彎折過(guò)程中所述各切縫兩側(cè)的板材的邊緣互相接觸；以及b.繞對(duì)準(zhǔn)于所述彎折線(xiàn)的一個(gè)虛擬支點(diǎn)彎折所述板材，使所述板材沿著所述彎折線(xiàn)產(chǎn)生彈性和塑性變形以及產(chǎn)生所述邊緣的互相接觸；以及裝配制成所述機(jī)械裝置所需要的所有零件。
182.一種設(shè)計(jì)一類(lèi)產(chǎn)品的方法，它包括以下步驟在二維平面上布置所述產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，其中所述產(chǎn)品是用可彈性和塑性變形的板材制造；以及在所述板材上設(shè)計(jì)至少兩個(gè)長(zhǎng)的切縫，使所述各切縫沿橫向偏置于所希望的彎折線(xiàn)的兩側(cè)并且沿著所述彎折線(xiàn)互相之間有縱向間距，所述各切縫的寬度可使得在彎折所述板材的過(guò)程中所述各切縫兩側(cè)的板材的邊緣互相接觸。
183.一種設(shè)計(jì)一類(lèi)封閉結(jié)構(gòu)物的方法，它包括下列步驟1)在二維平面上布置所述封閉結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)，其中所述封閉結(jié)構(gòu)物是用可彈性和塑性變形的板材制造；以及2)在所述板材上成形至少兩個(gè)長(zhǎng)的切縫，使所述各切縫沿橫向偏置于所希望的彎折線(xiàn)的兩側(cè)并且沿著所述彎折線(xiàn)互相之間有縱向間距，所述各切縫的寬度和錯(cuò)位距離可使得在彎折所述板材的過(guò)程中產(chǎn)生所述各切縫兩側(cè)的板材料的邊緣的互相接觸；以及3)根據(jù)制成所述封閉結(jié)構(gòu)物的彎折次數(shù)的需要多次重復(fù)進(jìn)行以上步驟2)。
184.一種用可彈性和塑性變形的板材制造一類(lèi)封閉結(jié)構(gòu)物的方法，它包括下列步驟1)在所述板材上成形至少兩個(gè)長(zhǎng)的切縫，使所述各切縫沿橫向偏置于所希望的彎折線(xiàn)的兩側(cè)并且沿著所述彎折線(xiàn)互相之間有縱向間距，所述各切縫的寬度和錯(cuò)位距離可使得在彎折所述板材的過(guò)程中所述各切縫兩側(cè)的板材的邊緣的互相接觸；2)根據(jù)制成所述封閉結(jié)構(gòu)物的彎折次數(shù)的需要多次重復(fù)進(jìn)行以上步驟1)；以及3)繞對(duì)準(zhǔn)于每一所述彎折線(xiàn)的一個(gè)虛擬支點(diǎn)彎折所述板材，使所述板材沿著每一所述彎折線(xiàn)產(chǎn)生彈性和塑性變形以及產(chǎn)生所述邊緣的互相接觸。
185.如權(quán)利要求184所述的方法，其特征在于，它還包括一個(gè)附加步驟密封這個(gè)封閉結(jié)構(gòu)物使其永久保持所述封閉結(jié)構(gòu)物的完工形狀。
186.一種用不可壓縮的板材沿著彎折線(xiàn)進(jìn)行彎折來(lái)制造一零件的方法，它包括以下步驟在所述板材上沿著擬定的彎折線(xiàn)成形出至少兩個(gè)互相間隔的并且斜對(duì)著所述彎折線(xiàn)的縫間彎折條，使所述板材在被彎折時(shí)將發(fā)生既扭轉(zhuǎn)又彎曲的彈性變形，借以使沿著彎折線(xiàn)的彎折較容易進(jìn)行，彎折處的強(qiáng)度也能加強(qiáng)。
187.一種被成形為用于沿著彎折線(xiàn)彎折的板材，它包括一具有許多切縫的可彈性變形的板材，所述各切縫由多個(gè)沿縱向連接起來(lái)的弧線(xiàn)構(gòu)成，所述各切縫相對(duì)于所希望的折疊線(xiàn)構(gòu)形并定位成使所述板材上形成連接區(qū)域和斷開(kāi)區(qū)域，其中，所述各切縫對(duì)稱(chēng)于所述折疊線(xiàn)并沿著所述折疊線(xiàn)有縱向間隔，以及，其中，所述連接區(qū)域?qū)λ稣郫B線(xiàn)有相當(dāng)小的角度。
188.一種被成形為用于沿著彎折線(xiàn)彎折的板材，它包括一種板材，所述板材具有成形為穿透所述板材并定位成靠近所希望的彎折線(xiàn)的切縫以及在所述切縫每一端的縫間彎折條，所述縫間彎折條被構(gòu)形為使得所述板材可被沿著所述彎折線(xiàn)彎折，在所述板材的基本上整個(gè)彎折過(guò)程中所述切縫兩側(cè)的板材發(fā)生邊緣對(duì)表面的接觸。
189.如權(quán)利要求188所述的方法，其特征在于，所述切縫有逐漸遠(yuǎn)離所述彎折線(xiàn)的切縫端部并且限定每一縫間彎折條的一側(cè)。
190.如權(quán)利要求189所述的方法，其特征在于，所述切縫端部是弧形的并且彎離所述彎折線(xiàn)。
191.如權(quán)利要求188所述的方法，其特征在于，所述縫間彎折條斜向跨越所述彎折線(xiàn)。
192.如權(quán)利要求191所述的方法，其特征在于，所述各縫間彎折條向兩個(gè)相反的方向歪斜并在所述彎折線(xiàn)的與切縫相反的那一側(cè)互相逐漸接近。
193.如權(quán)利要求188所述的方法，其特征在于，一個(gè)縫間彎折條的一側(cè)由所述板材的一個(gè)邊緣所限定。
194.如權(quán)利要求193所述的方法，其特征在于，所述切縫的每一端有弧形的端部，并且一個(gè)弧形的端部和所述板材的所述邊緣限定一個(gè)斜向延伸的縫間彎折條。
195.如權(quán)利要求188所述的方法，其特征在于，所述板材已經(jīng)被沿著所述彎折線(xiàn)彎折。
196.一種彎折已經(jīng)被成形為用于沿著彎折線(xiàn)進(jìn)行彎折的板材的方法，它包括以下步驟成形穿透一個(gè)板材的切縫，所述切縫相對(duì)于所希望的彎折線(xiàn)定位并構(gòu)形為所述板材可被沿著所述彎折線(xiàn)彎折，在所述板材的基本上整個(gè)彎折過(guò)程中所述切縫兩側(cè)的板材發(fā)生邊緣對(duì)表面的接觸。
197.如權(quán)利要求196所述的方法，其特征在于，所述成形步驟包括成形所述有端部的切縫，每個(gè)所述端部限定一個(gè)斜向跨越所述彎折線(xiàn)一個(gè)縫間彎折條的一側(cè)。
198.如權(quán)利要求197所述的方法，其特征在于，所述切縫是有凸側(cè)的弧形的，所述切縫的所述凸側(cè)最靠近所述彎折線(xiàn)。
199.如權(quán)利要求196所述的方法，其特征在于，所述成形步驟是通過(guò)成形靠近所述板材的邊緣的切縫，使所述切縫的弧形端部和所述板材的一個(gè)邊緣限定一個(gè)縫間彎折條而實(shí)現(xiàn)的。
200.一種用于沿著彎折線(xiàn)彎折的板材的設(shè)計(jì)方法，它包括以下步驟在一個(gè)板材上布置切縫，把所述切縫相對(duì)于所希望的彎折線(xiàn)定位并構(gòu)形為與所述板材上的結(jié)構(gòu)一起限定處于所述切縫的每一端的縫間彎折條，所述切縫被定向?yàn)樵谒霭宀谋粡澱蹠r(shí)在所述板材的基本上整個(gè)彎折過(guò)程中所述切縫兩側(cè)的板材發(fā)生邊緣對(duì)表面的接觸。
201.如權(quán)利要求200所述的方法，其特征在于，所述布置步驟是通過(guò)成形有端部的所述切縫，每個(gè)所述端部限定一個(gè)在兩個(gè)相反的方向斜向跨越所述彎折線(xiàn)的縫間彎折條，這兩個(gè)方向在所述彎折線(xiàn)的與所述切縫所在側(cè)相反的那一側(cè)互相接近而實(shí)現(xiàn)的。
202.如權(quán)利要求201所述的方法，其特征在于，所述成形步驟是通過(guò)把所述切縫成形為弧形的切縫，把所述弧形切縫的凸側(cè)定位成靠近所述彎折線(xiàn)而實(shí)現(xiàn)的。
203.一種成形用于沿著彎折線(xiàn)彎折的板材的方法，它包括以下步驟在所述板材上成形出許多縫間彎折條限定結(jié)構(gòu)，將它們相對(duì)于所述彎折線(xiàn)定位而在所述板材上在一個(gè)穿透所述板材的切縫的兩端限定出至少兩個(gè)縫間彎折條，所述縫間彎折條限定結(jié)構(gòu)相對(duì)于所述切縫的形狀和定位使得在所述板材被彎折的過(guò)程中所述切縫兩側(cè)的板材的邊緣與表面相接觸。
204.一種在用于沿著彎折線(xiàn)進(jìn)行彎折的板材上開(kāi)出切縫的方法，它包括以下步驟選擇一用于開(kāi)切縫的實(shí)心板材；以及沿著所希望的彎折線(xiàn)成形切縫，使所述切縫的中部基本上平行于并且橫向偏置于所述彎折線(xiàn)，并使所述切縫有彎離所述彎折線(xiàn)的弧形切縫端部，使所述弧線(xiàn)切縫端部限定斜向跨越所述彎折線(xiàn)的諸縫間彎折條中的至少一部分，所述縫間彎折條的寬度從其最小寬度處開(kāi)始在其兩側(cè)逐漸增加。
205.一種用于設(shè)計(jì)一類(lèi)產(chǎn)品的方法，它包括以下步驟把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)布置在二維平面上，其中所述產(chǎn)品將是用板材折疊而制成；以及設(shè)計(jì)將被成形在所述板材上的切縫的形狀和定位，把所述切縫定位成沿橫向偏置于所希望的彎折線(xiàn)，把所述切縫構(gòu)形為使得在彎折所述板材的過(guò)程中所述切縫兩側(cè)的板材部分的邊緣可互相接觸。
206.一種用于設(shè)計(jì)將被沿著彎折線(xiàn)彎折的不可壓縮的板材的方法，它包括以下步驟在所述板材上布置一切縫和在所述切縫每一端的一縫間彎折條，使所述板材能被彎折到彎折處達(dá)到一個(gè)給定的尖角，與用常規(guī)的彎曲技術(shù)相比彎折到大致相同的尖角時(shí)所述板材的微觀組織基本上不變。
207.如權(quán)利要求206所述的方法，它還包括以下步驟把所述板材成形為有所述切縫和縫間彎折條；以及沿著所述彎折線(xiàn)彎折所述板材。
208.一種用于設(shè)計(jì)一類(lèi)產(chǎn)品的方法，它包括以下步驟把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)布置在二維平面上，其中所述產(chǎn)品將是用板材折疊而制成；以及設(shè)計(jì)將被成形在所述板材上的切縫的形狀和定位，把所述切縫定位成沿橫向偏置于所希望的彎折線(xiàn)，把所述切縫構(gòu)形為使得在彎折所述板材的過(guò)程中所述切縫兩側(cè)的板材部分的邊緣可互相接觸。
全文摘要
一種用于設(shè)計(jì)、制造和精確地折疊高強(qiáng)度的抗疲勞的結(jié)構(gòu)物以及用于這種結(jié)構(gòu)物的板材的工藝。這一技術(shù)包括沿著彎折線(xiàn)(45、245、345、445、543)精確地彎折板材(41、241、341、441、541)的方法以及把板材成形為有諸如切縫或凹槽(43、243、343、542)的縫間彎折條限定結(jié)構(gòu)的方法。這些方法包括設(shè)計(jì)和隨后分別成形穿透板材的、沿縱向延伸并有間隔的切縫或凹槽(43、243、343、542)的步驟，使板材(41、241、341、441、541)可被沿著彎折線(xiàn)(45、245、345、445、543)精確地彎折。縫間彎折條的形狀和定向可增強(qiáng)其強(qiáng)度和抗疲勞強(qiáng)度，最佳的是，所用的切縫可使切縫這一側(cè)的邊緣(257、457)在彎曲過(guò)程中接觸并支承在切縫那一側(cè)的表面(255、455)。這種邊緣對(duì)表面接觸使得可產(chǎn)生沿著疊加在彎折線(xiàn)(45、245、345、445、543)上的虛擬支點(diǎn)的彎曲。本發(fā)明給出了適于產(chǎn)生邊緣對(duì)表面接觸支承和精確彎折的幾個(gè)切縫(43、243、343、542)實(shí)施例，在這幾個(gè)實(shí)施例中，開(kāi)出切縫的板材用于生產(chǎn)各種三維結(jié)構(gòu)物，還給出了各種設(shè)計(jì)和制造技術(shù)。
文檔編號(hào)B21D28/26GK1703289SQ03825318
公開(kāi)日2005年11月30日 申請(qǐng)日期2003年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月26日
發(fā)明者M·W·杜爾內(nèi), A·D·潘德雷, I·S·拉帕波特 申請(qǐng)人:工業(yè)紙折品有限公司