專利名稱：一體化制備多邊形格柵空芯板的模具裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備仿生輕量型空芯板的模具和方法，尤其是涉及一種一體化制 備包括蜂窩及“蜂窩-小柱”芯在內(nèi)的多邊形格柵空芯板的模具和方法。
背景技術(shù)：
目前，世界面臨著三大嚴(yán)重問題人口膨脹，環(huán)境惡化，資源短缺。因此開發(fā)輕量型 高強(qiáng)板材，可以有效地節(jié)省資源，從而也可以緩解環(huán)境惡化的問題。對此，第一發(fā)明人等通 過仿生手法，已經(jīng)發(fā)明了一種中間為蜂窩芯的夾層強(qiáng)化結(jié)構(gòu)(專利號ZL. 03 1 16503.6)， 該結(jié)構(gòu)包括上、下層及中間層。其中，中間層為多邊形格柵芯(最典型的代表為蜂窩芯)，沿 著格柵壁交匯處設(shè)有加強(qiáng)柱。這是一種輕量型的仿生復(fù)合結(jié)構(gòu)，具有這種結(jié)構(gòu)的板材是一 種優(yōu)秀的生態(tài)節(jié)能材料；可通過改變小柱的根數(shù)、小柱的分布，及多邊形的形狀達(dá)到多樣化 設(shè)計的目的，以滿足使用要求。整個結(jié)構(gòu)可以是同一的材料，也可以是由纖維樹脂等組成的 復(fù)合材料；該結(jié)構(gòu)適用于工業(yè)，建筑業(yè)，及其航空航天器等的廣泛領(lǐng)域。但生物體本來的結(jié) 構(gòu)是非常巧妙和復(fù)雜的。現(xiàn)階段還沒有辦法進(jìn)行完全的仿制?，F(xiàn)實生活中，含蜂窩芯結(jié)構(gòu) 的材料基本上也是多體成型的，如就商品化的鋁芯或紙芯蜂窩板材而言，其成型工藝是蜂 窩芯材單獨成型，然后與上下層板材通過粘結(jié)或鑲嵌等工藝成型。因此不能一體化制作包 括蜂窩芯在內(nèi)的多邊形格柵空芯板。

發(fā)明內(nèi)容
為了一體化制作多邊形格柵空芯板，本發(fā)明的一個目的是提供一種一體化制備多 邊形格柵空芯板的模具裝置，本發(fā)明的另外一個目的是提供采用上述模具裝置制備多邊形 格柵空芯板，包括多邊形格柵空芯曲面板的方法。本發(fā)明可以一體化制備包括蜂窩及“蜂 窩-小柱”芯在內(nèi)的多邊形格柵空芯板等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，并且具有工藝簡單，便于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)等 特點。為了實現(xiàn)上述的第一個目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案一種一體化制備多邊形格柵空芯板的模具裝置，包括陰模模具，在陰模模具設(shè)有 多個陽模模具，所述陽模模具包括可熔解、溶解或汽化的多邊形柱體，至少有一對相鄰多邊 形柱體之間存在間隙。為了實現(xiàn)上述的第二個目的，本發(fā)明采用以下的技術(shù)方案—種利用上述模具裝置來制備一體化多邊形格柵空芯板的方法，將空芯板的材料 (液體或粉狀物或預(yù)成型物)注入或加入到模具裝置中固化等處理，所述的聯(lián)接小柱的空 腔形成空芯板的下層，空隙形成多邊形格柵，多邊形柱體的上層形成空芯板的上層；通過加 溫熔解、汽化或者加溶解液除去將空芯板從陽模模具中脫模。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)明確，容易產(chǎn)業(yè)化，總體上可以得到輕量型，高強(qiáng)度的仿生構(gòu)造，因 此，本發(fā)明是一種通過提高現(xiàn)行蜂窩板材技術(shù)含量增加經(jīng)濟(jì)效益的有效方法。不僅如此，新 型的“蜂窩-小柱”芯中空多邊形格柵板可開辟更多的應(yīng)用領(lǐng)域。從而可以產(chǎn)生很高的經(jīng)濟(jì)效益。


圖1為本發(fā)明實施例1模具的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1中底框模具的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3 圖5為圖1中的三種陽模模具的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明實施例2制得的空芯板的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明陰模模具結(jié)構(gòu)立體圖。
具體實施例方式一種一體化制備多邊形格柵空芯板的模具裝置，包括陰模模具1，在陰模模具1 設(shè)有多個陽模模具，所述陽模模具包括可熔解、溶解或汽化的多邊形柱體5，至少有一對相 鄰多邊形柱體5之間存在間隙，在本實施例中，在陰模模具1上設(shè)有定位口 10，在多邊形柱體5上設(shè)有定位柱體7，所述定位柱體7被嵌入陰模模具1的定位口 10中，在多邊形柱體5與定位柱體7之間設(shè)有聯(lián)接小柱6，并 且，聯(lián)接小柱6的一端與多邊形柱體5連接，聯(lián)接小柱6的另一端與定位柱體7連接，多邊 形柱體5為石蠟多邊形柱體，多邊形柱體5采用正六棱柱體，定位柱體7、聯(lián)接小柱6和多邊 形柱體5三者的橫截面外接圓同心，至少在一個多邊形柱體5的至少一條棱的位置設(shè)置圓 弧形凹槽，本實施例還可以采用在三個相鄰的多邊形柱體5的棱上分別設(shè)有圓弧形凹槽 8，三個圓弧形凹槽8拼合后構(gòu)成一個圓孔12，陽模模具在陰模模具1中呈陣列排列。所述陰模模具1底框中設(shè)有墊板，陰模模具1的上面設(shè)有頂蓋，墊板的上表面與頂蓋下表面均為曲面。本發(fā)明的另一實施例是利用上述模具裝置來一體化制備多邊形格柵空芯板的方法將空芯板的材料液體注入模具裝置中固化，所述的聯(lián)接小柱6的空腔形成空芯板的下 層，空隙11形成多邊形格柵，多邊形柱體5的上層形成空芯板的上層；通過加溫熔解、汽化 或者加溶解液除去將空芯板從陽模模具中脫模。下面對本發(fā)明具體實施方案作出更為詳細(xì)地說明一體化制備多邊形格柵空芯板的模具裝置，該裝置包括多個陽模模具和陰模模具，陽模模具本身需要由專用的附屬模具等(附屬陰模)成型或制作，通常為一個整體， 根據(jù)其作用可分為三個部分，它們分別是多邊形柱體、定位柱體和聯(lián)接小柱(也用作流出 口)，多邊形柱體和定位柱體分別位于上、下兩端，聯(lián)接小柱連接多邊形柱體和定位柱體，所 述的陽模模具采用可熔解、溶解或汽化的材料；所述的陰模模具為框架型，陰模模具的底板 上設(shè)置有陽模模具的定位口，陽模模具通過定位柱體設(shè)置在定位口內(nèi)，多個陽模模具上的 多邊形柱體相互拼合設(shè)置，多邊形柱體之間留有供形成格柵的空隙，在每個陽模模具的多 邊形柱體的零個，或一個或多個邊角處設(shè)有圓弧形凹槽。作為優(yōu)選，上述的多邊形柱體采用正六棱柱體。正六棱柱體用于制造蜂窩芯板材。作為優(yōu)選，上述的多邊形柱體采用正六棱柱體，同時至少在柱體的一個或多個邊角處設(shè)有圓弧形凹槽(簡稱為“凹槽棱柱體”)。凹槽棱柱體用于制造仿生結(jié)構(gòu)“蜂窩-小 柱”空芯板。
作為優(yōu)選，上述的三個相鄰的多邊形柱體的邊角處分別設(shè)有圓弧形凹槽，三個圓弧形凹槽拼合后構(gòu)成一個連接孔。成型后形成多邊形格柵上的小柱。作為優(yōu)選，上述陽模模具的定位柱體也采用正六棱柱體，聯(lián)接小柱為一根，聯(lián)接小 柱采用圓柱體或者正六棱柱體或者其他規(guī)則形狀，定位柱體、聯(lián)接小柱和多邊形柱體三者 的橫截面外接圓同心，三者同心有利于多面體拼合時候的定位。作為優(yōu)選，上述的陰模模具底框表面中設(shè)有墊板，在陰模模具上設(shè)置陽模模具后， 再在其上面一定的高度位置設(shè)有頂蓋，以便控制上下層的厚度，此時，需要在陰模模具上設(shè) 置相應(yīng)的頂蓋定位高度調(diào)節(jié)裝置，并在頂蓋上開設(shè)若干個原材料注入口。作為優(yōu)選，上述的圓弧形凹槽與上、下面之間有一面或二面分別設(shè)有圓弧形倒角。作為優(yōu)選，所述的陽模模具采用石蠟成型。石蠟熔點低，制樣后容易通過加溫融化 除去。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，上述陽模模具的多邊形柱體，定位柱體及聯(lián)接小柱可以是相 互獨立，通過組裝而成。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，當(dāng)多邊形柱體較大時，定位柱體和聯(lián)接小柱多于一根，如用三 根，且三根聯(lián)接小柱不在同一條直線上。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，上述的多邊形柱體，當(dāng)它布置在陰模模具邊緣時，需要配合邊 緣形狀，作相應(yīng)的切割留下不完整的陽模模具或只加工所需要部分陽模模具。最常見的為 通過縱向切割只留下二分之一和四分之一陽陽模模具，這樣，通過拼合，設(shè)置出各種尺寸大 小，各種邊緣形狀的多邊形格柵空芯板所需的成型模具。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，上述陰模模具采用長方形或圓形等其它各種需要的形狀。此 時，上述的多邊形柱體，當(dāng)它布置在陰模模具邊緣時，需要配合邊緣形狀，作相應(yīng)的切割留 下不完整的陽模模具或只加工所需要部分陽模模具。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，可以先制作較大面積的正方或長方形板材，然后通過切割獲 得各種外形的板材，如圓形，梯形等板材。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，上層板的厚度可能通過加入陰模模具的材料的體積或重量來 進(jìn)行控制。此時，無需要用頂蓋。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，陰模模具底框的表面，墊板的上表面與頂蓋下表面及陽模模 具的上下面表面均為曲面，以便制作曲面多邊形格柵空芯板材。作為特例，部分相鄰陽模模具的多邊形柱體之間可以沒有空隙。本發(fā)明的另一實施例是制備空心板的方法，該方案為一體化制備多邊形格柵空芯板的方法，該方法采用上述各技術(shù)方案所述的模具裝 置，將空芯板的材料液體注入模具裝置中固化，所述的聯(lián)接小柱的空腔形成空芯板的下層， 空隙形成正多邊形格柵，正六棱柱的上層形成空芯板的上層，前述的圓弧形凹槽形成小柱； 直接脫模后得到實芯板材，再通過加溫熔解或者汽化或者加溶解液溶解去除空芯板內(nèi)的陽 模模具，從而得到正多邊形格柵空芯板，或得到含有前述小柱的多邊形格柵空芯板。作為優(yōu) 選，所述的多邊形柱體采用正六棱柱體。本發(fā)明由于采用了上述的技術(shù)方案，通過液態(tài)固化成型，復(fù)合材料預(yù)埋成型，粉狀 材料預(yù)埋固化成型等方法，可以一體化制備出各種規(guī)格的多邊形格柵空芯板，并且具有成 型工藝簡單的優(yōu)點；本發(fā)明成功地克服目前生產(chǎn)蜂窩板材(它是多邊形格柵空芯板的典型代表)時上下層與芯層之間需要通過粘接或鑲嵌式進(jìn)行連接的弱點，因此，上下層與芯層之間無需使用粘結(jié)劑，消除了因這部分需要使用粘結(jié)劑而帶來的安全和環(huán)保等問題，并且 成型工藝簡單。同時，由于它們是一種典型的中空，輕質(zhì)結(jié)構(gòu)板材，可以節(jié)省大量的資源。所 以，由本發(fā)明模具制造出的板材，首先具有低碳節(jié)能效果，是一種十分環(huán)保的產(chǎn)品，它具有 很好的社會效益；進(jìn)一步，本發(fā)明的模具可以一體化制造包括蜂窩及“蜂窩-小柱”芯在內(nèi)的中空多 邊形格柵板，蜂窩結(jié)構(gòu)已得到廣泛的應(yīng)用，而“蜂窩-小柱”夾芯結(jié)構(gòu)是生物對蜂窩結(jié)構(gòu)進(jìn) 行優(yōu)化的典范。并已經(jīng)初步證實它確實有許多優(yōu)秀的力學(xué)性能。但對于優(yōu)秀的生物結(jié)構(gòu)常 常碰到不容易仿制的困難。而我們通過巧妙的構(gòu)思，發(fā)明了這一套成型工藝簡單的模具，可 以一體化生產(chǎn)出初級的仿生中空多邊形格柵板材。由于單純的蜂窩芯比“蜂窩-小柱”芯簡 單，本發(fā)明同時也提供了 一體化生產(chǎn)普通蜂窩的技術(shù)。這種一體化生產(chǎn)的，包括蜂窩及“蜂 窩_小柱”芯在內(nèi)的中空多邊形格柵板，與傳統(tǒng)的通過粘接或鑲嵌式生產(chǎn)的蜂窩板相比，由 于整個板材為一個結(jié)構(gòu)體，整體性好，可獲得具有更好力學(xué)性能的板材。因此，它們適用于 所有與蜂窩結(jié)構(gòu)相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做一個詳細(xì)的說明。實施例1模具組合如圖1所示為一體化制備“蜂窩_小柱”(正六邊形格柵)空芯板的模具裝置，該 裝置包括陽模模具2、3和陰模模具1，陽模模具2、3分別由多邊形柱體5、定位柱體7和聯(lián) 接小柱6，多邊形柱體5、定位柱體7和聯(lián)接小柱6采用石蠟制模通過一體模塑得到，多邊形 柱體5和定位柱體7分別位于上、下兩端，聯(lián)接小柱6連接多邊形柱體5和定位柱體7，多邊 形柱體5和定位柱體7采用正六棱柱，聯(lián)接小柱6采用圓柱體，定位柱體7、聯(lián)接小柱6和多 邊形柱體5三者的橫截面外接圓同心。如圖3 圖5所示，需要注意的是，當(dāng)陽模模具2、 3布置在陰模模具邊緣時，需要配合邊緣形狀，作相應(yīng)的切割留下不完整的陽模模具或只加 工所需要部分陽模模具。例如當(dāng)它陽模模具處在圖1左上方角落上時，只需要如圖5所示 的四分之一的陽模模具，通過類似的手法，可以拼合出各種尺寸大小的正六邊形格柵空芯 板所需的成型模具組合，得到所需的各種板材。如圖2所示，陰模模具1為框架型，陰模模具1的底板上設(shè)置有與陽模模具2數(shù)量 相等的定位孔10，定位孔10與定位柱體7相適配。陰模模具1中邊框的高度大于或等于陽 模模具2中聯(lián)接小柱6與蜂窩部分高度及另一層板材的厚度總和。陰模模具1底框中可以 設(shè)有一系列的墊板，其尺寸與模具相對應(yīng)，可用墊板的厚度來調(diào)節(jié)制樣板材下層及板材總 體的厚度，制樣中非常靈活。陰模模具1的上面可以有或者沒有頂蓋。如果使用頂蓋，對于 較大的尺寸的部件，通常設(shè)計有多個材料注入口，也就是說，采用多點注入成型法。如圖1所示，陽模模具2、3、4等分別通過定位柱體7設(shè)置在定位孔10內(nèi)，多個多 邊形柱體5并排拼合設(shè)置，多邊形柱體5之間留有空隙11。在陽模模具2的多邊形柱體5 的邊角處設(shè)有導(dǎo)通上下面的圓弧形凹槽8，圓弧形凹槽8與上、下面之間分別通過圓弧槽9 相過度，三個相鄰的多邊形柱體5的邊角處分別設(shè)有圓弧形凹槽8，三個圓弧形凹槽8拼合 后構(gòu)成一個連接孔12，在上述的模具中設(shè)置了三個連接孔12，制樣后可形成三根小柱。實施例2一體化制備正多邊形格柵空芯板的方法，該方法采用實施例1技術(shù)方案所述的模具裝置；將空芯板的材料(如樹脂與玄武巖短切纖維的混合物)注入模具裝置中固化，所述的聯(lián)接小柱6的空腔形成空芯板的下層，空隙11形成蜂窩形格柵，連接孔12形成蜂窩形格 柵的加強(qiáng)柱，多邊形柱體5的上層形成空芯板的上層；成型后先將包含有陽模模具的板材 從陰模模具中進(jìn)行脫模，再通過加溫熔解多邊形柱體5、定位柱體7和聯(lián)接小柱6除去陽模 模具2。這樣就可以得到橫斷面如圖6所示的空芯板，制造出“蜂窩-小柱”芯新型仿生節(jié) 能空芯板，參見中國發(fā)明專利(專利號ZL. 03 1 16503.6，申請日2003-04-21)。
權(quán)利要求
一種一體化制備多邊形格柵空芯板的模具裝置，其特征在于，包括陰模模具(1)，在陰模模具(1)設(shè)有多個陽模模具，所述陽模模具包括可熔解、溶解或汽化的多邊形柱體(5)，至少有一對相鄰多邊形柱體(5)之間存在間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化制備多邊形格柵空芯板的模具裝置，其特征在于，在 陰模模具(1)上設(shè)有定位口(10)，在多邊形柱體(5)上設(shè)有定位柱體(7)，所述定位柱體 (7)被嵌入陰模模具⑴的定位口(10)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一體化制備多邊形格柵空芯板的模具裝置，其特征在于，在 多邊形柱體(5)與定位柱體(7)之間設(shè)有聯(lián)接小柱(6)，并且，聯(lián)接小柱(6)的一端與多邊 形柱體(5)連接，聯(lián)接小柱(6)的另一端與定位柱體(7)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化制備多邊形格柵空芯板的模具裝置，其特征在于，多 邊形柱體(5)為石蠟多邊形柱體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化制備多邊形格柵空芯板的模具裝置，其特征在于，多 邊形柱體(5)采用正六棱柱體，定位柱體(7)、聯(lián)接小柱(6)和多邊形柱體(5)三者的橫截 面外接圓同心。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一體化制備多邊形格柵空芯板的模具裝置，其特征在于，至 少在一個多邊形柱體(5)的至少一條棱的位置設(shè)置圓弧形凹槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一體化制備多邊形格柵空芯板的模具裝置，其特征在于，在 三個相鄰的多邊形柱體(5)的棱上分別設(shè)有圓弧形凹槽(8)，三個圓弧形凹槽(8)拼合后構(gòu) 成一個圓孔(12)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化制備多邊形格柵空芯板的模具裝置，其特征在于，陽 模模具在陰模模具(1)中呈陣列排列。
9.一種利用權(quán)利要求3-8中任意一項所述模具裝置來制備一體化制備多邊形格柵空 芯板的方法，其特征在于，將空芯板的材料(液體或粉狀物或預(yù)成型物)注入或加入到模具 裝置中固化等處理，所述的聯(lián)接小柱(6)的空腔形成空芯板的下層，空隙(11)形成多邊形 格柵，多邊形柱體(5)的上層形成空芯板的上層；通過加溫熔解、汽化或者加溶解液除去將 空芯板從陽模模具中脫模。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一體化制備多邊形格柵空芯板的模具裝置，其特征在 于陰模模具(1)底框中設(shè)有墊板，陰模模具(1)的上面設(shè)有頂蓋，墊板的上表面與頂蓋下 表面均為曲面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種一體化制備多邊形格柵空芯板的模具裝置，包括陰模模具，在陰模模具設(shè)有多個陽模模具，所述陽模模具包括可熔解、溶解或汽化的多邊形柱體，至少有一對相鄰多邊形柱體之間存在間隙。本發(fā)明還公開了一種利用上述模具裝置來制備一體化制備多邊形格柵空芯板的方法，將空芯板的材料液體注入模具裝置中固化，所述的聯(lián)接小柱的空腔形成空芯板的下層，空隙形成多邊形格柵，多邊形柱體的上層形成空芯板的上層；通過加溫熔解、汽化或者加溶解液除去將空芯板從陽模模具中脫模。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)明確，容易產(chǎn)業(yè)化，總體上可以得到輕量型，高強(qiáng)度的仿生構(gòu)造。
文檔編號B29L31/60GK101797783SQ201010110069
公開日2010年8月11日 申請日期2010年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月11日
發(fā)明者關(guān)蘇軍, 陳錦祥 申請人:東南大學(xué)