CN101797783B - 一体化制备多边形格栅空芯板的模具装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体化制备多边形格栅空芯板的模具装置，包括：阴模模具，在阴模模具设有多个阳模模具，所述阳模模具包括可熔解、溶解或汽化的多边形柱体，至少有一对相邻多边形柱体之间存在间隙。本发明还公开了一种利用上述模具装置来制备一体化制备多边形格栅空芯板的方法，将空芯板的材料液体注入模具装置中固化，所述的联接小柱的空腔形成空芯板的下层，空隙形成多边形格栅，多边形柱体的上层形成空芯板的上层；通过加温熔解、汽化或者加溶解液除去将空芯板从阳模模具中脱模。本发明的结构明确，容易产业化，总体上可以得到轻量型，高强度的仿生构造。

Description

一体化制备多边形格栅空芯板的模具装置和方法

技术领域

本发明涉及一种制备仿生轻量型空芯板的模具和方法，尤其是涉及一种一体化制备包括蜂窝及“蜂窝-小柱”芯在内的多边形格栅空芯板的模具和方法。

背景技术

目前，世界面临着三大严重问题：人口膨胀，环境恶化，资源短缺。因此开发轻量型高强板材，可以有效地节省资源，从而也可以缓解环境恶化的问题。对此，第一发明人等通过仿生手法，已经发明了一种中间为蜂窝芯的夹层强化结构(专利号：ZL.03 1 16503.6)，该结构包括上、下层及中间层。其中，中间层为多边形格栅芯(最典型的代表为蜂窝芯)，沿着格栅壁交汇处设有加强柱。这是一种轻量型的仿生复合结构，具有这种结构的板材是一种优秀的生态节能材料；可通过改变小柱的根数、小柱的分布，及多边形的形状达到多样化设计的目的，以满足使用要求。整个结构可以是同一的材料，也可以是由纤维树脂等组成的复合材料；该结构适用于工业，建筑业，及其航空航天器等的广泛领域。但生物体本来的结构是非常巧妙和复杂的。现阶段还没有办法进行完全的仿制。现实生活中，含蜂窝芯结构的材料基本上也是多体成型的，如就商品化的铝芯或纸芯蜂窝板材而言，其成型工艺是蜂窝芯材单独成型，然后与上下层板材通过粘结或镶嵌等工艺成型。因此不能一体化制作包括蜂窝芯在内的多边形格栅空芯板。

发明内容

为了一体化制作多边形格栅空芯板，本发明的一个目的是提供一种一体化制备多边形格栅空芯板的模具装置，本发明的另外一个目的是提供采用上述模具装置制备多边形格栅空芯板，包括多边形格栅空芯曲面板的方法。本发明可以一体化制备包括蜂窝及“蜂窝-小柱”芯在内的多边形格栅空芯板等复杂结构，并且具有工艺简单，便于产业化生产等特点。

为了实现上述的第一个目的，本发明采用以下的技术方案：

一种一体化制备多边形格栅空芯板的模具装置，包括：阴模模具，在阴模模具设有多个阳模模具，所述阳模模具包括可熔解、溶解或汽化的多边形柱体，至少有一对相邻多边形柱体之间存在间隙。

为了实现上述的第二个目的，本发明采用以下的技术方案：

一种利用上述模具装置来制备一体化多边形格栅空芯板的方法，将空芯板的材料(液体或粉状物或预成型物)注入或加入到模具装置中固化等处理，所述的联接小柱的空腔形成空芯板的下层，空隙形成多边形格栅，多边形柱体的上层形成空芯板的上层；通过加温熔解、汽化或者加溶解液除去将空芯板从阳模模具中脱模。

本发明的结构明确，容易产业化，总体上可以得到轻量型，高强度的仿生构造，因此，本发明是一种通过提高现行蜂窝板材技术含量增加经济效益的有效方法。不仅如此，新型的“蜂窝-小柱”芯中空多边形格栅板可开辟更多的应用领域。从而可以产生很高的经济效益。

附图说明

图1为本发明实施例1模具的结构示意图。

图2为图1中底框模具的结构示意图。

图3～图5为图1中的三种阳模模具的结构示意图。

图6为本发明实施例2制得的空芯板的剖面结构示意图。

图7是本发明阴模模具结构立体图。

具体实施方式

一种一体化制备多边形格栅空芯板的模具装置，包括：阴模模具1，在阴模模具1设有多个阳模模具，所述阳模模具包括可熔解、溶解或汽化的多边形柱体5，至少有一对相邻多边形柱体5之间存在间隙，在本实施例中，

在阴模模具1上设有定位口10，在多边形柱体5上设有定位柱体7，所述定位柱体7被嵌入阴模模具1的定位口10中，在多边形柱体5与定位柱体7之间设有联接小柱6，并且，联接小柱6的一端与多边形柱体5连接，联接小柱6的另一端与定位柱体7连接，多边形柱体5为石蜡多边形柱体，多边形柱体5采用正六棱柱体，定位柱体7、联接小柱6和多边形柱体5三者的横截面外接圆同心，至少在一个多边形柱体5的至少一条棱的位置设置圆弧形凹槽，本实施例还可以采用：在三个相邻的多边形柱体5的棱上分别设有圆弧形凹槽8，三个圆弧形凹槽8拼合后构成一个圆孔12，阳模模具在阴模模具1中呈阵列排列。

所述阴模模具1底框中设有垫板，阴模模具1的上面设有顶盖，垫板的上表面与顶盖下表面均为曲面。

本发明的另一实施例是利用上述模具装置来一体化制备多边形格栅空芯板的方法：将空芯板的材料液体注入模具装置中固化，所述的联接小柱6的空腔形成空芯板的下层，空隙11形成多边形格栅，多边形柱体5的上层形成空芯板的上层；通过加温熔解、汽化或者加溶解液除去将空芯板从阳模模具中脱模。

下面对本发明具体实施方案作出更为详细地说明：

一体化制备多边形格栅空芯板的模具装置，该装置包括多个阳模模具和阴模模具，阳模模具本身需要由专用的附属模具等(附属阴模)成型或制作，通常为一个整体，根据其作用可分为三个部分，它们分别是多边形柱体、定位柱体和联接小柱(也用作流出口)，多边形柱体和定位柱体分别位于上、下两端，联接小柱连接多边形柱体和定位柱体，所述的阳模模具采用可熔解、溶解或汽化的材料；所述的阴模模具为框架型，阴模模具的底板上设置有阳模模具的定位口，阳模模具通过定位柱体设置在定位口内，多个阳模模具上的多边形柱体相互拼合设置，多边形柱体之间留有供形成格栅的空隙，在每个阳模模具的多边形柱体的零个，或一个或多个边角处设有圆弧形凹槽。

作为优选，上述的多边形柱体采用正六棱柱体。正六棱柱体用于制造蜂窝芯板材。

作为优选，上述的多边形柱体采用正六棱柱体，同时至少在柱体的一个或多个边角处设有圆弧形凹槽(简称为“凹槽棱柱体”)。凹槽棱柱体用于制造仿生结构“蜂窝-小柱”空芯板。

作为优选，上述的三个相邻的多边形柱体的边角处分别设有圆弧形凹槽，三个圆弧形凹槽拼合后构成一个连接孔。成型后形成多边形格栅上的小柱。

作为优选，上述阳模模具的定位柱体也采用正六棱柱体，联接小柱为一根，联接小柱采用圆柱体或者正六棱柱体或者其他规则形状，定位柱体、联接小柱和多边形柱体三者的横截面外接圆同心，三者同心有利于多面体拼合时候的定位。

作为优选，上述的阴模模具底框表面中设有垫板，在阴模模具上设置阳模模具后，再在其上面一定的高度位置设有顶盖，以便控制上下层的厚度，此时，需要在阴模模具上设置相应的顶盖定位高度调节装置，并在顶盖上开设若干个原材料注入口。

作为优选，上述的圆弧形凹槽与上、下面之间有一面或二面分别设有圆弧形倒角。

作为优选，所述的阳模模具采用石蜡成型。石蜡熔点低，制样后容易通过加温融化除去。

作为进一步的改进，上述阳模模具的多边形柱体，定位柱体及联接小柱可以是相互独立，通过组装而成。

作为进一步的改进，当多边形柱体较大时，定位柱体和联接小柱多于一根，如用三根，且三根联接小柱不在同一条直线上。

作为进一步的改进，上述的多边形柱体，当它布置在阴模模具边缘时，需要配合边缘形状，作相应的切割留下不完整的阳模模具或只加工所需要部分阳模模具。最常见的为通过纵向切割只留下二分之一和四分之一阳阳模模具，这样，通过拼合，设置出各种尺寸大小，各种边缘形状的多边形格栅空芯板所需的成型模具。

作为进一步的改进，上述阴模模具采用长方形或圆形等其它各种需要的形状。此时，上述的多边形柱体，当它布置在阴模模具边缘时，需要配合边缘形状，作相应的切割留下不完整的阳模模具或只加工所需要部分阳模模具。

作为进一步的改进，可以先制作较大面积的正方或长方形板材，然后通过切割获得各种外形的板材，如圆形，梯形等板材。

作为进一步的改进，上层板的厚度可能通过加入阴模模具的材料的体积或重量来进行控制。此时，无需要用顶盖。

作为进一步的改进，阴模模具底框的表面，垫板的上表面与顶盖下表面及阳模模具的上下面表面均为曲面，以便制作曲面多边形格栅空芯板材。

作为特例，部分相邻阳模模具的多边形柱体之间可以没有空隙。

本发明的另一实施例是制备空心板的方法，该方案为：

一体化制备多边形格栅空芯板的方法，该方法采用上述各技术方案所述的模具装置，将空芯板的材料液体注入模具装置中固化，所述的联接小柱的空腔形成空芯板的下层，空隙形成正多边形格栅，正六棱柱的上层形成空芯板的上层，前述的圆弧形凹槽形成小柱；直接脱模后得到实芯板材，再通过加温熔解或者汽化或者加溶解液溶解去除空芯板内的阳模模具，从而得到正多边形格栅空芯板，或得到含有前述小柱的多边形格栅空芯板。作为优选，所述的多边形柱体采用正六棱柱体。

本发明由于采用了上述的技术方案，通过液态固化成型，复合材料预埋成型，粉状材料预埋固化成型等方法，可以一体化制备出各种规格的多边形格栅空芯板，并且具有成型工艺简单的优点；本发明成功地克服目前生产蜂窝板材(它是多边形格栅空芯板的典型代表)时上下层与芯层之间需要通过粘接或镶嵌式进行连接的弱点，因此，上下层与芯层之间无需使用粘结剂，消除了因这部分需要使用粘结剂而带来的安全和环保等问题，并且成型工艺简单。同时，由于它们是一种典型的中空，轻质结构板材，可以节省大量的资源。所以，由本发明模具制造出的板材，首先具有低碳节能效果，是一种十分环保的产品，它具有很好的社会效益；

进一步，本发明的模具可以一体化制造包括蜂窝及“蜂窝-小柱”芯在内的中空多边形格栅板，蜂窝结构已得到广泛的应用，而“蜂窝-小柱”夹芯结构是生物对蜂窝结构进行优化的典范。并已经初步证实它确实有许多优秀的力学性能。但对于优秀的生物结构常常碰到不容易仿制的困难。而我们通过巧妙的构思，发明了这一套成型工艺简单的模具，可以一体化生产出初级的仿生中空多边形格栅板材。由于单纯的蜂窝芯比“蜂窝-小柱”芯简单，本发明同时也提供了一体化生产普通蜂窝的技术。这种一体化生产的，包括蜂窝及“蜂窝-小柱”芯在内的中空多边形格栅板，与传统的通过粘接或镶嵌式生产的蜂窝板相比，由于整个板材为一个结构体，整体性好，可获得具有更好力学性能的板材。因此，它们适用于所有与蜂窝结构相关应用领域。

下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。

实施例1 模具组合

如图1所示为一体化制备“蜂窝-小柱”(正六边形格栅)空芯板的模具装置，该装置包括阳模模具2、3和阴模模具1，阳模模具2、3分别由多边形柱体5、定位柱体7和联接小柱6，多边形柱体5、定位柱体7和联接小柱6采用石蜡制模通过一体模塑得到，多边形柱体5和定位柱体7分别位于上、下两端，联接小柱6连接多边形柱体5和定位柱体7，多边形柱体5和定位柱体7采用正六棱柱，联接小柱6采用圆柱体，定位柱体7、联接小柱6和多边形柱体5三者的横截面外接圆同心。如图3～图5所示，需要注意的是，当阳模模具2、3布置在阴模模具边缘时，需要配合边缘形状，作相应的切割留下不完整的阳模模具或只加工所需要部分阳模模具。例如当它阳模模具处在图1左上方角落上时，只需要如图5所示的四分之一的阳模模具，通过类似的手法，可以拼合出各种尺寸大小的正六边形格栅空芯板所需的成型模具组合，得到所需的各种板材。

如图2所示，阴模模具1为框架型，阴模模具1的底板上设置有与阳模模具2数量相等的定位孔10，定位孔10与定位柱体7相适配。阴模模具1中边框的高度大于或等于阳模模具2中联接小柱6与蜂窝部分高度及另一层板材的厚度总和。阴模模具1底框中可以设有一系列的垫板，其尺寸与模具相对应，可用垫板的厚度来调节制样板材下层及板材总体的厚度，制样中非常灵活。阴模模具1的上面可以有或者没有顶盖。如果使用顶盖，对于较大的尺寸的部件，通常设计有多个材料注入口，也就是说，采用多点注入成型法。

如图1所示，阳模模具2、3、4等分别通过定位柱体7设置在定位孔10内，多个多边形柱体5并排拼合设置，多边形柱体5之间留有空隙11。在阳模模具2的多边形柱体5的边角处设有导通上下面的圆弧形凹槽8，圆弧形凹槽8与上、下面之间分别通过圆弧槽9相过度，三个相邻的多边形柱体5的边角处分别设有圆弧形凹槽8，三个圆弧形凹槽8拼合后构成一个连接孔12，在上述的模具中设置了三个连接孔12，制样后可形成三根小柱。

实施例2

一体化制备正多边形格栅空芯板的方法，该方法采用实施例1技术方案所述的模具装置；将空芯板的材料(如树脂与玄武岩短切纤维的混合物)注入模具装置中固化，所述的联接小柱6的空腔形成空芯板的下层，空隙11形成蜂窝形格栅，连接孔12形成蜂窝形格栅的加强柱，多边形柱体5的上层形成空芯板的上层；成型后先将包含有阳模模具的板材从阴模模具中进行脱模，再通过加温熔解多边形柱体5、定位柱体7和联接小柱6除去阳模模具2。这样就可以得到横断面如图6所示的空芯板，制造出“蜂窝-小柱”芯新型仿生节能空芯板，参见中国发明专利(专利号：ZL.03 1 16503.6，申请日：2003-04-21)。

Claims (10)

1.一种一体化制备多边形格栅空芯板的模具装置，其特征在于，包括：阴模模具(1)，在阴模模具(1)设有多个阳模模具，所述阳模模具包括可熔解、溶解或汽化的多边形柱体(5)，至少有一对相邻多边形柱体(5)之间存在间隙。

2.根据权利要求1所述的一体化制备多边形格栅空芯板的模具装置，其特征在于，在阴模模具(1)上设有定位口(10)，在多边形柱体(5)上设有定位柱体(7)，所述定位柱体(7)被嵌入阴模模具(1)的定位口(10)中。

3.根据权利要求2所述的一体化制备多边形格栅空芯板的模具装置，其特征在于，在多边形柱体(5)与定位柱体(7)之间设有联接小柱(6)，并且，联接小柱(6)的一端与多边形柱体(5)连接，联接小柱(6)的另一端与定位柱体(7)连接。

4.根据权利要求1所述的一体化制备多边形格栅空芯板的模具装置，其特征在于，多边形柱体(5)为石蜡多边形柱体。

5.根据权利要求3所述的一体化制备多边形格栅空芯板的模具装置，其特征在于，多边形柱体(5)采用正六棱柱体，定位柱体(7)、联接小柱(6)和多边形柱体(5)三者的横截面外接圆同心。

6.根据权利要求5所述的一体化制备多边形格栅空芯板的模具装置，其特征在于，至少在一个多边形柱体(5)的至少一条棱的位置设置圆弧形凹槽。

7.根据权利要求5所述的一体化制备多边形格栅空芯板的模具装置，其特征在于，在三个相邻的多边形柱体(5)的棱上分别设有圆弧形凹槽(8)，三个圆弧形凹槽(8)拼合后构成一个圆孔(12)。

8.根据权利要求1所述的一体化制备多边形格栅空芯板的模具装置，其特征在于，阳模模具在阴模模具(1)中呈阵列排列。

9.一种利用权利要求3、5、6或7中任意一项所述模具装置来一体化制备多边形格栅空芯板的方法，其特征在于，将空芯板的材料注入或加入到模具装置中固化处理，所述的联接小柱(6)的空腔形成空芯板的下层，空隙(11)形成多边形格栅，多边形柱体(5)的上层形成空芯板的上层；成型后先将包含有阳模模具的板材从阴模模具中进行脱模，再通过加温熔解、汽化或者加溶解液除去阳模模具，即可得到相应的空芯板，所述空芯板的材料为液体或粉状物或预成型物。

10.根据权利要求1、2或3所述的一体化制备多边形格栅空芯板的模具装置，其特征在于：阴模模具(1)底框中设有垫板，阴模模具(1)的上面设有顶盖，垫板的上表面与顶盖下表面均为曲面。

Images