專利名稱：六邊四面體桁架結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種蜂房型桁架結(jié)構(gòu)。
許多已知的蜂房結(jié)構(gòu)可以用作支撐墻壁、建筑物的頂棚及屋頂。例如，1972年2月15日授予菲格的美國專利3，642，566和1972年2月29日授予菲格的美國專利3，645，833揭示了一種由四面體形單元構(gòu)成的桁架結(jié)構(gòu)。1974年11月19日授予蔡特林的美國專利3，849，237和1975年9月23日授予蔡特林的美國專利3，906，571，公開了一種具有由金屬板粘結(jié)在一起構(gòu)成的四面體組件的結(jié)構(gòu)。還有1975年10月21日授予博格福德的美國專利3，914，486公開了一種由三個(gè)側(cè)面的半立方體在其底部互相連接而成的結(jié)構(gòu)。
許多已有結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)是它們很難模制，所以制造成本昂貴。另一個(gè)缺點(diǎn)是它們往往只能制成平面狀，不易形成或彎曲成其他形狀。
一種已有的較輕的桁架結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是它們不是真的牢固，受到扭轉(zhuǎn)和壓力時(shí)結(jié)構(gòu)容易損壞。作用于這種結(jié)構(gòu)的某一點(diǎn)的壓力不能很好地分配到整個(gè)結(jié)構(gòu)上，從而使結(jié)構(gòu)遭到破壞。
本實(shí)用新型提供了一種牢固的輕型桁架結(jié)構(gòu)，它可以克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)，這種結(jié)構(gòu)容易模制，且可以形成平面、圓形和其他曲線形狀。
本實(shí)用新型桁架結(jié)構(gòu)的另一個(gè)特征和優(yōu)點(diǎn)是作用于結(jié)構(gòu)上任意一點(diǎn)的壓力可以分配到整個(gè)結(jié)構(gòu)上從而增加了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。
本實(shí)用新型的另一個(gè)特征和優(yōu)點(diǎn)是用于制造具有實(shí)心壁的結(jié)構(gòu)的模具可以容易地和廉價(jià)地由六邊形棒材制成。
本實(shí)用新型的這些和其他一些特征和優(yōu)點(diǎn)可以通過一種輕的、新穎的和獨(dú)特的高強(qiáng)度桁架結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，該桁架結(jié)構(gòu)具有一由許多相互連接的具有實(shí)心壁的空腔組成的芯體，每個(gè)空腔有一六邊形的底面。芯體的上部及下部外表面有許多相互連接成蜂房狀的六邊形底面。芯體中的每個(gè)空腔具有一獨(dú)特的六邊四面體形，其中，一六邊形底面及其側(cè)壁與三邊四面體或金字塔形(錐形體)的底面與邊壁合為一體。六邊四面體空腔有三個(gè)平行四邊形側(cè)壁。每個(gè)平行四邊形側(cè)壁的一個(gè)頂點(diǎn)與其他兩個(gè)平行四邊形的相應(yīng)的頂點(diǎn)相交(重合)形成四面體的頂點(diǎn)。每個(gè)平行四邊形另一個(gè)與其相對的頂點(diǎn)與六邊形底面的六個(gè)頂點(diǎn)之一相交(重合)。六邊四面體空腔的其他六個(gè)側(cè)面也可以選用直角三角形，它們成對安排且具有一公共的第一三角形邊。每個(gè)三角形的第二三角形邊也就是六邊形底面的一邊。每個(gè)三角形的第三三角形邊也就是平行四邊形側(cè)壁的一邊。
空腔壁可以是實(shí)心的，也可以是由一系列平行四邊形支撐形成，以得到一重量更輕的結(jié)構(gòu)。還可以再加上水平支撐以進(jìn)一步增加強(qiáng)度。
芯體可以是圓形的、平面形的或曲線形的。芯體的上下蜂房陣列表面可以用覆蓋層覆蓋以形成實(shí)心平板。帶覆蓋層的結(jié)構(gòu)適用于任何需要輕質(zhì)、高強(qiáng)度和抗壓性能的應(yīng)用場合，包括飛行器、船殼(身)、火箭外殼及真空室。
本桁架結(jié)構(gòu)的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是它可以模制。為了制造帶有實(shí)心空腔壁的結(jié)構(gòu)，兩個(gè)相對的平板被互相靠近，每塊板上有一系列互相毗鄰的模具從其表面伸出。每一模具具有一與上述六邊四面體空腔相對應(yīng)的六邊四面體形狀。模具的六邊形底面固定在平板上。每塊板上的六邊四面體模具的頂點(diǎn)被互相移近且對準(zhǔn)相對的平板上的模具間的互補(bǔ)的空腔。芯體材料，諸如融熔的塑性材料，在兩塊平板的相對的模具間流動(dòng)，以形成帶有實(shí)心壁的桁架結(jié)構(gòu)。然后，可以在芯體的上下蜂房表面加上覆蓋層。
為了制造由平行四邊形支撐形成的中空的平行四邊形側(cè)壁來替代實(shí)心空腔壁的平行四邊形側(cè)壁的桁架結(jié)構(gòu)，可使相對的模具的相對側(cè)面彼此互相接觸。然而，模具的棱邊被銑掉，使融熔的塑性材料得以在相鄰的相對模具間流動(dòng)進(jìn)入棱邊的被銑掉的部分所留下的空間。在實(shí)心空腔壁實(shí)施例中，三個(gè)平表面本來要相交的每一位置處都形成了平行四邊形支撐。通過在三個(gè)平行四邊形側(cè)壁上開水平凹槽一除了模具陣列周邊上的模具的外壁上以外一水平支撐可以形成且它們連接每個(gè)平行四邊形壁上兩個(gè)相對且相距最近的平行四邊形頂點(diǎn)。塑性材料流入槽中而形成水平支撐。具有水平支撐的結(jié)構(gòu)特別牢固，因?yàn)樗胶推叫兴倪呅沃蜗嘟欢纬墒c(diǎn)的中心(轂)，支撐從轂(中心點(diǎn))徑向地向十二個(gè)方向伸展。十二點(diǎn)中心轂結(jié)構(gòu)提供了最大的穩(wěn)定性，保證作用于結(jié)構(gòu)任一部分的荷載被分配到整個(gè)桁架結(jié)構(gòu)上。
本實(shí)用新型的實(shí)心空腔實(shí)施例還可以用金屬?zèng)_壓而成，因?yàn)槊總€(gè)空腔的整個(gè)表面區(qū)域與它的外表面區(qū)域是相同的，在空腔內(nèi)部沒有另外的表面區(qū)域。
通過下面參照附圖對較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型的這些或其他特征及優(yōu)點(diǎn)對熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將更為明顯。


圖1為本實(shí)用新型具有實(shí)心平面?zhèn)缺阼旒芙Y(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例的局部透視圖；圖2為本桁架結(jié)構(gòu)第一實(shí)施例的局部俯視圖；圖3為沿圖23－3線剖切的桁架結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖4為用于制造本實(shí)用新型桁架結(jié)構(gòu)第一實(shí)施例的上部及下部模具陣列側(cè)視圖；圖5為沿圖45－5線剖切的上部模具陣列俯視圖；圖6為用于制造本實(shí)用新型桁架結(jié)構(gòu)第一實(shí)施例的單個(gè)模具的示意圖7為圖6所示模具的側(cè)視圖，顯示了一個(gè)平行四邊形面和兩個(gè)三角形壁；圖8為圖6所示模具的第二側(cè)視圖，顯示了兩個(gè)平行四邊形壁和兩個(gè)三角形壁；圖9為圖6所示模具的仰視圖，顯示了六邊形的底面；
圖10為圖6所示模具的俯視圖，在圖中心處，顯示了錐的頂點(diǎn)；
圖11為本實(shí)用新型第二實(shí)施例的模具的示意圖，該模具具有用于制造平行四邊形支撐的平行四邊形銑過的棱邊；
圖12為
圖11所示模具的側(cè)視圖，顯示了一平行四邊形壁和兩個(gè)三角形壁；
圖13為
圖11所示的模具的第二側(cè)視圖，顯示了兩個(gè)平行四邊形壁和兩個(gè)三角形壁，還有可選擇采用的銑過的三角形棱邊39；
圖14為
圖13所示模具的仰視圖，顯示了具有銑過的頂點(diǎn)的六邊形底面；
圖15為
圖11所示的模具的俯視圖，在圖的中心處有錐頂。
圖16為本實(shí)用新型第三實(shí)施例的模具的示意圖，模具具有用于制成平行四邊形和水平支撐的平行四邊形銑過的棱邊和水平槽；
圖17為
圖16所示模具沿線17－17的側(cè)視圖；
圖18為
圖16所示模具的底面的仰視圖，顯示了六邊形底面；
圖19為
圖16所示模具的俯視圖，在圖中心處有銑過的頂點(diǎn)。
圖20為
圖16所示的模具的俯視圖，圖中去掉了水平支撐；圖21為具有實(shí)心平面?zhèn)缺谝约捌叫兴倪呅魏退街蔚蔫旒芙Y(jié)構(gòu)第四實(shí)施例的局部透視圖；圖22顯示了用以形成平行四邊形支撐的三條銑過的棱邊的交點(diǎn)；圖23為一較佳形狀的平行四邊形支撐的截面圖；圖24為兩個(gè)平行四邊形支撐的交匯點(diǎn)的俯視圖，一個(gè)平行四邊形支撐具有如圖23所示的形狀且由下部模具陣列制成，另一個(gè)平行四邊形支撐是利用具有相同形狀但旋轉(zhuǎn)了180°的上部模具陣列制成；圖25A到25D是其他形狀的平行四邊形支撐的截面圖；圖26示出了用以形成水平支撐的兩個(gè)有槽側(cè)面的交匯處；圖27為水平支撐較佳形狀的截面圖；圖28A示出了具有由平行四邊形支撐形成的中空平行四邊形壁的芯體結(jié)構(gòu)；圖28B是加上了三角支撐后的圖28A的芯體結(jié)構(gòu)；圖29A到29D示出上部和下部模具陣列放到一起制造以上任何一種實(shí)施例的芯體結(jié)構(gòu)的順序；圖30為用于制造桁架結(jié)構(gòu)芯體的支架組件的側(cè)視圖。
圖1為本實(shí)用新型桁架結(jié)構(gòu)的第一實(shí)施例的局部透視圖。在
圖1中，桁架結(jié)構(gòu)10包括一系列相鄰的以蜂房形狀排列的空腔12，每一空腔的周圍由若干實(shí)心的平面?zhèn)缺?3圍住，這些側(cè)壁13將在下面進(jìn)一步討論。蜂房形空腔由上覆蓋層14和下覆蓋層16覆蓋，以形成實(shí)心平面結(jié)構(gòu)10。覆蓋層14和16粘結(jié)在蜂房結(jié)構(gòu)的上下表面上以形成實(shí)心平表面。包括相鄰空腔12的芯體可以用于許多抗壓性能和輕質(zhì)高強(qiáng)度的應(yīng)用場合，包括船殼、飛行器和真空室。
圖1所示的芯體彎曲不能太大。
圖2和圖3所示也是
圖1所示的結(jié)構(gòu)10的第一實(shí)施例。圖2為結(jié)構(gòu)的局部俯視圖，展示了結(jié)構(gòu)芯體的蜂房上表面，其中，空腔12的六邊形底面互相連接以形成芯體的上表面。圖3為圖2沿線3－3剖切的結(jié)構(gòu)10的側(cè)剖視圖。側(cè)壁13圍成了空腔12，空腔上面則被上覆蓋層14和下覆蓋層16所覆蓋。
芯體包括許多相鄰的六邊四面體空腔，它們排列成蜂房形以形成上下表面。每個(gè)空腔基本上是一個(gè)四面體，具有四面體的棱邊，四面體位于六邊形基底的頂部，且和六邊形基體合為一體，六邊形基底具有六個(gè)頂點(diǎn)和六條底邊。四面體的錐頂與空腔的頂點(diǎn)重合。空腔具有三個(gè)平行四邊形的側(cè)壁和六個(gè)可選擇采用的三角形側(cè)壁。每個(gè)平行四邊形壁有四個(gè)平行四邊形頂點(diǎn)和四條平行四邊形邊。每個(gè)三角形有三個(gè)三角形頂點(diǎn)和三條三角形邊。
如果不用三角形壁則芯體便于彎曲。而且，這樣的芯體可以用象鋁這樣的金屬?zèng)_壓而成。這樣的空腔的底面將有三個(gè)底面頂點(diǎn)和三個(gè)底面棱邊。
每個(gè)平行四邊形空腔壁都有一個(gè)平行四邊形頂點(diǎn)與空腔頂點(diǎn)相交(重合)，所以，三個(gè)平行四邊形頂點(diǎn)構(gòu)成空腔頂點(diǎn)。每個(gè)平行四邊形壁相對的平行四邊形頂點(diǎn)則與六邊形底面的一個(gè)頂點(diǎn)相交。
可選擇采用的六個(gè)三角形壁成對地安排在相鄰的平行四邊形壁之間。每對三角形壁具有第一公共三角形邊。每個(gè)三角形有一條第二三角形邊也就是一條底邊，每個(gè)三角形的第三三角形邊也就是一條平行四邊形邊。
空腔的形狀基本上與六邊四面體模具壁的形狀相同，該模具將在下面結(jié)合其中示出具有三角形壁的芯體結(jié)構(gòu)的圖6進(jìn)行討論。
覆蓋層可以在芯體形成后覆蓋在芯體的上下蜂房表面。
參見圖4，結(jié)構(gòu)10最好通過模制或沖壓形成，在形成過程中，上板18上的相鄰六邊四面體模具22對準(zhǔn)且移近下板20上的相似的下部模具22。如果采用模制過程，融熔的塑性流體在上下模具之間的空間流動(dòng)，以形成結(jié)構(gòu)的芯體。如果該結(jié)構(gòu)由金屬?zèng)_壓而成，則將一塊金屬置于下部模具22上，通過上板18上的模具22向下壓而成形。上板18上的模具22的俯視圖如圖5所示。
在制作沒有三角形壁的實(shí)心平面壁芯體時(shí)，在同一平板上相鄰的模具22彼此互相接觸，沒有塑性流體在它們之間流動(dòng)。塑性流體僅在不同平板上的模具間流動(dòng)。
本結(jié)構(gòu)用一系列基本上相同的具有單一形狀的模具22制成。每個(gè)模具具有一六邊四面體形狀，其中一個(gè)四面體(三棱錐)與一六邊形基底及其側(cè)壁合為一體。圖6到
圖10是該模具的各種視圖。圖6中，模具22包括一具有頂點(diǎn)30及平行四邊形壁26的四面體。六邊形基底24及其六個(gè)三角形側(cè)壁28與四面體及其四個(gè)平行四邊形壁26合為一體，形成了六邊四面體形狀。四面體的頂點(diǎn)與模具的頂點(diǎn)重合。頂點(diǎn)位于模具基底的相對端。
如圖6所示，模具22有三個(gè)平行四邊形壁26，每個(gè)都具有四條平行四邊形邊27和四個(gè)平行四邊形頂點(diǎn)29、30、31和33。每個(gè)平行四邊形壁的頂點(diǎn)30與錐頂相交(重合)。相對的平行四邊形頂點(diǎn)29與六邊形底面24的頂點(diǎn)相交(重合)。
模具22還具有六個(gè)三角形壁28，它們被成對排列。每個(gè)三角形壁28有三條三角形邊25、27和35，每對壁28具有一公共的第一三角邊25。每個(gè)三角形壁28具有一第二三角形邊35，也就是底邊，還具有一第三三角形邊27，也就是平行四邊形邊。
頂角γ最好是60°，以便使六邊四面體模具的頂部是一規(guī)則的四面體。然而，頂角γ可以在0°至120°之間變化。模具所有的其他角由頂角的選擇而決定，模具的體積以及由此形成的桁架結(jié)構(gòu)的體積由模具頂點(diǎn)與基底的距離及模具的頂角來決定。
圖7和圖8是如圖6所示的模具的兩個(gè)不同的側(cè)視圖。圖7所示的側(cè)視圖顯示了一個(gè)平行四邊形壁26和兩個(gè)直角三角形壁28。圖8所示的第二側(cè)視圖采用了一個(gè)不同的角度，顯示了兩個(gè)平行四邊形壁26和兩個(gè)直角三角形壁28。圖9是模具22的仰視圖，顯示了六邊形基底。
圖10是模具22的俯視圖，展示了三個(gè)平行四邊形壁26在頂點(diǎn)30的單一點(diǎn)上的交匯。
模具22可以由一件六邊形棒材制成，在棒材上切出三個(gè)截面，以形成平行四邊形邊壁26。截面切割使得平行四邊形側(cè)壁在頂點(diǎn)30處交匯。
如果不用實(shí)心平面?zhèn)缺?，本?shí)用新型桁架結(jié)構(gòu)也可以用平行四邊形支撐來形成中空的平行四邊形壁，從而制造更為輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)。平行四邊形支撐通過銑掉如圖6到
圖10所示的六邊四面體模具的平行四邊形邊緣來形成，以便在模制過程中三個(gè)模具匯合時(shí)相鄰的邊之間有空間形成。融熔的塑性流體流經(jīng)三個(gè)被銑掉的平行四邊形邊緣的交匯處所形成的空隙，而形成平行四邊形支撐。雖然具有平行四邊形支撐的第二實(shí)施例比上面描述的具有實(shí)心平面壁的第一實(shí)施例更輕，但支撐實(shí)施例較難于模制。而且實(shí)心平面壁芯體比由支撐形成的芯體牢固。
圖28A圖示了本實(shí)用新型具有由相鄰空腔形成上下陣列表面的芯體。每個(gè)空腔具有三個(gè)由平行四邊形支撐63和可選擇采用的水平支撐64形成的中空的側(cè)壁。每個(gè)空腔有一錐頂67，位于空腔的與基底相反的一端。空腔是一與基底合為一體的四面體，基底具有至少三個(gè)底面頂點(diǎn)69，使得由平行四邊形支撐63形成的三個(gè)中空壁是平行四邊形。每個(gè)平行四邊形壁有四個(gè)平行四邊形頂點(diǎn)，且每個(gè)平行四行壁的第一平行四邊形頂點(diǎn)與錐頂67相交(重合)。每個(gè)平行四邊形的相對的第二平行四邊形頂點(diǎn)與基底頂點(diǎn)69重合?？蛇x擇采用水平支撐64與平行四邊形支撐63一起形成一十二點(diǎn)中心轂71以加強(qiáng)強(qiáng)度。水平支撐64與每個(gè)平行四邊形的相對的平行四邊形第三和第四頂點(diǎn)相連。
圖28B示出了圖28A的芯體，不同的是加上了三角形支撐65。三角形支撐是供選用的，但如果使用它們，就形成了一個(gè)具有六個(gè)基底頂點(diǎn)的六邊形基底。相鄰的基底頂點(diǎn)可以由基底支撐(未畫出)來連接。若上述第一三角形邊被銑掉，三角形支撐65就形成了。
如果采用三角形支撐65，空腔中就多了六個(gè)中空三角形壁，每個(gè)三角形壁由兩個(gè)三角形支撐和一基底頂點(diǎn)形成。這六個(gè)三角形壁成對排列，每對有一公共第一三角形支撐65，每個(gè)三角形壁的第二三角形支撐同時(shí)也是一平行四邊形支撐。
圖11到
圖15展示了用于制造具有平行四邊形支撐的桁架結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施例的六邊四面體模具的不同的視圖。
圖11中模具32的示意圖展示了在平行四邊形壁42和直角三角形壁44之間形成的銑邊38(銑過的棱邊38)。
圖12和13為
圖11所示模具的兩種不同側(cè)視圖。側(cè)視
圖12展示了一平行四邊形壁42，其平行四邊形銑邊38與直角三角形壁44相交。模具錐頂40也是銑過的。第二側(cè)視圖
圖13展示了兩個(gè)平行四邊行壁42和兩個(gè)直角三角形壁44。所述壁在平行四邊形銑邊38處相交。
圖14和
圖15分別圖示了模具32的仰視和俯視圖。
圖14中，六邊形底面34具有用來形成可供選擇采用的三角形支撐的銑過的頂點(diǎn)36。俯視
圖15圖示了三個(gè)平行四邊形壁42在錐頂40相交。
在
圖11到
圖15中所示的第二支撐實(shí)施例可稍加改變即再加上水平支撐來加強(qiáng)強(qiáng)度。用以形成具有平行四邊形和水平支撐的第三實(shí)施例的模具在
圖16到圖20中示出。在
圖16中，模具46具有平行四邊形支撐54和水平支撐58。水平支撐58橫過平行四邊形壁52以便每個(gè)水平支撐58聯(lián)接平行四邊形壁52的兩個(gè)相對的頂點(diǎn)。除了那些用于形成每一模塊的模具陣列的周邊的平行四邊形側(cè)壁以外，所有的模具的平行四邊形側(cè)壁都具有水平支撐。周邊的平行四邊形側(cè)壁保持平坦，以便由兩個(gè)相鄰的模塊形成的芯體可以互相粘結(jié)在一起。水平支撐通過在平行四邊形側(cè)壁上形成的水平凹槽來形成。
水平和平行四邊形支撐的使用在兩個(gè)具有銑邊和水平凹槽的相鄰模具互相鄰近時(shí)形成一個(gè)十二點(diǎn)中心轂59。塑性流體從這個(gè)十二點(diǎn)中心轂徑向地向十二個(gè)方向流動(dòng)，從而形成了在中心轂相交的十二根平行四邊形和水平支撐。十二點(diǎn)中心轂的采用達(dá)到了最優(yōu)的強(qiáng)度，并且分配作用在結(jié)構(gòu)之上的任何壓力以增加結(jié)構(gòu)的耐久性和抗壓性能。
圖17是
圖16所示的模具的側(cè)視示意圖。在
圖17中，平行四邊形支撐54形成了三角形壁50之間及三角形壁50與平行四邊形壁52之間的邊界。模具的錐頂56被銑過，以形成支撐。
圖18為模具46的仰視圖，顯示了六邊形底面48。
圖19和20為在圖中央帶有銑過的錐頂56的模具的俯視圖。
圖19不同于圖20，
圖19中有水平支撐58，而圖20中沒有。從
圖19可清楚地看出，當(dāng)一個(gè)力施加于錐頂56或基底48時(shí)，水平支撐58將顯著地增加結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度。
圖21為具有實(shí)心平面?zhèn)缺?0、平行四邊形支撐62和水平支撐64的桁架結(jié)構(gòu)第四實(shí)施例的局部透視圖。圖21所示結(jié)構(gòu)由于結(jié)合了實(shí)心側(cè)壁、平行四邊形支撐及水平支撐而具有最大的強(qiáng)度。但它的重量比本發(fā)明的其他實(shí)施例重。
每個(gè)平行四邊形支撐由三條來自三個(gè)不同模具的平行四邊形邊相交而形成。模具之一來自一個(gè)模具陣列，另兩個(gè)來自另一個(gè)模具陣列。平行四邊形支撐的橫截面必須選擇得在融熔的塑性流體形成支撐后，包含模具陣列的模具能夠分開。圖22圖示了三個(gè)模具68、70和72，這些模具具有平行四邊形銑邊，當(dāng)三根銑邊相交時(shí)，這些平行四邊形銑邊形成了平行四邊形支撐74。在圖22中，模具68來自一個(gè)模具陣列，模具70和72來自其他模具陣列。為了便于模具的分開，角β必須選擇得小于120°，角α一般應(yīng)小于或等于90°。如果模具底面是規(guī)則六邊形，角β應(yīng)是120°。如果角α大于90°，各模具可以分開，但芯體將粘在一個(gè)模具中。
圖23圖示了平行四邊形支撐的較佳截面形狀。圖23中，平行四邊形支撐76有兩個(gè)圓角，兩個(gè)90°角。如果支撐76為圓形，α小于90°這條將達(dá)不到，模具將不易分開。
圖24顯示了一個(gè)平行四邊形支撐與另一個(gè)平行四邊形支撐在平行四邊形頂點(diǎn)相交的俯視圖。一上部平行四邊形支撐78由兩個(gè)上部模具和一個(gè)下部模具相遇而形成。一下部平行四邊形支撐80由兩個(gè)下部模具及一個(gè)上部模具相遇而形成。支撐78和80互相連接，它們具有相同的橫截面，但支撐78相對于支撐80旋轉(zhuǎn)了180°。
圖25A到25D圖示了平行四邊形支撐的一些可供選擇采用的橫截面。例如圖25C所示的支撐形狀比圖23所示的形狀難以制作，因?yàn)閳D23所示的設(shè)計(jì)中只要銑兩個(gè)圓角。支撐的長度、直徑、形狀和樹脂材料可以根據(jù)不同的應(yīng)用的強(qiáng)度需要而變化。
象平行四邊形支撐的設(shè)計(jì)一樣，水平支撐的橫截面形狀也必須選擇得使上下模具可以容易地分開。圖26中，兩個(gè)模具90和92具有用來形成一水平支撐的水平凹槽。
圖27展示了一水平支撐94的較佳橫截面形狀。水平支撐94由兩個(gè)模具在線96處相遇而形成。兩個(gè)模具的表面都被刻槽以形成支撐94。
本實(shí)用新型桁架結(jié)構(gòu)芯體的一個(gè)基本優(yōu)點(diǎn)是它可以容易地模制或用金屬?zèng)_壓。在以上任何一種工藝過程中，一系列相鄰的六邊四面體模具被設(shè)置在一平板上，基底與平板接觸，以形成一模具陣列。這個(gè)模具陣然后對準(zhǔn)并移近相對的但是相似的模具陣列，以形成桁架結(jié)構(gòu)。芯體材料被置于相對的模具陣列之間以形成芯體。
圖29A到圖29D示出了一個(gè)上部模具陣列102靠近下部模具陣列104以形成桁架結(jié)構(gòu)芯體的順序。在圖29A到29C中，上部模具106的錐頂103被定位靠近且對準(zhǔn)以插入下部模具107之間的空腔。同樣地下部模具107的錐頂105被定位靠近且對準(zhǔn)以插入上部模具106之間的空腔。如果融熔的塑性流體用來作為芯體材料，它將被注入模具106與107之間的留下的空間，以形成桁架結(jié)構(gòu)的芯體。
如圖29A到29D所示的模具陣列可以將分別從六邊形棒材上切下來的各模具固定在一個(gè)陣列板上而成。模具陣列也可以用電子放電(火花)切割機(jī)從單個(gè)金屬塊制成。無論模具是由電子放電切割機(jī)還是分別制做的，每個(gè)模具都具有相同的形狀。桁架結(jié)構(gòu)芯體可以用金屬由開口模制或沖壓而成，因?yàn)樾倔w中的每個(gè)空腔整個(gè)表面區(qū)域與它的外表面區(qū)域相等；在桁架結(jié)構(gòu)空腔的內(nèi)部沒有另外的表面區(qū)域。結(jié)構(gòu)可以由任何可模制或可擠壓的塑性材料制成。為制造曲線形的結(jié)構(gòu)，可先制做一平面芯體，然后在覆蓋上下覆蓋層之前簡單地彎成所需形狀就可以。
圖30圖示了一用于模制具有中空壁的桁架結(jié)構(gòu)的支架組件。支架組件由一包括相鄰模具陣列的上模112的上模組件108組成，所述相鄰模具的六邊形基底與一上部平板相連。支架組件還具有一包括相鄰、相對模具陣列的下模114的下部模組件110，所述相鄰、相對模具的六邊形基底與一下部平板相連。上下板上的模具都具有平行四邊形銑邊，以允許塑性流體在平行四邊形之間流動(dòng)，從而形成平行四邊形支撐。模具還具有第一三角形銑邊和水平凹槽，以各自形成第一三角形支撐和水平支撐。
上模組件108還包括一滑動(dòng)板120，用以分配塑性流體進(jìn)入正確的位置?；瑒?dòng)板120具有一垂直注射孔116，以便在桁架結(jié)構(gòu)中形成十二點(diǎn)中心轂。融熔的塑性流體通過注射孔116到達(dá)十二點(diǎn)中心轂118，在那里，它被向十二個(gè)方向分布以形成具有平行四邊形和水平支撐的結(jié)構(gòu)。
制造具有實(shí)心平面壁的芯體的實(shí)施例時(shí)，使用沒有銑邊的模具。融熔的塑性流體流過下模114，通過定位上模組件108和上模112而形成正確的形狀。為了用金屬?zèng)_壓，將一塊金屬板置于下模114上，通過向上模108施加向下的壓力來形成正確的形狀。
在芯體模制好以后，脫模板122從上模拉掉垂直塑性材料柱，這些塑性材料柱是由于通過注射孔116注入塑性材料而形成的。一彈性組件124將上模112與下模114以一適當(dāng)?shù)捻樞蚍蛛x。然后頂針126在模分開后通過撞頂位于下部蜂房陣列表面的芯體的頂點(diǎn)而將芯體頂出支架。
上面雖然詳細(xì)描述和圖示了本實(shí)用新型的多個(gè)實(shí)施例，但本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以從中引伸出種種修改的和其他種種改變的實(shí)施例。這種種修改和改變都仍在本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)的范圍以內(nèi)，因此本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍將如下列權(quán)項(xiàng)所述。
權(quán)利要求1.一種結(jié)構(gòu)，包括許多排列成陣列的互相緊鄰空腔12形成的上下陣列表面，每一空腔有一錐頂30和一四面體，其錐頂30與空腔的錐頂30重合，四面體位于六邊形基底24頂部且與其合為一體，六邊形基底有六個(gè)底面頂點(diǎn)29，而且三個(gè)空腔壁26為平行四邊形，每個(gè)平行四邊形有四個(gè)平行四邊形頂點(diǎn)29、30、31、33，每個(gè)平行四邊形的第一平行形頂點(diǎn)30與四面體的錐頂相交(重合)，且相對的第二平行四邊形頂點(diǎn)29與底面頂點(diǎn)29相交(重合)。
2.如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括固定在上部陣列表面上的上部覆蓋層14；和一固定在下部陣列表面上的下部覆蓋層16。
3.一種結(jié)構(gòu)，包括許多排列成陣列的互相緊鄰的空腔12形成的上下陣列表面，每一空腔具有一錐頂67和由多個(gè)平行四邊形支撐63形成的中空壁，每一空腔的形狀為四面體，四面體位于基底頂部且與基底合為一體，基底至少有三個(gè)底面頂點(diǎn)69，而且空腔的三個(gè)中空壁是平行四邊形，每個(gè)具有四個(gè)平行四邊形頂點(diǎn)，每個(gè)平行四邊形的第一平行四邊形頂點(diǎn)67與四面體的錐頂67重合(相交)，且相對的第二平行四邊形頂點(diǎn)69與底面頂點(diǎn)69重合(相交)。
4.如權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括一固定在上部陣列表面的上部覆蓋層14；一固定在下部陣列表面的下部覆蓋層16。
5.如權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括多個(gè)連接平行四邊形壁的相對的第三第四平行四邊形頂點(diǎn)71的水平支撐64。
6.如權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括連接相鄰底面頂點(diǎn)的基底支撐。
7.如權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括六個(gè)中空三角形壁，每個(gè)三角壁由兩個(gè)三角形支撐63、65和兩個(gè)底面頂點(diǎn)69形成，三角形支撐63、65形成三角形壁的兩條邊，三角形壁成對排列，每對三角形壁有一公共的第一、三角形支撐65且每個(gè)三角形壁的第二三角形支撐也就是平行四邊形支撐63。
8.用以制做結(jié)構(gòu)具有多個(gè)側(cè)壁的模具22，包括一模具錐頂30；一具有四面體棱邊27和與模具錐頂30重合的四面體錐頂30的四面體；一位于模具錐頂30的相對端的六邊形基底24，基底24與四面體合為一體，三個(gè)模具側(cè)壁26為具有平行四邊形的平行四邊形，每一平行四邊形壁26的第一平行四邊形頂點(diǎn)30與四面體錐頂30重合，且每個(gè)平行四邊形相對的第二平行四邊形頂點(diǎn)29與底面頂點(diǎn)29重合。
9.如權(quán)利要求8所述的模具32，其特征在于平行四邊形棱邊28被縮小以允許塑性材料在模制過程中在相鄰的棱邊間流動(dòng)。
10.如權(quán)利要求9所述的模具32，進(jìn)一步包括一在平行四邊形壁52上的槽58，該槽連接平行四邊形壁52中的第三平行四邊形頂點(diǎn)與相對的第四平行四邊形頂點(diǎn)。
專利摘要一輕質(zhì)、高強(qiáng)度可模制結(jié)構(gòu)，包括一具有許多相互連接的空腔12的芯體。每一實(shí)心壁包圍的空腔12具有一六邊形底面24，從而結(jié)構(gòu)芯體具有上下表面。每一實(shí)心壁包圍的空腔12具有一獨(dú)特的六邊四面體形狀，其中，一規(guī)則的四面體置于一六邊形基底之上，且與其合為一體?？涨槐诳梢允菍?shí)心的，為了制得更輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)，空腔壁也可以由一系列支撐63、64形成。上下表面可以由覆蓋層14、16覆蓋，使得本結(jié)構(gòu)適用于船殼、真空室和飛行器。
文檔編號E04B2/50GK2052792SQ89208688
公開日1990年2月14日 申請日期1989年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1988年11月2日
發(fā)明者迪克·奧托·魏瑟 申請人:四六股份有限公司