一种零泊松比柔性蜂窝制造设备的制作方法

本发明属于蜂窝结构加工技术领域，尤其涉及一种零泊松比柔性蜂窝制造设备。

背景技术：

蜂窝结构是一种有多边单元通过镜像和阵列形成的网格结构。目前工业上生产和使用的蜂窝多为六边形蜂窝，其它的包括矩形过拉伸蜂窝、单向柔性蜂窝等，这类蜂窝结构主要是作为支撑，被用在蜂窝夹层结构中，具有良好的比强度和比刚度，其主要制造方法有成形法和拉伸法，而传统的成形法和拉伸法只适用于具有简单网格形状的蜂窝结构加工。

如图1所示，零泊松比柔性蜂窝是一种具有较大变形能力的柔性蜂窝结构，具有特殊的网格形状，其胞元是一种具有两直壁面11和三段斜壁面12的多边结构，如图2所示，采用拉伸法无法实现，而采用传统的齿轮成形方法也存在齿形复杂，成形质量差等缺陷，且齿轮成形并不适用于薄壁材料加工。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种零泊松比柔性蜂窝制造设备，用于解决目前在制造柔性蜂窝时，无法采用拉伸法，也无法发用成形法制成，因此提出一种设备，可以采用成形法制成柔性蜂窝的单层芯材。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种零泊松比柔性蜂窝制造设备，所述零泊松比柔性蜂窝制造设备包括

滚压带，所述滚压带为两个且相对布置形成同步带，所述滚压带具有内齿与外齿，外齿用于挤压箔板材料使得箔片成型；

主动轮和从动轮，所述主动轮和从动轮的外径设有传动齿，传动齿与内齿的齿形相匹配，主动轮和从动轮均设置于滚压带内用于支撑滚压带；

辊压轮，所述辊压轮外径设有辊压齿，辊压齿与内齿相匹配，辊压轮设置于滚压带内用于提供辊压成型的压力；

送料机构，所述送料机构用于将箔板材料从同步带的一端送入，通过主动轮的转动带动滚压带移动从而带动从动轮转动，以及辊压轮的作用下使得箔板材料从同步带的另一端输出后形成柔性蜂窝所需的单层芯材。

本发明优选的是，所述主动轮设置于同步带的输出端，从动轮设置于同步带的送入端。

本发明优选的是，主动轮与从动轮的外径尺寸相同。

本发明优选的是，所述辊压轮分布于两侧的滚压带内，每侧的辊压轮数量均为多个形成辊压轮组。

本发明优选的是，所述辊压轮的外径尺寸小于主动轮/从动轮的外径尺寸。

本发明优选的是，在同步带的送入端设有一定角度的送入口。

本发明优选的是，所述角度的顶点位于滚压带的中间部位，所述顶点与送入口之间的距离为辊压渐进区，所述顶点与输出口之间的距离为成形区，辊压轮设置于成形区。

本发明优选的是，其还包括支持装置，所述支持装置包括前支脚、中支脚和后支脚，前支脚与从动轮连接为从动轮提供支持力，后支脚与主动轮连接为主动轮提供支持力，中支脚与辊压轮连接为辊压轮提供支持力。

本发明优选的是，所述前支脚的高度能够调节，使得连接于前支脚的同步带内的从动轮之间的距离能够调节；后支脚的高度能够调节，使得连接于后支脚的同步带内的主动轮之间的距离能够调节；中支脚的高度能够调节，使得连接于中支脚的同步带内的辊压轮之间的距离能够调节。

本发明优选的是，所述滚压带由橡胶材料制成。

本发明的零泊松比柔性蜂窝制造设备采用可调式渐进辊压设备，其对箔板材料的辊压成形过程是渐进的，避免了齿轮直接辊压产生的压痕、弧弯、扭曲、宽向弯曲等质量问题，具有成形稳定、工艺流程简单等优点，调节辊压轮可以适应不同尺寸的该类异形网格蜂窝的制造。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1为零泊松比柔性蜂窝结构示意图。

图2为零泊松比柔性蜂窝胞元示意图。

图3为本发明的零泊松比柔性蜂窝制造设备。

图4为本发明的滚压带示意图。

图5为图4中的滚压带放大图。

图6为本发明的零泊松比柔性蜂窝制造设备运转示意图。

图7为采用本发明的零泊松比柔性蜂窝制造设备制成的单层零泊松比柔性蜂窝图。

图8为本发明中单层零泊松比柔性蜂窝叠加示意图。

附图标记：

1-直壁面，2-斜壁面；10-滚压带，11-同步带，12-内齿，13-外齿，14-送入口，15-输出口，20-主动轮，30-从动轮，40-辊压轮，50-送料机构，60-支撑装置，61-前支脚，62-后支脚。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

如图1所示为零泊松比柔性蜂窝结构示意图，柔性蜂窝结构具有较好的压缩比，但是制作这样的柔性蜂窝结构无法采用拉伸法进行拉伸，因此只能采用成形法将柔性蜂窝制作成单层芯材之后胶结而成。如图2所示为图1中的柔性蜂窝结构的一个细胞元，从图中可以看到，每个细胞元均由两层的芯材粘接而成，从单层芯材而言，其具有两个直壁面1以及三个斜壁面2，在粘接时先粘接了一处的直壁面之后，第三层的芯材相应的直壁面在与此细胞元中间位置的直壁面粘接，最终可形成柔性蜂窝结构。为了制作单层芯材，本发明特发明了零泊松比柔性蜂窝制造设备。

如图3所示即为本发明的零泊松比柔性蜂窝制造设备，通过用啮合的特殊齿形同步带将箔板材料辊压成柔性蜂窝单层芯材，然后叠层胶接形成柔性蜂窝结构，其主要包括滚压带10、主动轮20和从动轮30、辊压轮40和送料机构50。

滚压带10为两个且相对布置形成同步带11，滚压带10具有内齿12与外齿13，外齿13用于挤压箔板材料使得箔片成型。在本发明中，通过对双面特殊齿形的同步带进行设计以达到成型的目的，双面特殊齿形的同步带采用橡胶带制成，内含纺织层以提高沿同步带长度方向的刚度，避免绷紧后外齿形状失真，同步带11的内、外两面均有齿形，内齿12为普通齿形，用于与齿轮(在本发明中包括主动轮20、从动轮30和辊压轮40)啮合；外齿13为柔性蜂窝单层芯材的形状，可参见上述的图2及图4、图5所示。

参见图6所示，主动轮20和从动轮30的外径设有传动齿，传动齿与内齿12的齿形相匹配，主动轮20和从动轮30均设置于滚压带10内可以用于支撑滚压带10。辊压轮40的外径设有辊压齿，辊压齿也与内齿12相匹配，辊压轮40设置于滚压带10内主要用于为箔板材料成型提供辊压的压力。

送料机构50用于将箔板材料从同步带11的一端送入，通过主动轮20的转动带动滚压带10移动从而带动从动轮30转动，以及辊压轮40的作用下使得箔板材料从同步带的另一端输出后形成柔性蜂窝所需的单层芯材。

在本发明中，主动轮20设置于同步带11的输出端，从动轮30设置于同步带11的送入端。

在本发明中，主动轮20与从动轮30的外径尺寸相同，这样形成的滚压带10的两个面为平行结构。

在本发明中，辊压轮40分布于同步带11两侧的滚压带10内，每侧的辊压轮40的数量均为多个以便形成辊压轮组，辊压轮组较单个辊压轮10可使得辊压之后的箔板材料成型效果更佳。

在本发明中，辊压轮40的外径尺寸小于主动轮/从动轮的外径尺寸，以便放于由主/从动轮撑起的滚压带10内，并且较小的辊压轮10可以放置多个，以实现前述的目的。

在本发明中，在同步带11的送入端设有一定角度的送入口14，一定角度的送入口14不仅使得箔板材料的送入更加方便，还可以形成材料的辊压渐进区。不过需要注意的是，一定角度θ的度数不易太大，优选为小于等于30度角。

在本发明中，角度θ的顶点靠近滚压带10的中间部位，可以适当向送入口14或输出口15移动些位置。顶点与送入口14之间的距离为辊压渐进区，滚压渐进区的设置可以使对箔板材料的挤压不是立即的，而是训训渐进的过程，这样可使箔板材料不至于破环。顶点与输出口15之间的距离为成形区，辊压轮40设置于成形区，成形区是箔板材料的受主要压力的地方。

此外，参见图6，本发明中中还包括支持装置60，支持装置60包括前支脚61、中支脚和后支脚62，前支脚61与从动轮30连接为从动轮30提供支持力，后支脚62与主动轮20连接为主动轮20提供支持力，中支脚(图中未画出)与辊压轮40连接为辊压轮40提供支持力。

前支脚61的高度能够调节，使得连接于前支脚的同步带内的从动轮30之间的距离能够调节；后支脚62的高度能够调节，使得连接于后支脚20的同步带内的主动轮20之间的距离能够调节；中支脚的高度能够调节，使得连接于中支脚的同步带内的辊压轮40之间的距离能够调节。

在本发明中，通过对零泊松比柔性蜂窝制造设备的传动部分进行设计，以达到实现设备的运转的目的。需要理解的是，在本发明中的主动轮20采用同步机构或者同步双驱动系统进行驱动，保证同步带11的进给速度，从动轮30和辊压轮40可以不设置驱动电机，仅依靠内齿12进行转动。主动轮20和从动轮30均设置有轮间距调节功能的支脚上，以适应不同尺寸的柔性蜂窝的加工。

加工时，先将经过表面处理的箔板材料裁成指定宽度，将其一段从送入口14送入。开动机器，主动轮20带动同步带11转动，箔板材料被卷入零泊松比柔性蜂窝制造设备。辊压成形过程分为两个区域：辊压渐进区a1和成形区a2，两区以第一个辊压轮40为界。

首先是辊压渐进区，这一区域内上下同步带之间成一夹角，当铝箔从送入口14进入辊压区时，同步带11的外齿13齿尖开始对箔板材料进行挤压，但并未完全啮合。随着箔板材料进给，啮合程度越来越大，到辊压轮组处完全啮合。

其次是成形区，这一区域内上下同步带之间完全啮合，并由辊压轮组提供夹紧力，进一步将箔板材料压成所需的形状。最终成形好的柔性蜂窝单层芯材从输出口15传出，传出的柔性蜂窝单层芯材如图7所示。

最后，对成形后的柔性蜂窝单层芯材的直壁外侧面涂胶，将涂胶后的单层芯材堆叠，进行胶接固化后形成蜂窝结构，如图6所示。

需要理解的是，为了制作出如图7所示的柔性蜂窝单层芯材，在本发明中的零泊松比柔性蜂窝制造设备的各个零部件的参数可以进行适当调整以适应需要制作的柔性蜂窝的结构尺寸。下面以图1所示的柔性蜂窝参数(α＝40°，β＝28°，l＝2mm，t＝0.05mm，l＝300mm，w＝600mm，h＝300mm)的零泊松比柔性铝蜂窝为例，介绍零泊松比柔性蜂窝制造设备的安装及制造过程。

1、零泊松比柔性蜂窝制造设备的调整

零泊松比柔性蜂窝制造设备包括滚压带10、主动轮20、从动轮30、辊压轮40和送料机构60等，各部件均为可拆卸结构，方便不同参数同步带的安装。

加工前，先取下各主动轮20、从动轮30及辊压轮组，将同步带11套入后分别安装各轮，并调节好轮间距，使得辊压轮组压紧时，同步带11处于绷紧状态。调节从动轮30间距使得送入口14处上、下齿完全不啮合，压紧两辊压轮组。

本例中主动轮20和从动轮30的尺寸为有效轮宽300mm。

加工时，先将经过表面处理并烘干的铝箔裁成300mm宽度，将其一端从送入口14送进。开动机器，主动轮20带动同步11带转动，铝箔被卷入辊压。辊压过程分为两个区域：辊压渐进区a1和成形区a2。

在辊压渐进a1区，上下同步带之间成一夹角θ，当铝箔从送入口14进入辊压区时，同步带11的外齿13齿尖开始对铝箔进行挤压，随着铝箔进给，啮合程度越来越大，直到辊压轮处完全啮合。

辊压渐进区a1包含m＝15个胞元长度，胞元长宽为：

x＝l(4cosα-2sinβ)＝4.25mm

y＝l(2+4sinα+2cosβ)＝12.674mm

由此

在成形区a2，上、下同步带之间完全啮合，并由轮间距为3y的辊压轮组提供夹紧力，经过n＝15个胞元长度的完全啮合，进一步将铝箔压成所需的形状。最终成形好的柔性蜂窝单层芯材从输出口15产出。

2、同步带11的双面特殊齿形尺寸参数

需要制造的柔性蜂窝使用铝箔为材料，且其胞元形状为三段斜壁式，因此需设计对应尺寸形状的双面特殊齿形同步带。同步带11采用橡胶带制成，含有纺织层提高拉伸刚度，其内齿12为普通齿形，与齿轮啮合作为传动；外齿13为柔性蜂窝单层芯材的形状，其参数为α＝40°，β＝28°，l＝2mm。按照渐进成形所需的辊压行程，设计的同步带周长需达到：

c＝2(m+n)y+2πφ＝1012mm

按c/y取整数部分加1为同步带11的外齿胞元数，设计的同步带外齿胞元数为80，其宽度为300mm。

3、对成形后的柔性蜂窝单层芯材进行叠层胶接固化成形。

对柔性蜂窝单层芯材的直壁外侧面涂胶，将涂胶后的单层芯材堆叠，进行固化后形成蜂窝结构。

本发明的零泊松比柔性蜂窝制造设备采用可调式渐进辊压设备，其对箔板材料的辊压成形过程是渐进的，避免了齿轮直接辊压产生的压痕、弧弯、扭曲、宽向弯曲等质量问题，具有成形稳定、工艺流程简单等优点，调节辊压轮可以适应不同尺寸的该类异形网格蜂窝的制造。

以上，仅为本发明的最优具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。