塑料蜂窝及其生产方法和装置与流程

本发明涉及一种塑料蜂窝及其生产方法和装置。

背景技术：

蜂窝材料具有中空结构，所以广泛应用于需要轻量化的场合，比如飞机、动车、汽车零部件、厢式货车的厢板、各种包装材料等等。

蜂窝材料的材质也各种各样，比如铝蜂窝、芳纶蜂窝、纸蜂窝等等。汽车零部件早期多采用纸蜂窝，由于纸蜂窝采用废纸为原料，容易存在气味问题，所以现在有被塑料蜂窝代替的趋势。

塑料蜂窝的生产工艺主要有两种，一种是圆管蜂窝，另一种是折叠蜂窝。

圆管蜂窝的生产工艺比较复杂，首先需要生产一定长度的圆管，而且圆管表面要有一层低熔点成分；圆管排列整齐后，加热使低熔点成分熔化，把圆管粘接在一起，形成大块的蜂窝；使用锯或者电热丝把大块蜂窝切成需要的厚度，得到蜂窝芯，蜂窝芯也可以与上下表皮压在一起生产蜂窝板。这种方式工艺复杂，效率低，成本高。

折叠蜂窝比较有代表性的是鲁汶大学的专利cn118418b，以塑料膜为原料，通过吸塑工艺，在具有特殊造型的辊子上形成排列整齐首尾相连的半封闭的蜂窝形状（半六棱柱），如图1所示，半封闭的蜂窝沿着首尾相连的连接部折叠起来，可以热压成蜂窝芯，也可以与上下表皮一起热压成蜂窝板。由于相邻的两排蜂窝之间呈一定的角度，所以折叠起来比较容易。这种工艺生产效率高，成本较低，在很多国家都有他们的授权生产厂。不过这种方案制作的蜂窝芯不是通透的，每个蜂窝孔都有一端是封闭的，对于有些需要通透蜂窝的场合是不适用的。另外，蜂窝的高度由吸塑辊子决定，生产不同高度的蜂窝需要更换辊子，会比较麻烦。

美国专利us833744介绍了另一种生产折叠蜂窝的方案。首先把塑料膜通过辊子压出带有连续的上平面、下平面和斜坡面的波纹板，然后用相互错开的上下两个方向的刀刃来切割波纹板，上刀刃切断上平面和斜坡面，留下下平面作为折叠连接部，下刀刃切断下平面和斜坡面，留下上平面作为折叠连接部，如图2所示。最后在切割处沿着剩下的下平面和上平面作为折叠连接部进行折叠，得到折叠的蜂窝。这种折叠蜂窝，可以通过热压使两端的蜂窝壁粘接在一起生产出定型蜂窝芯，也可以是两端的蜂窝壁与上下表皮粘接到一起做成蜂窝板。与鲁汶大学的方案所生产的产品不同，这种蜂窝是通透的。另外，由于相邻的蜂窝虽然切开，折叠连接部没有预先形成一定的角度，这种波纹板错位切割的方案存在折叠困难的问题。

技术实现要素：

本申请的目的提供一种塑料蜂窝及其生产方法，解决现有的波纹板错位切割方案所存在的折叠困难的问题。

一种塑料蜂窝，用带有上平面、下平面和斜坡面的波纹板为原料错位切割后折叠而成，其特征在于，上平面切割部位的切断部分包括上平面、斜坡面和部分下平面，由剩下的另一部分下平面作为折叠连接部，下平面切割部位的切断部分包括下平面、斜坡面和部分上平面，由剩下的另一部分上平面作为折叠连接部。

作为改进方案，前述的波纹板中含有增强纤维。

一种塑料蜂窝的生产方法，其特征在于含有如下步骤：

采用带有上平面、下平面和斜坡面的波纹板为原料，用下压块使上平面向上弯曲成屋脊状的曲面、用上压块使下平面向下弯曲成倒屋脊状的曲面；在下平面切割部位，用下刀刃从下压块之间的间隙切割下平面、斜坡面和部分上平面，剩下另一部分上平面作为折叠连接部，在上平面切割部位，通过与下刀刃错开的上刀刃从上压块之间的间隙切割上平面、斜坡面和部分下平面，剩下另一部分下平面作为折叠连接部；在下平面切割部位，让上平面的折叠连接部下降实现两侧的波纹板向上翻折，在上平面切割部位，让下平面的折叠连接部上升实现两侧的波纹板向上翻折。

一种优选方案，波纹板上的沟槽走向与材料的长度方向相一致，上下压块压紧波纹板后、上下刀刃沿着材料的宽度方向运动进行切割。

另一种优选方案，波纹板上的沟槽走向与材料的长度方向相垂直，上下压块压紧波纹板，并带动波纹板沿着材料的长度方向运行，经过上下刀刃时被切割。

塑料蜂窝的制造装置，其特征在于，包含位于波纹板上平面下方的下压块，位于波纹板下平面上方的上压块，下压块的顶部带有屋脊状凸起，上压块的底部带有倒屋脊状凸起；还包含相互错开的上下刀刃，上刀刃位于波纹板上方、可从上压块之间的间隙垂直于波纹板沟槽走向切断上平面、倾斜面和部分下平面，下刀刃位于波纹板下方、可从下压块之间的间隙垂直于波纹板沟槽走向切断下平面、倾斜面和部分上平面。

进一步的，下压块的顶部具有与屋脊状凸起走向相垂直的v字型的缺口，该v字型的缺口与上压块错开；上压块的底部具与倒屋脊状凸起走向相垂直的倒v字型的缺口，该倒v字型的缺口与下压块错开；下压块上行到位后，v字型缺口的底部低于上刀刃运行时所能切割到的最低点；上压块下行到位后，倒v字型缺口的顶部高于下刀刃运行时所能切割到的最高点。

一种优选方案，，在材料的宽度方向上，每排上压块固定在一根横梁上，每排下压块固定在一根的横梁上；上刀刃位于上压块之间的间隙，下刀刃位于下压块之间的间隙，上刀刃和下刀刃各为一组沿着材料长度方向排列、沿着材料宽度方向往复运动的圆片状的旋转刀，切割方向为材料的宽度方向。

另一种优选方案，在材料的长度方向上，每排上压块和下压块都分别固定在一条皮带或链条上；上刀刃位于上压块的间隙，下刀刃位于下压块之间的间隙，上刀刃和下刀刃各为一组沿着材料宽度方向排列而位置固定的圆片状的旋转刀，切割方向为材料的长度方向。

另一种优选方案，上压块和下压块都各分成两组，第一组上压块和下压块夹住波纹板，并带动波纹板前行的时候，第二组上压块和下压块松开波纹板，并返回到后面去准备再次夹紧波纹板；上刀刃位于上压块的间隙，下刀刃位于下压块之间的间隙，上刀刃和下刀刃各为一组沿着材料宽度方向排列而位置固定的圆片状的旋转刀，切割方向为材料的长度方向。

本申请的方案，在下平面切割部位，除了切断下平面和斜坡面，还额外切割了部分上平面；在上平面切割部位，除了切断上平面和斜坡面，还额外切割了部分下平面；所以折叠连接部的宽度减小了，折叠过程中需要克服的阻力也减小了，降低了折叠难度。

为了实现下切割部位部分切断上平面，采用下压块使上平面变成屋脊形状，使下刀刃的切割深度更容易控制。如果没有压块使上平面变形，即使想保留完整的上平面作为弯折部，也存在切割深度不容易控制的问题。如果切割深度不够，有部分斜坡面没有切断，折叠起来更加困难；如果切割深度太大，可能使上平面完全切断，也就是整个波纹板在此处完全切断，不能实现连续的折叠操作。所以恰好切断斜坡面的理想情况是难以实现的。在本申请的方案中，上平面被压块顶起成屋脊形状，拱起的高度超过材料厚度的4倍（从附图上估计，实际根据材料的具体要求而不同），所以切割深度即使有一点误差，也不过是上平面被切开的比例有一点波动，基本不会发生斜坡面没有切断和上平面完全切断的情况。

为了使上平面受压后变成屋脊形状，上平面之下的下压块的顶部设计成屋脊形状的凸起也是非常容易理解的。这里的屋脊走向，当然是与波纹板的沟槽走向相一致，也就是上平面的长度方向。

采用旋转的圆片状的刀，相对于图2中所示意的刀片，可以提高切割的速度，而且刀刃的运行阻力更小、切口更光滑。

虽然上刀刃位于上压块的间隙，但是与下压块是正对的，为了避免上刀刃与下压块的冲突，把下压块与上刀刃相对应的位置设置上v字型的缺口。下压块上v型缺口的深度，恰好可以避开顶部的切割刀刃，使波纹板在受压变形下被切割。当然，也可以把下压块设计成从v字型缺口处一份为二，相对于这种设计成两块彼此分离的压块的方案，v字型缺口的方案充分利用了两个上刀刃之间的空间，减少了零件数量，压块的加工和装配更方便，设备结构更简单。

压块在垂直于波纹板的沟槽延伸方向上，每一排固定在一根横梁上，可以便于每一排压块统一控制。通过调整每一排横梁之间的距离，还可以调整切割刀刃之间的距离，进而调整折叠后的蜂窝的高度。相对于吸塑折叠蜂窝需要更换吸塑的模具辊子来调整蜂窝高度来说，这种调整方式就简单多了。

波纹板上的沟槽延伸方向与材料的长度方向相同是一种优选方案，波纹板前进到位后，上下压块夹紧，使上平面和下平面变形，上下刀刃横向移动，实现错位切割。然后，上下压块松开，切好的波纹板进入到折叠工序，没有切割的波纹板再次到达切割位置，周而复始。由于沟槽延伸方向为材料的长度方向，所以上下压块可以不用抬起很高，也不会耽误波纹板的向前移动。这种方案之下，波纹板可以用辊子挤压塑料膜实现，也可以从挤出机直接挤出，波纹板的生产与错位切割工序的衔接更好。这个方向，与美国专利us833744（如图2所示）是一致的。这种方案的问题是，波纹板每次前进的距离需要精确控制，否则可能存在靠近边缘的部位因本次切口和相邻的上次切口之间的距离差异，导致蜂窝高度差异。

波纹板上的沟槽延伸方向与材料的长度方向相垂直，是另一种优选方案，也有很大的优势。波纹板在上下压板的夹持之下向前运行，在到达切割部位之前上下压块到位，经过上下切割刀刃，实现切割。材料继续前行，上下压块离开材料返回到初始位置，整个过程是连续进行的。在这种方式之下，上下切割刀刃可以是固定在原地不动的旋转圆片刀，借助于材料的前行来实现切割，不必像上一种情况那样，刀刃必须沿着材料的宽度方向往复运动。因为上下切割刀刃的位置固定，所以切割的间距可以保证，不会因为每一次材料前进的尺寸差异而导致两次落刀之外最后一节材料长度变化。而且，波纹板沟槽的走向与材料的长度方向相垂直，波纹板可以很方便的折叠和堆积。如果采用膜材压制成波纹板，采用带有轴向沟槽的辊子，这个方向也是容易实现的。

把沿着沟槽方向的每一排压块固定在纵向运行的皮带或链条上，可以实现压块的循环使用，从而实现连续生产。设计成两组接力的方式，也是一种实现的方式。

附图说明

图1为现有的吸塑折叠蜂窝示意图；

图2为现有的错位切割折叠蜂窝示意图；

图3为现有的错位切割折叠蜂窝的下切割部位剖面图；

图4为现有的错位切割折叠蜂窝的折叠后俯视图；

图5为本申请的错位切割折叠蜂窝的下切割部位剖面图；

图6为本申请的错位切割折叠蜂窝的折叠后俯视图；

图7为本申请的错位切割折叠蜂窝在压块作用下的变形示意图；

图8为本申请的错位切割折叠蜂窝在压块作用下的下切割部位剖面图；

图9为本申请的错位切割折叠蜂窝的压块装置俯视图；

图10为图9的a-a剖面示意图；

图11为图9的b-b剖面示意图；

图12为上切割刀刃与图9的b-b剖面配合状态示意图；

图13为下切割刀刃与图9的b-b剖面配合状态示意图；

图14为本申请的错位切割折叠蜂窝的另一种压块装置俯视图。

具体实施方式

对照例1

对应于鲁汶大学的专利cn118418b，塑料膜开卷后，经过排列有半六棱柱型的吸塑成型辊，得到如图1所示的半六棱柱形状的成型体，首尾相连的半六棱柱的顶面和底面以一定的角度相互连接在一起。沿着这些连接线折叠，使所有的半六棱柱直立起来，得到六边形的蜂窝。这里的蜂窝不是通透结构，至少有一个顶或者底被塑料膜封闭。

折叠的过程中，因为原有的半六棱柱的顶面和底面有一定的角度，所以比从完全平坦的状态折叠要容易一些，不过需要折叠的翻折线长度是整个材料宽度。

对照例2

对应于美国专利us833744，塑料膜开卷后，经过圆周方向带有凸起的辊子，制成沟槽走向与材料长度方向一致的波纹板。波纹板在运行到切割位时，被上下错开的刀刃切割，如图2所示。在上平面切割位，上刀刃切断上平面、斜坡面，在下平面切割位，与上刀刃错开的下刀刃切断下平面、斜坡面。下平面切割位的波纹板剖面图如图3所示，上平面切割位的剖面图为图3上下翻转后的镜像。切割完成后，进行折叠：在上平面切割位，未切断的下平面连接部上升，两侧下降；在下平面切割位，未切断的上平面连接部下降，两侧上升，使波纹板的沟槽走向从前后走向变成上下走向。然后经过热压工序，上下两个端面被熔化，使相邻的蜂窝壁粘接在一起，得到定型的蜂窝芯。当然也可以与上下表皮粘接在一起，得到蜂窝板。

如果希望蜂窝的高度为10mm，则相邻上刀刃之间的间距为20mm，相邻下刀刃之间的间距也是20mm，二者相互错开，上刀刃与相邻的下刀刃之间的距离为10mm，从而保证翻折后的蜂窝厚度为10mm。

切割过程中，需要精确控制切割的深度，如果切割深度太小，斜坡面有未切开的部分，会大大增加折叠的难度，如果切割深度太大，需要保留的上平面连接部或下平面连接部被切断，波纹板就会从该部位完全断开，使折叠过程不能顺利地连续进行。

折叠成蜂窝后的俯视图如图4所示，从图中可以看出，即使切割过程恰到好处，需要弯折的翻折线（上平面切割位下平面连接部、下平面切割位上平面连接部的宽度）长度大概占到波纹板总宽度的1/3，而且没有对照例1中那种在吸塑过程中提前形成的折痕，所以折叠操作进行起来有一定的困难。

实施例1

为了降低折叠的难度，我们的方案是减少切割后需要折叠部位的上平面或下平面连接部的宽度，也就是翻折线长度。下平面切割位的波纹板剖面如图5所示，折叠后的俯视图如图6所示。从图5来看，下平面切割位的下平面和斜坡面完全切断，上平面被切割了2/3，留下了1/3宽度的上平面连接部，所以折叠过程中的难度大概降低到对照例2的1/3。折叠后的蜂窝形状与对照例2并没有显著差别，只不过上下表面尚未断开的上平面连接部和下平面连接部宽度减小了，在经过热定型之后，蜂窝的上下表面全部熔化并粘接到一起，蜂窝上几乎看不出区别。

与对照例1相比，折叠的宽度更是变为原来的1/9左右，考虑到对照例1中需要折叠的部位预先有一定的成型角度，所以本实施例的折叠难度不能变为对照例1的1/9，但是也要比对照例1小很多。

这种蜂窝的生产方法如下：

塑料膜开卷，经过带有圆周方向凸起的辊子，制成沟槽走向与材料长度方向一致的波纹板。波纹板在切割时被上下压块压紧，上平面向上弯曲变成屋脊形状的曲面、下平面向下弯曲呈倒立的屋脊形状的曲面，倾斜面在两侧的上平面和下平面的拉伸之下也会发生相应的变化，此时的波纹板剖面形状如图7所示。在上平面切割位，在波纹板上面沿着材料宽度方向运行的上刀刃切断上平面、斜坡面和部分已经被上压块压成倒立的屋脊形状的下平面；在下平面切割位，在波纹板下面沿着材料宽度方向运行的下刀刃切断下平面、斜坡面和部分已经被下压块压成屋脊形状的上平面。下切割部位的剖面图如图8所示。这里重点强调上平面切割位的下平面和下平面切割位的上平面，是因为部分切割远比完全切割要困难，也是本申请的核心。与之对应的，上平面切割位的上平面和下平面切割位的下平面是完全切断的，其实这两个部位是否变形对于切割难度来说几乎没有影响。

其实，采用上述的上下平面压成曲面再切割的方案，如果用来实现对照例2中的斜坡面完全切割，也会大大降低切割精度的要求。反过来，如果采用对照例2中的方式来实现本实施例中的上下平面部分切割，除非采用上下平面的厚度被部分切割的方式，几乎是不可能的，因为上下平面保持平坦的情况下实现部分切割对精度的要求太高了。

该方案在错位切割时所用的装置主要包括上下压块和上下刀刃。

为了描述方便，以附图9为例，波纹板从带有断开线的长度方向运行，位于波纹板下平面之上的为上压块，在5条下平面之上均设有上压块，共有5排，每排上压块连接在上面的一根横梁上。位于波纹板上平面之下的为下压块，在6条上平面之下均设有下压块，共有6排，每排下压块连接在下面的一根横梁上。

从图10上可以看到，上压块的底部和下压块的顶部均具有沿着波纹板沟槽走向的剖面接近半圆型的凸起（也就是前面所述的屋脊形状），上下压块到位后，波纹板的上平面被向上顶、下平面被向下压。

从图11上可以看到，下压块的顶部具有v字型缺口，该缺口对应于下压块所连接的横梁，与上压块所连接的横梁错开（也就是与上压块错开）。

从图12上可以看出，上刀刃从两根上横梁中间的空白区经过，上刀刃与下压块上的v字型缺口相对应。此剖切位置是一个上平面的平分线，也是上平面弯曲后的最高点，所以上刀刃能够完全切断此处的上平面，而且上刀刃到下压块的v字型缺口最深处还有一点安全距离，可以防止上刀刃碰到下压块而受损。

从图13上可以看出，下刀刃从两根下横梁之间的空白区经过，恰好避开下压块，而且位置与上横梁向对应。由于此处是上平面弯曲后的最高点，所以下刀刃切割不到，从而留下部分上平面作为折叠的连接部，以便于折叠操作的连续进行。

实施例2

在本例中，波纹板的方向与实施例1不同，这里的波纹板沟槽走向与材料的长度方向相垂直。波纹板的生产仍然可以采用辊子热压塑料膜来进行，不过辊子上的凸起方向不是圆周方向了，而是轴向延伸，两个辊子类似齿轮互相咬合，塑料膜经过辊子后，波纹板的上平面、斜坡面、下平面一条一条地依次生产出来。

波纹板的运行方向，如图14所示。在错位切割时，上下压块夹紧材料，使上平面和下平面发生弯曲变形；上下压块带着被夹紧的波纹板向前移动，上下刀刃不需要前后移动就可以完成切割。切割完后，上下压块松开，返回到开始夹紧的位置，夹紧未切割的波纹板，继续前行，完成切割。

这里的上压块和下压块可以设置在连续运行的链条或皮带上，随着链条或皮带的运行，被上压块和下压块夹紧并压变形的波纹板与上刀刃和下刀刃相遇，完成错位切割。只有上刀刃和下刀刃位置对波纹板的受压程度有严格的要求，所以只要能够确保此位置的上压块和下压块与下刀刃和上刀刃的相对高度即可。切割位置之前和之后的压块只是为了材料的定位和移动。

另外，上压块和下压块也可以设计成两组接力的方式。一组上下压块在初始夹紧位启动夹紧动作，使上平面和下平面受压变形，并把波纹板向前传送，在传送过程中经过上下刀刃完成错位切割，到达压块松开位；与此同时，另一组上下压块从压块松开位启动松开动作，上下压块分开之后，返回到初始夹紧位。这样经过两组上下压块的接力传送，也能够顺利完成错位切割，并能够实现降低折叠连接部宽度的目标，不过因为两组压块需要往返运行，如果实现切割完全匀速稍微有一点困难。

切割之后的波纹板进行折叠，然后定型做成蜂窝芯，或者与上下表皮一起热压成蜂窝板。

使用这种波纹板错位切割的方式来生产折叠蜂窝（包括对照例2和实施例1、实施例2），波纹板可以含有增强纤维，所以做出来的蜂窝材料具有更好的强度。增强纤维可以是玻璃纤维，含有玻璃纤维的波纹板，可以是单丝短切玻璃纤维与塑料膜热压而成。这里的单丝短切玻璃纤维，可以使湿法工艺生产的薄毡。更优选的方案，湿法薄毡不是各向同性的，对应于蜂窝高度方向（也就是沟槽走向）上的玻纤更占优势。

而鲁汶大学的吸塑折叠蜂窝，不能做出含有增强材料的蜂窝，因为吸塑过程中材料的变形太大，存在增强纤维的情况下，吸塑效果会大打折扣。其实吸塑导致的局部变形大的问题，在一定程度上也会导致蜂窝强度指标的下降。