[发明专利]设计和制造精确折叠的高强度的抗疲劳的结构物的方法和用于该结构物的板材

说明书

本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2003/030248，国际申请日为2003年9月26日，进入中国国家阶段的申请号为03825318.6，名称为“设计和制造精确折叠的高强度的抗疲劳的结构物的方法和用于该结构物的板材”的发明专利申请的分案申请。 

相关的申请 

本申请是在2002年9月26日提交、申请号为10/256,870、题目为METHOD FORPRECISION BENDING OF SHEET OF MATERIALS，SLIT SHEETS ANDFABRICATION PROCESS的一共同待审批的专利申请的基础上的一部分续展申请，而那个申请又是在2000年8月17日提交、申请号为09/640,267、题目为METHOD FOR PRECI SION BENDING OF A SHEET OF MATERIAL AND SLITSHEET THEREFOR的一共同待审批的专利申请，即现在的美国专利6,481,259的基础上的一部分续展申请。 

技术领域

本发明总地涉及板材的设计和精确折叠以及用板材制造结构物。更具体地说，本发明涉及为能够进行精确的折叠所用的设计、备料和制造过程，包括但不限于准备板材的方法，以及涉及这样的工艺在把二维的板材快速地折叠成三维的高强度的抗疲劳的结构物或部件这方面的使用。 

背景技术

弯曲板材过程中通常遇到的问题是：由于弯曲允差的变化和允差误差的累积， 弯曲部位很难被控制。例如，在电子设备外壳的成形中，是在一定的允差范围内沿着一条第一弯折线弯曲金属薄板。但是，第二个弯曲处往往是根据第一个弯曲处定位，因此可能有误差的累积。制造一个电子设备的机架或外壳可能需要做三个或更多个弯曲，所以，在进行弯曲时累积的误差的影响可能相当大。而且，根据弯曲加工的设备、弯曲加工的工具以及操作者的熟练程度，可能做到的允差的变化范围是很大的。 

解决这一问题的一种办法一直是力图采用细长的切缝(slitting)或开槽(grooving)来控制板材的弯曲位置。可以用计算机数字控制(CNC)设备控制诸如激光、高压水枪、冲压机、刀具或其它工具之类的切缝或凹槽加工设备，在板材坯件上精确地加工出切缝或凹槽。 

参照图1，所示的板材21上有多个切缝或凹槽23，它们沿着一条拟定的弯折线25以一定的间隔成一直线。每两个沿纵向相邻的切缝或凹槽23之间是板的缝间弯折条缝间弯折条27，其在板材21弯曲时将产生塑性变形。缝间弯折条27把被弯曲的板保持为一个整体。在采用不穿透板材21的凹槽时，每一凹槽底下的材料也起到把被弯曲的板保持为整体的作用。 

可以把板材21上的切缝或凹槽23的位置沿着拟定的弯折线25定位在相当严紧的允差范围内。因此，在开出切缝或凹槽23之后弯曲板材21时，弯曲将发生在非常靠近拟定的弯折线25的位置。由于在平板上可以精确地加工出切缝，与用折板机进行折板时的那种后一个弯曲处按照前一个弯曲处定位的弯曲过程相比，这种弯曲过程中的累积误差小得多。 

然而，沿着开出的切缝或凹槽23进行弯曲也有其问题。首先，由于缝间弯折条27的塑性变形，其中有应力，其两端还有应力集中。对于凹槽的情况来说，凹槽背面底下或凹槽背面上的材料的应力集中更大。缝间弯折条27处和/或切缝或凹槽23的背面可能发生断裂。加之，切缝或凹槽23未必能使缝间弯折条27直接沿着拟定弯折线25弯曲，而且开出凹槽的过程很慢，特别是在铣削或定点切割V形凹槽时，各个断续的凹槽可能不一致。所以，预先开出凹槽的工艺在工业上未得到广泛应用。 

从图1A和1B可以看出，如果板材21上加工出了分别由23a和23b所指的切缝或凹槽，那么，在弯曲时缝间弯折条27a和27b将承受塑性变形并有残余应力。 当然，对于切缝23a，材料是被沿着切缝的长度完全切除了。而对于V形凹槽23b，在凹槽23b和弯曲处的凸的外表面之间有被减薄的部分29，其也将承受塑性变形并且应力很高。用V形凹槽的弯曲处通常是凹槽23b闭合起来，凹槽的两个侧面靠在一起，如图1B所示。如果对图1A和1B的弯曲处施加垂向力Fv和/或水平力Fh，由于切缝或凹槽的削弱作用，塑性变形的缝间弯折条27和减薄的部分29都将承受相当大的应力。与不用切缝或凹槽的弯曲过程相比，在较小的外力作用下就可能发生结构损坏。