正六边形阵列镂空蜂窝状承载结构

　　做结构设计快十二年，经手的轻量化承载构件里，蜂窝类结构的方案落地率一直不低，这次的正六边形阵列镂空结构，是之前给物流分拣线做防护隔挡、给小型仓储单元做层板支撑时反复迭代过的构型。很多刚入行的工程师做蜂窝结构容易直接照搬正六边形参数，忽略实际安装边界的受力约束，最后做出来的构件要么局部应力集中容易变形，要么镂空率不够达不到减重目标。

　　先讲实际落地的应用场景，这类规整阵列的蜂窝结构，最常用的场景第一类是自动化生产线的侧边防护网，替代传统的钢丝焊接网，整体刚性更好，不会因为长期受设备振动出现焊点脱落的问题，而且正六边形的镂空孔洞边缘都是连续的实体棱边，没有尖锐的焊接毛刺，车间现场安装的时候不会划伤操作人员，日常清理积尘、擦拭设备溅出的切削液也更方便，用高压气枪直接吹就能把缝隙里的碎屑清理干净，不像钢丝网容易卡细小的塑料边角料。第二类场景是小型仓储货架的层板衬芯，把这个蜂窝结构嵌在两层薄钢板之间做夹芯层，比同重量的瓦楞纸衬芯、方格筋衬芯的平面抗压强出至少四成，放零散的五金配件、小型工装夹具的时候，层板不会因为局部长期受压出现凹陷，而且正六边形的阵列是各向受力均匀的，不管是层板中间放重物还是边缘位置放重物，受力都能沿着六边形的棱边分散到整个衬芯结构，不会出现局部应力集中把钢板顶变形的情况。还有一个常用场景是设备通风口的防护格栅，因为正六边形的孔洞通风率比同密度的方格格栅高12%左右，同时棱边的连续结构能保证格栅的抗冲击性，就算车间里有小的工件飞溅撞到格栅上，也不会像薄钢板冲孔格栅那样容易被撞出凹坑，长期使用不需要频繁更换防护件。

　　再讲设计思路，做这个结构的时候首先要确定的是单格正六边形的内切圆直径，这个参数不是随便定的，要匹配安装场景的防护要求：如果是做设备防护网，内切圆直径不能超过12mm，防止操作人员的手指误伸到设备运转区域；如果是做仓储层板衬芯，内切圆直径可以放到25mm，在保证支撑强度的前提下尽可能提高镂空率，降低整体重量；如果是做通风格栅，内切圆直径要根据通风量要求计算，同时要保证能挡住直径10mm以上的飞溅物。然后是棱边的壁厚，这个要结合选用的材料来定，如果是用PP注塑成型，壁厚控制在1.8-2.2mm之间，避免注塑的时候出现缩痕，同时保证足够的韧性；如果是用铝合金挤压成型，壁厚可以做到1.2-1.5mm，利用铝合金的高强度特性进一步减重；如果是用不锈钢板折弯焊接成型，壁厚选0.8-1mm就足够，焊接的时候要注意每个六边形的接点处满焊，不能有虚焊，否则长期受振动容易出现接点断裂。

　　关于外形尺寸和安装边界，这个结构的整体外轮廓是矩形，设计的时候要注意边缘的半格处理，不能把完整的六边形切一半留在边缘，否则边缘的刚性会大幅下降，正确的做法是调整整体的阵列数量，让最外侧的棱边刚好形成连续的矩形外框，外框的壁厚要比内部六边形的棱边厚0.5-1mm，方便打安装孔、固定压条。安装孔的位置要布置在外侧实体框的十字交叉点上，不能打在六边形的镂空区域旁边，否则锁螺丝的时候容易把棱边压裂。如果是多块拼接使用，相邻两块的拼接边要做凹凸止口，止口的深度控制在3-5mm，拼接之后表面平整，不会出现高低差，也不会因为设备振动出现拼接缝隙变大的情况。

　　很多人做蜂窝结构容易忽略受力方向的问题，正六边形阵列虽然是各向同性，但如果是做竖直安装的防护网，要让六边形的一组对边保持水平，这样竖直方向的受力能沿着水平棱边直接传递到上下安装框，不会出现局部棱边受力过大弯折的情况；如果是做水平放置的层板衬芯，六边形的摆放角度不需要特意调整，只要保证外框和层板的边框完全贴合，受力就能均匀分散。另外做三维建模的时候，阵列特征要注意实体合并的问题，所有棱边的交接处要做0.2-0.3mm的圆角过渡，不要留尖锐的直角，一方面是减少应力集中，另一方面如果是注塑或者3D打印成型，圆角过渡能减少成型缺陷，避免拐角处出现开裂。之前有个徒弟做这个结构的时候没做圆角，3D打印的样件在做压力测试的时候，拐角处直接裂开，就是因为直角位置的应力集中系数是圆角的三倍以上，这个细节很多新手容易忽略。

　　还有实际使用中的维护特性，这类连续阵列的蜂窝结构，因为没有封闭的空腔，不管是用在有油污的机加工车间，还是用在有粉尘的仓储区域，都不会出现积液、积粉无法清理的问题，表面做喷塑或者阳极氧化处理之后，耐腐蚀性能也能满足大部分工业场景的要求，不需要做额外的密封处理。如果是用在食品加工生产线的防护场景，选用食品级PP材料注塑成型，表面光滑无死角，能直接用高压水枪冲洗，符合食品生产的卫生要求，比传统的钢丝网、冲孔板更适用。