CN110735479A - 基于增材制造增强的铸钢件及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于增材制造增强的铸钢件及其加工方法，所属土木工程结构技术领域，包括基钢件，基钢件上设有连接节点组件，连接节点组件与基钢件间设有与连接节点组件相嵌套式限位连接固定的支撑管柱，支撑管柱与基钢件间设有与基钢件相插嵌式连接固定的过渡连接板。连接节点组件包括连接节点柱体，连接节点柱体上设有一对与连接节点柱体呈一体化且镜像对称式分布的限位耳板，连接节点柱体下端设有与支撑管柱相嵌套式限位连接固定的连接限位圆台。具有结构强度高、加工便捷和使用寿命长的特点。提高了细部构造的强度，保证了内力流的有效传递，加强了局部受力性能，完善了铸钢件的整体受力性能。
Description
技术领域
本发明属于土木工程结构技术领域，具体涉及一种基于增材制造增强的铸钢件及其加工方法。
背景技术
随着社会的发展进步，越来越多造型复杂的大跨度空间结构和高层建筑在我国出现，对于一些造型复杂的钢结构建筑，在造型和力学性能复杂的部位必须使用铸钢件才能达到建筑性能和结构力学性能要求，以满足社会和经济效益。铸钢件的形式灵活多样，力学性能安全可靠，在土木工程结构中，其应用形式主要以铸钢节点为主。
一方面，铸钢件形式虽然灵活多样，但是其设计冗余度偏大，存在材料浪费，且增加了结构自重。因此，铸钢件的设计优化空间大；另一方面，优化技术特别是拓扑优化技术发展了多年，已经在我国的建筑设计和结构设计中有所应用，这种技术也可以用于节点和构件的优化，通过铸造来生成优化后的节点和构件。但是，优化生成的节点和构件存在很多细部构造，通过铸造来实现这些细部构造，无法保证材性，存在安全隐患。因此，优化后的节点和构件难以用于实际工程。此外，增材制造（3D打印）技术已经在我国各行业应用，特别是激光3D打印金属的技术，有望代替铸造技术来生成形式灵活多样，材质优的金属节点和构件。但是，由于设备价格高昂，通过这种技术制作整个节点和构件，成本将十分高。
发明内容
本发明主要解决现有技术中存在加工复杂、材料结构强度低和使用周期短的不足，提供了一种基于增材制造增强的铸钢件及其加工方法，其具有结构强度高、加工便捷和使用寿命长的特点。提高了细部构造的强度，保证了内力流的有效传递，加强了局部受力性能，完善了铸钢件的整体受力性能。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种基于增材制造增强的铸钢件，包括基钢件，所述的基钢件上设有连接节点组件，所述的连接节点组件与基钢件间设有与连接节点组件相嵌套式限位连接固定的支撑管柱，所述的支撑管柱与基钢件间设有与基钢件相插嵌式连接固定的过渡连接板。所述的连接节点组件包括连接节点柱体，所述的连接节点柱体上设有一对与连接节点柱体呈一体化且镜像对称式分布的限位耳板，所述的连接节点柱体下端设有与支撑管柱相嵌套式限位连接固定的连接限位圆台。
作为优选，所述的基钢件包括基块板本体，所述的基块板本体内设有若干与基块板本体呈一体化且呈扇形分布的连接增材筋板。
作为优选，所述的限位耳板上设有横梁连接螺栓孔。
作为优选，所述的限位耳板与连接节点柱体间设有耳板加强筋板。
作为优选，所述的耳板加强筋板上方设有与连接节点柱体呈一体化的连接限位插槽。
作为优选，所述的连接限位插槽两端均设有若干与连接节点柱体上端面呈一体化的压板固定螺栓孔。
作为优选，所述的连接限位插槽横截面呈“U”形结构。
作为优选，所述的基于增材制造增强的铸钢件的加工方法按如下操作步骤：
第一步：首先采用铸造模具将基块板本体和连接节点柱体进行铸造成型，基块板本体和连接节点柱体铸造成型后在机加工打磨外圆和倒角。
第二步：接着将机加工后的基块板本体和连接节点柱体进行热处理。
第三步：通过金属粉末3D打印在基块板本体上生成连接增材筋板，通过金属粉末3D打印在连接节点柱体上生成限位耳板和耳板加强筋板。
第四步：将连接节点组件在磨床上加工连接限位插槽，然后在钻床上完成横梁连接螺栓孔和压板固定螺栓孔的加工过程。
第五步：最后完成连接节点组件与支撑管柱进行嵌套式剖口焊接，过渡连接板与支撑管柱、过渡连接板与基钢件的一体化焊接作业。
作为优选，焊接先采用点焊定位，再采用氩弧焊进行多层次的环形焊接。
作为优选，热处理通过加热、保温和冷却的金属热加工工艺使得基块板本体和连接节点柱体洛氏硬度为HRC 28～33HRC。
本发明能够达到如下效果：
本发明提供了一种基于增材制造增强的铸钢件及其加工方法，与现有技术相比较，具有结构强度高、加工便捷和使用寿命长的特点。提高了细部构造的强度，保证了内力流的有效传递，加强了局部受力性能，完善了铸钢件的整体受力性能。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中的基钢件的俯视结构示意图。
图3是本发明中的连接节点组件的侧视结构示意图。
图4是本发明中的连接节点组件的俯视结构示意图。
图中：连接节点组件1，支撑管柱2，过渡连接板3，基钢件4，基块板本体5，连接增材筋板6，横梁连接螺栓孔7，限位耳板8，连接限位插槽9，耳板加强筋板10，连接节点柱体11，连接限位圆台12，压板固定螺栓孔13。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：如图1-4所示，一种基于增材制造增强的铸钢件，包括基钢件4，基钢件4包括基块板本体5，基块板本体5内设有4块与基块板本体5呈一体化且呈扇形分布的连接增材筋板6。基钢件4上设有连接节点组件1，连接节点组件1与基钢件4间设有与连接节点组件1相嵌套式限位连接固定的支撑管柱2，支撑管柱2与基钢件4间设有与基钢件4相插嵌式连接固定的过渡连接板3。连接节点组件1包括连接节点柱体11，连接节点柱体11上设有一对与连接节点柱体11呈一体化且镜像对称式分布的限位耳板8，限位耳板8上设有横梁连接螺栓孔7。限位耳板8与连接节点柱体11间设有耳板加强筋板10。耳板加强筋板10上方设有与连接节点柱体11呈一体化的连接限位插槽9。连接限位插槽9横截面呈“U”形结构。连接限位插槽9两端均设有2个与连接节点柱体11上端面呈一体化的压板固定螺栓孔13。连接节点柱体11下端设有与支撑管柱2相嵌套式限位连接固定的连接限位圆台12。
基于增材制造增强的铸钢件的加工方法按如下操作步骤：
第一步：首先采用铸造模具将基块板本体5和连接节点柱体11进行铸造成型，基块板本体5和连接节点柱体11铸造成型后在机加工打磨外圆和倒角。
第二步：接着将机加工后的基块板本体5和连接节点柱体11进行热处理。热处理通过加热、保温和冷却的金属热加工工艺使得基块板本体5和连接节点柱体11洛氏硬度为HRC30。
第三步：通过金属粉末3D打印在基块板本体5上生成连接增材筋板6，通过金属粉末3D打印在连接节点柱体11上生成限位耳板8和耳板加强筋板10。
第四步：将连接节点组件1在磨床上加工连接限位插槽9，然后在钻床上完成横梁连接螺栓孔7和压板固定螺栓孔13的加工过程。
第五步：最后完成连接节点组件1与支撑管柱2进行嵌套式剖口焊接，过渡连接板3与支撑管柱2、过渡连接板3与基钢件4的一体化焊接作业。焊接先采用点焊定位，再采用氩弧焊进行多层次的环形焊接。
综上所述，该基于增材制造增强的铸钢件及其加工方法，具有结构强度高、加工便捷和使用寿命长的特点。提高了细部构造的强度，保证了内力流的有效传递，加强了局部受力性能，完善了铸钢件的整体受力性能
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。
Claims (10)
1.一种基于增材制造增强的铸钢件，其特征在于：包括基钢件（4），所述的基钢件（4）上设有连接节点组件（1），所述的连接节点组件（1）与基钢件（4）间设有与连接节点组件（1）相嵌套式限位连接固定的支撑管柱（2），所述的支撑管柱（2）与基钢件（4）间设有与基钢件（4）相插嵌式连接固定的过渡连接板（3）；所述的连接节点组件（1）包括连接节点柱体（11），所述的连接节点柱体（11）上设有一对与连接节点柱体（11）呈一体化且镜像对称式分布的限位耳板（8），所述的连接节点柱体（11）下端设有与支撑管柱（2）相嵌套式限位连接固定的连接限位圆台（12）。
2.根据权利要求1所述的基于增材制造增强的铸钢件，其特征在于：所述的基钢件（4）包括基块板本体（5），所述的基块板本体（5）内设有若干与基块板本体（5）呈一体化且呈扇形分布的连接增材筋板（6）。
3.根据权利要求1所述的基于增材制造增强的铸钢件，其特征在于：所述的限位耳板（8）上设有横梁连接螺栓孔（7）。
4.根据权利要求1所述的基于增材制造增强的铸钢件，其特征在于：所述的限位耳板（8）与连接节点柱体（11）间设有耳板加强筋板（10）。
5.根据权利要求4所述的基于增材制造增强的铸钢件，其特征在于：所述的耳板加强筋板（10）上方设有与连接节点柱体（11）呈一体化的连接限位插槽（9）。
6.根据权利要求5所述的基于增材制造增强的铸钢件，其特征在于：所述的连接限位插槽（9）两端均设有若干与连接节点柱体（11）上端面呈一体化的压板固定螺栓孔（13）。
7.根据权利要求5所述的基于增材制造增强的铸钢件，其特征在于：所述的连接限位插槽（9）横截面呈“U”形结构。
8.根据权利要求1所述的基于增材制造增强的铸钢件的加工方法，其特征在于按如下操作步骤：
第一步：首先采用铸造模具将基块板本体（5）和连接节点柱体（11）进行铸造成型，基块板本体（5）和连接节点柱体（11）铸造成型后在机加工打磨外圆和倒角；
第二步：接着将机加工后的基块板本体（5）和连接节点柱体（11）进行热处理；
第三步：通过金属粉末3D打印在基块板本体（5）上生成连接增材筋板（6），通过金属粉末3D打印在连接节点柱体（11）上生成限位耳板（8）和耳板加强筋板（10）；
第四步：将连接节点组件（1）在磨床上加工连接限位插槽（9），然后在钻床上完成横梁连接螺栓孔（7）和压板固定螺栓孔（13）的加工过程；
第五步：最后完成连接节点组件（1）与支撑管柱（2）进行嵌套式剖口焊接，过渡连接板（3）与支撑管柱（2）、过渡连接板（3）与基钢件（4）的一体化焊接作业。
9.根据权利要求8所述的基于增材制造增强的铸钢件的加工方法，其特征在于：焊接先采用点焊定位，再采用氩弧焊进行多层次的环形焊接。
10.根据权利要求8所述的基于增材制造增强的铸钢件的加工方法，其特征在于：热处理通过加热、保温和冷却的金属热加工工艺使得基块板本体（5）和连接节点柱体（11）洛氏硬度为HRC28～33。
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