CN115255814B - 钢壳空间不可展曲面装饰板单元制作方法 - Google Patents

Abstract

提供一种钢壳空间不可展曲面装饰板单元制作方法，包括如下步骤：立体建模后展开并细分曲面展开图‑预留工艺量数控精切下料‑激光划线‑加工V形槽并按线折弯‑用圆弧面检测样板及角度样板检测曲面并用火焰矫形修正‑设计板单元胎架‑使用工艺隔板和配重块精调‑组装加强肋并与相邻板单元预拼。本发明通过设置专用板单元胎架、内撑工艺隔板、配重块、专用圆弧面检测样板以及角度样板，并开设V形槽，提高了制作效率，有效控制了空间不可展曲面装饰板单元线形精度，满足景观性要求，适用于各种空间不可展曲面装饰板单元制作；具备推广应用价值。

Description

钢壳空间不可展曲面装饰板单元制作方法

技术领域

本发明属于桥梁钢塔制作技术领域，具体涉及一种钢壳空间不可展曲面装饰板单元制作方法。

背景技术

以往国内大型桥梁钢塔节段角部多为矩形平面构造,随着交通科技的快速发展进步，桥梁钢塔设计、制造在保持功能不变的基础上，钢塔的景观性要求日益提升,圆弧角壁板乃至空间不可展曲面装饰板结构越来越多，由于其线形变化复杂、结构新颖,精度控制难度极大，对钢塔制造工艺的要求也越来越高。

目前，采用较多的是数控压型技术，如热轧或冷压，这种方法对薄板、批量较大的标准构件来说比较方便，也较经济。但是对于大型桥梁组合索塔钢壳空间不可展曲面装饰板单元，批量小且精度要求较高,整体一次成型对压力成型设备要求也很高；同时，还必须针对不同形状的构件设计专门的压模，加工复杂，制造难度较大，投入成本高。

可见，对于组合索塔钢壳空间不可展曲面装饰板单元，仅采用以往的分体制作方法，不能满足项目现有质量和外观的要求；且目前，还没有成熟的制作方法。因此，为了获得良好的质量和经济效果,必须设计一套经济实用的制作工艺。对此，现提出如下技术方案。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种钢壳空间不可展曲面装饰板单元制作方法，方便可行，制作精度符合设计要求，操作简便，投入成本低。

本发明采用的技术方案：钢壳空间不可展曲面装饰板单元制作方法，包括如下步骤：

S1、立体建模后展开并细分曲面展开图。

S2、预留工艺量数控精切下料。

S3、激光划线。

S4、加工V形槽并按线折弯。

S5、用圆弧面检测样板及角度样板检测曲面并用火焰矫形修正。

S6、设计板单元胎架。

S7、使用工艺隔板和配重块精调。

S8、组装加强肋并与相邻板单元预拼。

上述技术方案中，进一步地：包括如下步骤：

S1、利用三维软件对不可展曲面装饰板单元的曲面结构建立立模型实体，并近似展开实体，绘制曲面展开图，曲面展开图依据曲面变化趋势及变化率，将曲面展开图分为多个曲面变化区域。

S2、针对空间不可展曲面装饰板单元的曲面结构，根据步骤S1的曲面展开图，数控精切下料，下料边缘预设+50mm工艺量，以便后期量配。

S3、依据步骤S1细分的多个曲面变化区域，采用激光划线精准划出竖基准线、横基准线、折弯线、起止线、V形槽线。

S4、按V形槽线机加工V形槽并按线折弯，V形槽折弯前角度为60°～80°，V形槽折弯前角度大于焊接坡口角度10°以内。

S5、用圆弧面检测样板及角度样板检测曲面，并用火焰矫形修正，同时检验V形槽折弯后角度。

S6、用三维软件采集步骤S1建模数据，设计板单元胎架，板单元胎架采用整体曲线支撑板，将步骤S5的曲面壁板贴合至板单元胎架上。

S7、设计使用工艺隔板从内侧顶压并结合配重块，将曲面壁板整体结构尺寸全面精调到位，保证曲面壁板外皮全断面贴合度；结合火焰热矫，保证曲面壁板外观及线形匀顺，工艺隔板直至曲面壁板节段组装前不拆除。

S8、曲面壁板内侧组装竖向加劲肋，构成空间不可展曲面装饰板单元，焊接加劲肋及V形槽，并修整焊接变形，修磨焊缝；将空间不可展曲面装饰板单元与相邻板单元预拼装，现场量配并配切工艺量；修整线形，精切坡口。

上述技术方案中，进一步地：步骤S1建模所使用的三维软件为CATIA。

上述技术方案中，进一步地：圆弧面检测样板弧度与标准曲面弧度相匹配，圆弧面检测样板用板材制成，且圆弧面检测样板的板体制有减重孔。

上述技术方案中，进一步地：板单元胎架具有平台，平台上端垂直设有若干底部支架，每对底部支架顶端分别设有曲线支撑板；曲线支撑板为月牙板，每个月牙板弯曲弧度随曲面弧度而变化，并与每个位置的曲面弧度相匹配。

上述技术方案中，进一步地：工艺隔板用板材制成，工艺隔板的板材弯曲弧度与曲面弧度匹配；且工艺隔板板材外侧弯折处均匀分布设有若干开槽。

上述技术方案中，进一步地：工艺隔板与板单元胎架分别从内外两侧构成网格状整体用于内外约束所述曲面壁板。

上述技术方案中，进一步地：配重块包括重量块块体，重量块块体底端四角分别设有支腿。

本发明与现有技术相比的优点：

1、本发明通过设置专用板单元胎架、内撑工艺隔板、专用圆弧面检测样板以及角度样板等，利用三维软件，对曲面结构建立模型实体，展开实体后制作曲面展开图；制造时，考虑预设工艺量量配；借助激光划线，开设V型槽；配重块配重；结合热矫一系列工艺措施，提高空间异形壁板的制作效率，有效控制了空间曲线壁板单元多向线形精度，满足钢壳外观在景观性方面的要求，能够适用于不同规格的各种空间不可展曲面装饰板单元制作。

2、本发明运用CATIA软件，较SolidWorks软件尤其能满足复杂产品的设计和使用需求；运用该软件近似展开实体，制作曲面展开图，进行精确放样，将构件制作余量降到最低，节约了钢材消耗。

3、本发明采用激光划线技术划线，精度高，划线更加精准。

4、本发明对曲率较大的三维空间不规则曲面，通过开设V型槽，有效增强壁板折弯工艺操作性，降低操作难度。

5、本发明弧面精度通过设计专用胎架外撑，结合工艺隔板内撑，结合配重块防变形；再利用圆弧面检测样板检测印证，并火焰修整；以对弧面精度进行微调，有效保证结构尺寸和曲面质量，实现曲面弧度的精确控制。

6、该方法不采用热轧及专用模具，避免钢材发生变化及力学性能受到影响，同时可降低制作成本，具有良好经济效益。

7、该方法综合运用了多种工艺，共同提高了空间异形壁板的制作效率，有效控制了空间曲线壁板单元多向线形精度，满足了钢壳外观在景观性方面的要求，能够适用于不同规格的各种空间不可展曲面装饰板单元制作；鉴于越来越多的钢塔项目应用曲线形构造，且项目现场施工的相应要求日益提高，可应用指导后续类似项目的现场施工，具备推广应用的价值。

附图说明

图1为本发明需要制作的不可展曲面装饰板单元的曲面结构模型实体；

图2为图1要构建的模型实体曲面展开图；

图3为图2依据曲面变化趋势及变化率分成的曲面变化区域图；

图4为依据图3划出的激光划线图；

图5为V形槽线布置图；

图6为折弯前V形槽示意图；

图7为折弯后V形槽示意图；

图8为圆弧面检测样板检测状态图；

图9为板单元胎架结构示意图；

图10为某一位置的工艺隔板结构示意图；

图11为工艺隔板分布使用状态图；

图12为配重块在板单元胎架上的使用状态图；

图13为本发明的工艺流程图；

图中：1-实体，2-曲面展开图，3-曲面变化区域，301-竖基准线，302-横基准线，303-折弯线，304-起止线，305-V形槽线；3051-V形槽；4-圆弧面检测样板；5-板单元胎架，6-工艺隔板，7-配重块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图1-13，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

(如图13)钢壳空间不可展曲面装饰板单元制作方法，包括如下步骤：

步骤S1、立体建模后展开并细分曲面展开图：利用三维软件对不可展曲面装饰板单元的曲面结构建立立模型实体1，该处所指三维软件包括CATIA软件、SolidWorks软件。

(如图2所示)近似展开实体1，需要说明的是：如图所1示，图1中实体1的拉线位置即为待加工制作的空间不可展曲面装饰板单元在实体1的位置。

(如图3所示)使用三维软件绘制曲面展开图2，所述曲面展开图2依据曲面变化趋势及变化率，将曲面展开图2分为多个曲面变化区域3。通过曲面变化区域3的划分，能够显著且有效地提高曲面后续制作精度，并降低制作难度。

上述实施例中，进一步地：步骤S1建模所使用的三维软件为CATIA。本发明优先运用CATIA软件，CATIA软件较SolidWorks软件尤其能满足复杂产品的设计和使用需求；运用CATIA软件展开实体1，制作曲面展开图2，能够进行精确放样；并将构件制作余量降到最低，从而有利节约钢材消耗。

步骤S2、预留工艺量数控精切下料：针对图1拉线所指的空间不可展曲面装饰板单元的曲面结构，根据步骤S1的曲面展开图2，数控精切下料，下料边缘预设+50mm工艺量，预留工艺量以便后期量配。

(如图4所示)步骤S3、激光划线：S3、依据步骤S1细分的多个曲面变化区域3，以每个曲面变化区域3进行划分，采用激光划线的方式精准划出竖基准线301、横基准线302、折弯线303、起止线304、V形槽线305。可见，本发明采用激光划线技术划线，精度高，划线更加精准。(如图5所示)图5为图4激光划线时，V形槽线305的分布图。

步骤S4、加工V形槽并按线折弯：按V形槽线305机加工V形槽3051并按线折弯。

(如图6所示)所述V形槽3051折弯前角度为60°～80°，优选为70°。并使得V形槽3051折弯前角度大于焊接坡口角度10°以内。(如图7所示)所述V形槽3051折弯后，最优的70°角缩减至60°角。

可见，本发明对曲率较大的三维空间不规则曲面，通过开设V型槽3051，采用最为简单有效的方法，增强了壁板折弯工艺操作性，降低了折弯操作难度。

步骤S5、用圆弧面检测样板4及角度样板检测曲面，并用火焰矫形修正，同时检验V形槽折弯后角度。

所述角度样板为现有检测工具。

(如图8所示)上述实施例中，进一步地：所述圆弧面检测样板4弧度与标准曲面弧度相匹配，所述圆弧面检测样板4用板材制成，材料易得，可就地选材。且圆弧面检测样板4的板体制有减重孔，方便握持和使用。

步骤S6、设计板单元胎架：用三维软件采集步骤S1建模数据，设计板单元胎架5，板单元胎架5采用整体曲线支撑板，以将步骤S5的曲面壁板贴合至板单元胎架5上。

(如图9所示)上述实施例中，进一步地：所述板单元胎架5具有平台，所述平台可以架高设置，但需要保证其平面度。

所述平台上端垂直设有若干底部支架，底部支架可以用型材，优选槽钢、角钢、工字钢。

每对底部支架顶端分别设有一根曲线支撑板；每两个底部支架左右设置，且分别焊接支撑固定连接曲线支撑板左右两端底部。

所述曲线支撑板为月牙板。每个月牙板弯曲弧度随曲面弧度而变化，并与每个位置的曲面弧度相匹配。每个位置是指：月牙板的形状依据步骤S1的放样结果；月牙板的数量，大于等于步骤S1多个曲面变化区域3的数量，以及步骤S3激光划线的划线数量，以更加精确地保证曲面后续定位矫形精度。

(如图10、图11)步骤S7、使用工艺隔板6和配重块7精调：设计使用工艺隔板6从内侧顶压。

上述实施例中，进一步地：所述工艺隔板6用板材制成；所述工艺隔板6的板材弯曲弧度与曲面弧度匹配；且工艺隔板6板材外侧弯折处均匀分布设有若干开槽，以便工艺隔板的弯折制作。所述工艺隔板6设有多个，多个工艺隔板6依据曲面形状匹配设计。

上述实施例中，进一步地：所述工艺隔板6与板单元胎架5分别从内外两侧构成网格状整体用于内外约束所述曲面壁板。从而进一步提高曲面壁板的线形控制精度以及约束可靠性。

使用工艺隔板6结合配重块7，将曲面壁板整体结构尺寸全面精调到位，保证曲面壁板外皮全断面贴合度。

上述实施例中，进一步地：所述配重块7包括重量块块体，所述重量块块体底端四角分别设有支腿。

结合火焰热矫，保证曲面壁板外观及线形匀顺，需要说明的是，所述工艺隔板6直至曲面壁板节段组装前不拆除，所述工艺隔板6在曲面壁板上固定的方式为临时固定方式。

具体地：所述工艺隔板6截面为类似渐变椎体一端大一端小的结构。所述工艺隔板6临近端部箱口位置处，所述工艺隔板6采用较大截面端头平移穿入的方式安装，并采用角度马板卡固后点焊临时固定。

(结合图12)可见，本发明弧面精度通过设计专用胎架5外撑，结合工艺隔板6内撑，结合配重块7防变形，再利用前文描述的所述圆弧面检测样板4检测印证，并火焰修整，以对弧面精度进行微调，有效保证结构尺寸和曲面质量，实现曲面弧度的精确控制。

步骤S8、组装加强肋并与相邻板单元预拼：曲面壁板内侧组装竖向加劲肋，构成空间不可展曲面装饰板单元，焊接加劲肋及V形槽，并修整焊接变形，修磨焊缝；将空间不可展曲面装饰板单元与相邻板单元预拼装，现场量配并配切工艺量；修整线形，精切坡口。

本发明的工作原理为：本发明通过设置专用板单元胎架5、内撑工艺隔板6、专用圆弧面检测样板4以及角度样板等，利用三维软件，对曲面结构建立模型实体1，展开实体1后制作曲面展开图2；制造时，考虑预设工艺量量配；借助激光划线，开设V型槽3051；配重块7配重；结合热矫一系列工艺措施，提高空间异形壁板的制作效率，有效控制空间曲线壁板单元多向线形精度，满足钢壳外观在景观性方面的要求，能够适用于不同规格的各种空间不可展曲面装饰板单元制作。

通过以上描述可以发现：该方法不采用热轧及专用模具，避免钢材发生变化及力学性能受到影响，同时可降低制作成本，具有良好经济效益。鉴于越来越多的钢塔项目应用曲线形构造，且项目现场施工的相应要求日益提高，该方法可应用指导后续类似项目的现场施工，具备推广应用的价值。

综上所述，本发明钢壳空间不可展曲面装饰板单元制作方法，方便可行，制作精度符合设计要求，操作简便，投入成本低，适合普及。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.钢壳空间不可展曲面装饰板单元制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、立体建模后展开并细分曲面展开图：利用三维软件对不可展曲面装饰板单元的曲面结构建立立模型实体(1)，并近似展开实体(1)，绘制曲面展开图(2)，曲面展开图(2)依据曲面变化趋势及变化率，将曲面展开图(2)分为多个曲面变化区域(3)；

S2、预留工艺量数控精切下料：针对空间不可展曲面装饰板单元的曲面结构，根据步骤S1的曲面展开图(2)，数控精切下料，下料边缘预设+50mm工艺量，以便后期量配；

S3、激光划线：依据步骤S1细分的多个曲面变化区域(3)，采用激光划线精准划出竖基准线(301)、横基准线(302)、折弯线(303)、起止线(304)、V形槽线(305)；

S4、加工V形槽并按线折弯：按V形槽线(305)机加工V形槽(3051)并按线折弯，所述V形槽(3051)折弯前角度为60°～80°，V形槽(3051)折弯前角度大于焊接坡口角度10°以内；

S5、用圆弧面检测样板及角度样板检测曲面并用火焰矫形修正：用圆弧面检测样板(4)及角度样板检测曲面，并用火焰矫形修正，同时检验V形槽折弯后角度；

S6、设计专用板单元胎架：用三维软件采集步骤S1建模数据，设计板单元胎架(5)，板单元胎架(5)采用整体曲线支撑板，将步骤S5的曲面壁板贴合至板单元胎架上；

S7、使用工艺隔板和配重块精调：设计使用工艺隔板(6)从内侧顶压并结合配重块(7)，将曲面壁板整体结构尺寸全面精调到位，保证曲面壁板外皮全断面贴合度；结合火焰热矫，保证曲面壁板外观及线形匀顺，所述工艺隔板(6)直至曲面壁板节段组装前不拆除；

S8、组装加强肋并与相邻板单元预拼：曲面壁板内侧组装竖向加劲肋，构成空间不可展曲面装饰板单元，焊接加劲肋及V形槽，并修整焊接变形，修磨焊缝；将空间不可展曲面装饰板单元与相邻板单元预拼装，现场量配并配切工艺量；修整线形，精切坡口。

2.根据权利要求1所述钢壳空间不可展曲面装饰板单元制作方法，其特征在于：步骤S1建模所使用的三维软件为CATIA。

3.根据权利要求1所述钢壳空间不可展曲面装饰板单元制作方法，其特征在于：所述圆弧面检测样板(4)弧度与标准曲面弧度相匹配，所述圆弧面检测样板(4)用板材制成，且圆弧面检测样板(4)的板体制有减重孔。

4.根据权利要求1所述钢壳空间不可展曲面装饰板单元制作方法，其特征在于：所述板单元胎架(5)具有平台，所述平台上端垂直设有若干底部支架，每对底部支架顶端分别设有曲线支撑板；所述曲线支撑板为月牙板，每个月牙板弯曲弧度随曲面弧度而变化，并与每个位置的曲面弧度相匹配。

5.根据权利要求1所述钢壳空间不可展曲面装饰板单元制作方法，其特征在于：所述工艺隔板(6)用板材制成，所述工艺隔板(6)的板材弯曲弧度与曲面弧度匹配；且工艺隔板(6)板材外侧弯折处均匀分布设有若干开槽。

6.根据权利要求1所述钢壳空间不可展曲面装饰板单元制作方法，其特征在于：所述工艺隔板(6)与板单元胎架(5)分别从内外两侧构成网格状整体用于内外约束所述曲面壁板。

7.根据权利要求1所述钢壳空间不可展曲面装饰板单元制作方法，其特征在于：所述配重块(7)包括重量块块体，所述重量块块体底端四角分别设有支腿。

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