杜銀星+陳忠斌+王金祥

摘要：隨著我國風(fēng)能利用與開發(fā)步伐的加快，制造大高度風(fēng)能塔筒正逐步成為熱門需求。風(fēng)能塔筒一般是內(nèi)襯鋼筋骨架的混凝土澆筑而成。在批量生產(chǎn)模式下，砼塔筒鋼模具成為必然選擇。文章通過介紹公司承攬制造的120m高塔筒鋼模具的成功案例，結(jié)合實際工作經(jīng)驗，針對砼鋼模具結(jié)構(gòu)制造工藝和制造要點作以介紹。

關(guān)鍵詞：內(nèi)模；外模；模具結(jié)構(gòu)；制造工藝；錐形塔筒；風(fēng)能 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TG76 文章編號：1009-2374（2017）06-0091-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.046

1 概述

風(fēng)能塔筒混凝土模具多呈錐形結(jié)構(gòu)，筒徑由下而上逐節(jié)漸變縮少。下部大直徑模具為便于運輸與安裝多做成180°的C型結(jié)構(gòu)。其澆筑制造鋼模也要做C型結(jié)構(gòu)形式。為便于安裝、拆模和運輸，C型鋼模具還要分解成3～4瓣，做成3*60°或4*45°的分體結(jié)構(gòu)。整體外形尺寸可達(dá)7500*4500*4400mm（L*W*H）。C型塔筒鋼模一般由底模、內(nèi)模、外模、端模和上蓋組成。內(nèi)模為平臺框架結(jié)構(gòu)，起基礎(chǔ)支撐作用。內(nèi)外摸成弧形錐度布置，利用開合端模和上蓋的密閉形式，整體構(gòu)成C型腔體結(jié)構(gòu)。具體結(jié)構(gòu)形式如圖1所示：

2 整體金屬結(jié)構(gòu)工藝分析

按照相關(guān)要求，鋼模具尺寸公差要達(dá)到ISO2768-1要求。模具外形整體關(guān)鍵尺寸要控制在±4mm，傾斜角度±0.08，關(guān)鍵表面平面度±1mm的公差范圍之內(nèi)。對如此大尺寸的砼鋼模具而言，必須嚴(yán)格控制各個工藝節(jié)點，在下料、組對、焊接、修整、拼裝的每道工序都嚴(yán)格把關(guān)，控制關(guān)鍵尺寸的形位公差，最終才能達(dá)到圖紙規(guī)范要求。

內(nèi)模和外模均成錐形C環(huán)結(jié)構(gòu)，制造難點是錐度控制和面板平面度控制。底模主要起支撐作用，制造難點在于底板平面度≤1mm公差范圍內(nèi)。端?？梢蚤_合，與內(nèi)外模裝配形成內(nèi)部密閉結(jié)構(gòu)，端模的表面要求具有凹凸隼型結(jié)構(gòu)，控制其尺寸公差是工藝要點。上蓋主要起密封、固定內(nèi)部支撐附件作用，上蓋制造關(guān)鍵在于控制上蓋孔和底模預(yù)埋件固定孔的相對位置關(guān)系，以及和內(nèi)外模上部法蘭的順利裝配連接。

3 底模制造工藝要點分析

底模由底?？蚣芎兔姘鍢?gòu)成。具體結(jié)構(gòu)形式見圖2底模結(jié)構(gòu)。

四周有吊耳，便于吊裝。面板平面度要求控制在±1mm尺寸范圍內(nèi)，面板上有安裝連接孔群，孔群和內(nèi)外模底法蘭連接，固定內(nèi)模和外模。毫無疑問，底模的孔位精度和平面度是制造關(guān)鍵控制點。就此，底模的最佳工藝方案為板前預(yù)處理—結(jié)構(gòu)組對—尺寸修整控制—焊接—二次修整控制—整體機加。面板焊前預(yù)處理包括非工作面打砂除銹，達(dá)到Sa2.5級要求和整板趕平。整板趕平，可以采用校平機完成，利用校平機趕平有兩個主要作用：一是控制原板平面度，二是消除部分原始應(yīng)力，避免焊接變形。底部框架結(jié)構(gòu)整體組對時應(yīng)嚴(yán)格控制整體平面度在±1mm范圍內(nèi)，面板組對裝配后確保和底部框架嚴(yán)格密貼。吊耳焊接時應(yīng)注意開坡口焊接，焊后24h磁粉探傷，焊接質(zhì)量按ISO13920：B級執(zhí)行。面板孔群應(yīng)整體利用數(shù)控機床鉆孔成型。機械加工時注意應(yīng)利用數(shù)控加工機床，整體精準(zhǔn)劃出十字中心線，孔群位置嚴(yán)格按中心線找正。整體中心線需要保留到整體使用環(huán)節(jié)，作為整體拼裝的找正基準(zhǔn)和依據(jù)。

4 內(nèi)外模結(jié)構(gòu)制作工藝分析

內(nèi)外模結(jié)構(gòu)形式基本相同，內(nèi)模的工作面為外凸C型，內(nèi)模工作面的內(nèi)凹的C型。內(nèi)外模組拼后形成和需要風(fēng)能塔筒一致的C型腔體結(jié)構(gòu)。內(nèi)外模是砼鋼模的核心關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其制造質(zhì)量直接影響到整體質(zhì)量和精度。內(nèi)模結(jié)構(gòu)如圖3所示：

內(nèi)外模由上部法蘭、下部法蘭、拼接連接法蘭、支持組件和工作面板組成。內(nèi)外模一般由均布的4瓣或3瓣拼裝而成。每瓣夾角45°或60°。組拼后要求拼裝間隙<0.5mm下部法蘭板要求和底模孔群對應(yīng)連接，上部法蘭和頂模孔對應(yīng)連接。工作面板整體呈錐形布置，具有一定傾斜角度。工作面板是混凝土塔筒的成型表面，要求表面平整，不得有凹凸缺陷。而且面板幅面寬度近4000mm，市場上常見的鋼材供應(yīng)規(guī)格，很難滿足使用要求，故可采取板面接料成型的方案執(zhí)行。面板備料方案為整體展開后按1/2分體下料，下料時注意要預(yù)留二次切頭長度50～100mm，以便整體組對后整體修整。面板弧形要利用數(shù)控卷板機精準(zhǔn)卷制，為確保板面接料后整體尺寸要求，應(yīng)制作一整體胎具。胎具應(yīng)具有整體組對、安裝、成型的功能。C型鋼模在胎具上完成全部的組焊工序，直至制作檢驗完畢，再從整體模具上下胎拼裝。實踐證明，制作和砼風(fēng)能C模外形一致的胎具方案可以大大提高生產(chǎn)效率，確保產(chǎn)品精度和質(zhì)量要求。面板接料焊接時注意要確保焊接質(zhì)量符合ISO13920標(biāo)準(zhǔn)要求，焊后UT探傷檢驗，焊縫余高磨平處理。

上下連接法蘭連接螺栓孔分別和頂模、底模相對應(yīng)。利用數(shù)控機床加工，可以將下法蘭的連接孔利用數(shù)控機床加工出孔，而上法蘭連接孔因為要求和上蓋連接，為便于裝配可以采用拼裝時配鉆的工藝完成。為確保順利連接，法蘭組焊也要利用整體胎具完成。內(nèi)外模制作時有兩種工藝方案：一種方案是下法蘭預(yù)留活頭，暫不和內(nèi)外模焊接，待整體拼裝時焊接成型；另一種方案是全部法蘭利用整體胎具焊接成型，胎具要求具有一定精度和一定強度。根據(jù)實際加工制作經(jīng)驗，利用整體胎具一次成型方案可以提高生產(chǎn)效率，但對整體胎具的制造質(zhì)量要求較高，在批量制作情況下較經(jīng)濟(jì)實用。

支持組件有各種矩形管和弧形筋板組成，支撐模具整體結(jié)構(gòu)。整體結(jié)構(gòu)制作時可以一次制作完畢。工藝制作要點在于控制焊接變形。支持組件和面板的焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計是關(guān)鍵。根據(jù)實際使用工況分析，框架結(jié)構(gòu)起到支撐作用，而且實際使用工況為靜載荷工況。故應(yīng)重點控制支撐組件四周和面板焊縫宜采用連續(xù)焊接，焊角控制在7mm左右，內(nèi)部格柵焊縫可以采用交錯斷續(xù)焊接，焊50mm隔150mm較適宜。

分瓣拼接連接法蘭位于分瓣模具面板接縫處，連接法蘭把合效果直接影響模具拼裝縫隙。組焊時要嚴(yán)格控制連接法蘭拼裝角度。拼裝法蘭連接后為確保面板裝配間隙在0.5mm范圍內(nèi)，拼接連接法蘭的組隊間隙要控制在>0.5mm范圍內(nèi)，以補償裝配后的面板間隙。分瓣法蘭的連接螺栓孔可以采用兩兩配鉆出孔的方案，以便順利連接。內(nèi)模和外模的制作工藝基本相同，其整體胎具基本形式和要求也基本一致。

5 端模和上蓋工藝分析

端模、上蓋和內(nèi)外模配合形成封閉的C型腔體結(jié)構(gòu)。為適用砼塔筒的需要，端模內(nèi)表面具有凹凸隼型結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)制作時可以采用整體機加面板成型工藝。對應(yīng)較小尺寸的獨立凹凸隼塊，可以采用分體加工，整體焊接成型的工藝。工藝控制要點是焊接要求牢固，而且焊接變形要小，避免大的焊接熱輸入量。就此，可以設(shè)計成塞焊孔氬弧焊接填充的工藝完成。端模的開合耳板在整體拼裝時樣焊成型即可。頂模作為模具的上蓋，需要在最后拼裝階段控制孔位。頂模的預(yù)埋件及過穿孔和底模相對應(yīng)。故頂模的整拼工序可以利用底模作為模板，利用底模為工作平臺，各孔位對正后直接組焊成型，整體拼裝時整體吊裝安裝成型。內(nèi)外模的上法蘭連接孔再根據(jù)頂模的連接孔配鉆出孔。

6 整體拼裝工藝分析

整體拼裝成型是模具制造的最終環(huán)節(jié)。拼裝質(zhì)量直接影響著模具整體質(zhì)量和精度。模具拼裝前要做好工藝準(zhǔn)備工作，必要時要準(zhǔn)備各種檢驗專用工裝和專用檢具。制定詳細(xì)的方案，對拼裝操作者做好詳細(xì)的工藝交底工作。整體拼裝前對模具各分體結(jié)構(gòu)要復(fù)檢重要尺寸，尤其是底模的平面度，內(nèi)外模的面板行為公差和定點弧長公差，都要做好原始標(biāo)記和檔案記錄。對分體結(jié)構(gòu)件要整體編號，避免混淆。整體拼裝檢驗可以采用線墜投線法檢查。拼裝場地要求在開闊的廠房內(nèi)進(jìn)行，廠房內(nèi)起升能力要符合整體模具噸位要求。經(jīng)評審，具體拼裝工藝及方案為：

先行拼裝底模。底模要用500mm左右高度的墊墩整體支撐，以便操作。墊墩支撐底模后要用水準(zhǔn)儀超點檢查，控制整體水平度。底模拼裝后要根據(jù)原始十字中線，利用地樣劃規(guī)劃出內(nèi)外模面板的位置線，以便內(nèi)外模順利位置擺放。

限于操作空間和測量方便，底模拼裝完畢需要單獨分別拼裝內(nèi)外模。內(nèi)外模單獨拼裝調(diào)整后再整體合攏拼裝成型?？梢韵刃衅囱b內(nèi)模，在利用整體胎具制作的內(nèi)模工藝時，內(nèi)模組立后要復(fù)檢錐度尺寸和關(guān)鍵點弧長尺寸。對超差之處要用螺紋緊線器漲拉的方式微調(diào)，既要確保面板組隊間隙，又要確保錐度公差。內(nèi)模拼裝組立合格后整體拆卸，拼裝外模。

外模拼裝調(diào)整方法基本和內(nèi)模相同，內(nèi)外幕拼裝檢驗錐度可以采用線墜投線法檢查。外模拼裝時可以將頂模同時拼裝，同樣用線墜投線法，使用專用的定心檢查工裝調(diào)整檢查上蓋孔和底模相對孔的位置關(guān)系，后確定上蓋和外模頂部法蘭連接螺栓孔位，配鉆完成。外模拼裝合格后再二次組拼內(nèi)模，嚴(yán)格控制相對位置尺寸后利用上蓋螺栓孔投鉆全部內(nèi)模頂部法蘭螺栓孔。

最后再組拼端模及其他附件，樣焊開合耳板。

7 結(jié)語

風(fēng)能塔筒模具不同于普通產(chǎn)品，其要求精度高，結(jié)構(gòu)形式獨特，在國內(nèi)制作尚屬首次。筆者所在公司經(jīng)過不斷創(chuàng)新，不斷摸索總結(jié)上述工藝經(jīng)驗，通過實踐證明，工藝合理，完全滿足使用要求和納期要求。風(fēng)能塔筒模具的制造經(jīng)驗對以后同類產(chǎn)品的制作積累了經(jīng)驗，成熟的工藝方案為確保產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品使用性能提供堅實可靠的工藝基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 成大先.機械設(shè)計手冊（第四版）（第一卷）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

[2] 張質(zhì)文.起重機設(shè)計手冊[M].北京：中國鐵路出版社，2001.

作者簡介：杜銀星，男，河北秦皇島人，秦皇島天業(yè)通聯(lián)重工科技有限公司技術(shù)工藝部工程師，研究方向：工程機械。

（責(zé)任編輯：蔣建華）