一種建築物節點蠟坯的製備方法與流程
2023-09-24 12:33:45
本發明涉及建築物節點製備方法技術領域，尤其是涉及一種能夠快速獲得不同角度的建築物節點且有效減少模具成本的建築物節點蠟坯的製備方法。
背景技術：
鋼結構是由鋼製材料組成的結構，是一種較為新穎的建築形式，其具有跨度大、重量輕、抗震性能好等優點。隨著建築行業的發展，將玻璃和鋼材相結合的建築設計越來越廣泛。玻璃具有良好的透光性，色澤豔麗耐久，將玻璃和鋼材結合，既能增加建築物的通透感和美觀性，又能保證建築物的穩定性。在鋼結構建設工程中，特別是在由鋼網殼結構和玻璃板塊構成建築的工程中，經常需要使用節點將多根處於空間不同角度的鋼梁連接起來，以支撐起結構複雜多樣的玻璃外形。
傳統的鋼結構節點組件通常需要現場焊接，再加上其本身的結構缺陷，因此具有以下缺點：外觀質量差，防腐及表面外觀處理困難；現場焊接困難，效率低下；焊縫處於空間狹小的區域內，導致不能滿足焊縫連接強度要求。為了解決上述技術問題，公開號為cn203347023u的中國實用新型專利公開了一種鋼結構鑄鋼節點，該鋼結構鑄鋼節點包括中心體，中心體的四個側面分別延伸出一個接頭，每個接頭包括一對連接臂，一對連接臂從側面向外延伸，在一對連接臂之間形成安裝槽，在一對連接臂的側壁設置有安裝孔。該鋼結構節點在現場安裝之前就已成型，外觀美觀且結構牢固，通過安裝孔可以在現場用螺栓或螺釘與鋼梁連接起來，安裝方便。
為了製造該鋼結構節點，傳統的工藝流程為：先對節點的形狀、接頭角度等進行設計，並根據節點製作鋁模；在鋁模內注入液態蠟，冷卻後形成節點蠟坯；將節點蠟坯反覆沾液、敷沙形成沙殼，然後烘焙沙殼並排蠟，得到殼模；在殼模內澆鑄液態金屬，冷卻後脫模得到鑄件，再經過整形、噴砂、拋光等工序，得到建築物節點。
然而，對於包含曲面的鋼結構建築物，同一建築物的不同曲面上建築物節點，接頭與中心體角度不同，導致建築物節點的規格完全不同。如果按照傳統的工藝，為了製備不同規格的建築物節點，一個工程項目可能需要用到數千個精鑄模具，而普通精鑄模具每一組的價格約為3.5萬人民幣，製備鋼結構鑄鋼節點的模具費就需要上億元人民幣，製備成本極高，而且耗時巨大。
技術實現要素：
為了解決上述的問題，本發明的主要目的是提供一種能夠快速獲得不同角度的建築物節點且有效減少模具成本的建築物節點蠟坯的製備方法。
為實現上述的主要目的，本發明提供了一種建築物節點蠟坯的製備方法，建築物節點至少由中心體和接頭構成，其中，製備方法採用專用設備實施，專用設備包括底座、夾持組件和切割組件；在底座上設置有弧形軌槽，在底座對應於弧形軌槽圓心的中央位置上設置有支架，夾持組件包括可沿弧形軌槽移動的第一支撐塊、沿垂直於弧形軌槽的方向可移動地設置於第一支撐塊上的第二支撐塊、圍繞第二支撐塊的支點可轉動地設置於第二支撐塊上的第三支撐塊和固定在第三支撐塊上的夾具，夾具在朝向支架的方向上設有開口；在底座上還設置有開口朝向中央位置的孔，切割組件包括可在孔內轉動的轉動機構、固定在轉動機構上且設置有刀槽的刀座和可沿刀槽移動的刀具；製備方法包括下列順序的步驟：
步驟一：分別製備中心體蠟坯和接頭蠟坯；
步驟二：把接頭蠟坯固定於夾具上，調節第一支撐塊在弧形軌槽內的位置以及第二支撐塊在第一支撐塊上的位置，直至將夾具移動到預定位置；圍繞支點轉動第三支撐塊，直至將夾具轉動到預定接合角度；
步驟三：轉動該轉動機構至預定切割角度，沿刀槽移動刀具，切割接頭蠟坯朝向支架的一端；
步驟四：把中心體蠟坯放置在支架上，將接頭蠟坯接合到中心體蠟坯上，形成節點蠟坯。
進一步的技術方案是，專用設備中的刀具為電熱刀具；在步驟三中，在沿刀槽移動刀具前，連通刀具的發熱電路。
進一步的技術方案是，在步驟四中，通過粘合劑將接頭蠟坯接合到中心體蠟坯上。
進一步的技術方案是，第一支撐塊包括呈球面彎曲的支撐板，第二支撐塊包括呈球面彎曲的移動板；球面的球心是中心體蠟坯放置在支架上時中心體蠟坯的中心點對應的位置。
進一步的技術方案是，第二支撐塊通過設置於移動板上的齒條和設置於支撐板上的齒輪配合實現在第一支撐塊上的移動。
進一步的技術方案是，弧形軌槽的數量為兩個，分別位於支架的兩側；夾持組件的數量為兩套，分別設置在兩個弧形槽軌上。
進一步的技術方案是，夾具包括與接頭蠟坯外端形狀相同的夾槽，夾槽兩側設有固定件；在步驟四中，將接頭蠟坯放置在夾槽內，通過夾槽兩側的固定件將接頭蠟坯固定。
進一步的技術方案是，根據建築物節點的中心體與接頭的位置和角度關係確定步驟二中的預定位置和預定接合角度。
進一步的技術方案是，根據中心體蠟坯的與接頭蠟坯接合的側面確定步驟三中的預定切割角度。
本發明能夠取得以下有益效果：
本發明的製備方法，先製備中心體蠟坯和接頭蠟坯，其中，中心體蠟坯具有固定規格，其角度、尺寸等不變；接頭蠟坯的角度、與中心體蠟坯接觸處的尺寸可以調整。具體地，可根據實際建築物節點的需要，將接頭蠟坯的軸線相對於中心體蠟坯的角度進行調整。再根據中心體蠟坯的與接頭蠟坯連接的側面的角度確定預定切割角度，使用刀具對接頭蠟坯進行切割，保證切割後的接頭蠟坯能夠與中心體蠟坯的側面接合，而無需對中心體蠟坯進行切割。本發明通過夾持組件對接頭蠟坯的多維度多角度的調節，再將接頭蠟坯與中心體蠟坯接合，得到節點蠟坯。然後經過澆鑄工藝等，即可得到所需的能與空間任意夾角的鋼梁連接的建築物節點。本發明的製備方法使原來需要數千個模具來製作完成的曲面建築物的節點零件，僅採用分別製備中心體蠟坯和接頭蠟坯的兩套鋁模具即可完成，解決了傳統鑄造方法需要投入高價模具費才能製作完成的難題，提高了製備效率，為更精緻、更複雜的鋼結構建築工程提供了條件。
本發明通過帶有夾持組件和切割組件的專用設備來實施，專用設備可以與計算機連接，通過計算機提供三維角度等數據，自動控制第一支撐塊、第二支撐塊的移動和第三支撐塊的轉動，使夾具達到預定位置和預定接合角度，提高精確度和效率。
本發明製備得到建築物節點，中心體與接頭在現場安裝前就已經一體鑄造成型，外觀美觀，安裝精度高，結構牢固，突破了傳統單層殼體網架結構鋼結構節點需要現場拼接、焊接的問題，實現了更高的效率，更易施工。
附圖說明
圖1是本發明實施例中建築物節點的結構圖。
圖2是本發明實施例中專用設備的結構圖。
圖3是本發明實施例中專用設備的局部分解圖。
圖4是本發明實施例中專用設備另一視角下的局部分解圖。
圖5是本發明實施例中製備過程的結構示意圖。
以下結合及實施例對本發明作進一步說明。
具體實施方式
如圖1所示，本實施例要製備的建築物節點包括倒錐體形的中心體11，中心體11包括上端面和下端面，上端面和下端面之間的四個側面分別延伸出一個接頭12，接頭12的截面為倒梯形。每個接頭12包括一對連接臂13，一對連接臂13從側面向外延伸，在一對連接臂13之間形成安裝槽14，在一對連接臂的側壁設置有安裝孔15。在鋼結構建築工程中，安裝槽14、安裝孔15用於與鋼梁連接、固定。
如圖2至圖4所示，本實施例所採用的專用設備包括底座20、夾持組件30和切割組件40，夾持組件30和切割組件40均設置在底座20上。
在底座20上設置有兩個圓心相同、位置相對的弧形軌槽21。在底座20對應於弧形軌槽21圓心的中央位置上設置有支架22，支架22用於放置中心體蠟坯51（如圖5所示）。支架22放置在支架座23上，支架22包括設有四個對稱分布的叉指24，叉指24沿中心體蠟坯51放置在支架22上時中心體蠟坯51的四條側稜的方向延伸。
在兩個弧形軌槽21上分別各設有一套夾持組件30，夾持組件30包括可沿弧形軌槽21移動的第一支撐塊31，第一支撐塊31包括呈球面彎曲的支撐板32。在第一支撐塊31上設置有第二支撐塊33，第二支撐塊33包括呈球面彎曲的移動板34。支撐板32和移動板34的球心所在位置是中心體蠟坯51放置在支架上時中心體蠟坯51的中心點對應的位置，該中心點是中心體蠟坯51上端面中心和下端面中心的連線的中點。第二支撐塊33通過設置於移動板34上的齒條和設置於支撐板32上的齒輪配合（未在圖中示出），實現在第一支撐塊31上垂直於弧形軌槽21的方向移動。
第二支撐塊33在移動板34上設有圓盤35，以圓盤35的中心為支點，在圓盤35上設有可以圍繞支點轉動的第三支撐塊36。第三支撐塊36上固定有夾具37，夾具37在朝向支架22的方向上設有開口。夾具37包括與接頭蠟坯52外端形狀相同的夾槽38，具體地，在本實施例中，夾槽38底部設有與接頭蠟坯52的安裝槽對應的凸條，夾槽38兩側設有與接頭蠟坯52的安裝孔對應的固定件39。
弧形軌槽21上可以設有刻度，用於測量並確定第一支撐塊31的移動距離。第一支撐塊31上可以設有刻度，用於測量並確定第二支撐塊33的移動距離。第二支撐塊33或第三支撐塊36上也可以設有刻度，用於測量並確定第三支撐塊36轉動的角度。
切割組件40包括轉動機構41、刀座42和刀具44。在底座20上還設置有開口朝向中央位置的孔25，孔25內安裝有可轉動的轉動機構41，轉動機構41上固定有刀座42，刀座42上設有刀槽43，刀槽43內設有刀具44。刀具44是電熱刀具，其刀刃朝下，可沿刀槽43上下移動。
如圖5所示，使用本實施例中的專用設備製備建築物節點的步驟包括：
步驟一：分別製備中心體蠟坯51以及接頭蠟坯52。
在步驟一中，根據建築物節點的中心體11和接頭12的形狀尺寸，製備中心體蠟坯51以及接頭蠟坯52。其中，中心體蠟坯51呈倒稜錐體形，接頭蠟坯52的截面為倒梯形。中心體蠟坯51和接頭蠟坯52可以分別通過兩套鋁模具製備。
步驟二：把接頭蠟坯52固定於夾具37上，調節第一支撐塊31在弧形軌槽21內的位置以及第二支撐塊33在第一支撐塊31上的位置，直至將夾具37移動到預定位置。圍繞支點轉動第三支撐塊36，直至將夾具37轉動到預定接合角度。
在步驟二中，根據實際建築物節點的需要，通過夾持組件30對接頭蠟坯52的位置以及接頭蠟坯52的軸線相對於中心體蠟坯52的角度進行調整。接頭蠟坯52的軸線可以是接頭蠟坯52的倒梯形截面中位線的中點連線。由於第二支撐塊33在球面上運動，使得接頭蠟坯52的軸線能夠始終對準中心體蠟坯51的中心，便於調整角度並接合。可以通過計算機提供三維角度等數據，自動控制第一支撐塊31、第二支撐塊33的移動和第三支撐塊36的轉動，提高精確度和效率。
步驟三：扭轉轉動機構41至預定切割角度，沿刀槽43移動刀具44，切割接頭蠟坯52朝向支架22的一端。
在步驟三中，根據中心體蠟坯51的與接頭蠟坯52連接的側面的角度，確定預定切割角度，再將刀具44通電加熱，然後對接頭蠟坯52進行切割，保證切割後的接頭蠟坯52能夠與中心體蠟坯51的側面接合，而無需對中心體蠟坯51進行切割。轉動機構41可以向兩側轉動至預定切割角度，使用同一刀具44分別對兩個夾持組件30上的接頭蠟坯52進行切割。
步驟四：把中心體蠟坯51放置在支架22上，將接頭蠟坯52接合到中心體蠟坯51上，形成節點蠟坯。
在步驟四中，通過粘合劑將切割後的接頭蠟坯52接合到中心體蠟坯51上。在本實施例中，由於夾持組件30的個數是2個，可以完成一組相對的接頭蠟坯52與中心體蠟坯51的接合後，再調整、切割另一組相對的接頭蠟坯52，將另一組接頭蠟坯52接合在中心體蠟坯51的另外兩個側面上，形成節點蠟坯。
在完成步驟四後，將節點蠟坯蘸液、敷沙，形成沙殼；烘焙沙殼並排蠟，得到殼模；在殼模中澆鑄液態金屬，冷卻後脫模，得到鑄件；對鑄件進行整形、噴砂和拋光，即可得到建築物節點。
由上可見，本發明先製備中心體蠟坯和接頭蠟坯，再調整接頭蠟坯的位置、角度，然後對接頭蠟坯進行切割，使其與中心體蠟坯接合，得到節點蠟坯。然後經過澆鑄工藝等，即可得到所需的能與空間任意夾角的鋼梁連接的建築物節點。本發明僅採用兩套鋁模具配合專用設備即可完成節點蠟坯的製備，解決了傳統鑄造方法需要投入高價模具費才能製作完成的難題，提高了製備效率。
最後需要強調的是，以上所述僅為本發明的優選實施例，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種變化和更改，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。