异形铸钢弯扭节点施工技术

异形铸钢弯扭节点施工技术

赵鹏飞崔术宁陈薪龙

中国建筑第八工程局有限公司内蒙古呼和浩特010100

摘要：随着我国经济技术的发展，各种奇特造型的钢结构工程不断涌现出来，而实现这些奇特造型必须要涉及一项技术——铸钢弯扭构件，这种铸钢构件需要较先进的施工技术及加工工艺，对其生产的尺寸精度要求极高。本文介绍了异形铸钢弯扭节点的加工铸造方法及其成型后对其尺寸复核的方法，最后结合工程实际探讨了其实际应用过程中的关键点，希望具有借鉴意义。

关键词：铸钢构件；异形；施工技术

一、引言

随着我国经济科技的不断发展，建筑行业取得不错的发展成绩。在借鉴国外技术积极创新的基础上，出现了较多的新型建筑，而实现各种造型钢结构的基础就是制作各种异形弯扭铸钢节点，但是异形弯扭铸钢节点空间维度多、形态各异，各支管的空间定位精度要求高，本工程采用消失模铸造技术铸造高度复杂的铸件。

二、工程实例

该工程为内蒙古少数民族群众文化体育运动中心一期工程。它位于呼和浩特市保和少镇。本工程异形铸钢节点分为四种类型，其中多功能主楼铸钢节点为三种，铸钢节点一为GJ1-10、GJ3-11与钢梁交汇节点；铸钢节点二为入口柱柱脚节点；铸钢节点三为树杈柱柱脚节点，亮马圈主次桁架连接处铸钢件节点72个。

三、施工部署及施工工艺要点

消失模铸造专用的泡沫珠粒有三种。可发性聚苯乙烯树脂珠粒（简称EPS）；可发性甲基丙烯酸甲脂与苯乙烯共聚树脂珠粒（简称STMMA）；可发性聚甲基丙烯酸甲脂树脂珠粒（简称EPMMA）。根据本工程铸钢节点形式，选用可发性聚苯乙烯树脂珠粒（EPS），用于铸造有色金属、灰铁及一般钢铸。

1原始珠粒的选用

选用可发性聚苯乙烯树脂珠粒（EPS）。

2模型制作

（1）由泡塑珠粒制作：予发泡→熟化→发泡成型→冷却出模。

①予发泡：EPS珠粒在加入模具前，要先进行予发泡，以使珠粒膨胀到一定尺寸。予发泡过程决定了模型的密度、尺寸稳定性及精度，是关键环节之一。适用于EPS珠粒予发泡的方法有三种：热水予发泡、蒸汽予发泡和真空予发泡。真空予发泡的珠粒发泡率高，珠粒干燥，应用较多。

②熟化：经予发泡的EPS珠粒放置在干燥、通风的料仓中一定时间。以便使珠粒泡孔内外界压力平衡，使珠粒具有弹性和再膨胀能力，除去珠粒表面的水分。熟化时间在8～48小时。

③发泡成型：将予发泡且熟化的EPS珠粒填充到金属模具的型腔内，加热使珠粒再次膨胀，填满珠粒间的空隙，并使珠粒间相互融合，形成平滑表面，即模型。出模前必须进行冷却，使模型降温至软化温度以下，模型硬化定形后才能出模。

④泡塑板材制作：泡塑板材→电阻丝切割→粘结→模型。

用电阻丝切割装置，将模型分割成几个部分，然后进行粘结，使之成为整体模型。

3模型组合成簇：将自行加工好（或外购）的泡塑模型与浇冒口模型组合粘结在一起，形成模型簇，这种组合有时在涂料前进行，有时在涂层制备后埋箱造型时进行。是消失模（实型）铸造不可缺少的一道工序。

4模型烘干

实型铸造泡塑模型表面必需涂一层一定厚度的涂料，形成铸型内壳。其涂层的作用是为了提高EPS模型的强度和刚度，提高模型表面抗型砂冲刷能力，防止加砂过程中模型表面破损及振动造型及负压定型时模型的变形，确保铸件的尺寸精度。

外购的消失模铸造专用涂料，在涂料搅拌机内加水搅拌，使其得到合适的粘度。搅拌后的涂料放入容器内，用浸、刷、淋和喷的方法将模型组涂覆。一般涂两遍，使涂层厚度为0.5～2mm。据铸件合金种类、结构形状及尺寸大小不同选定。涂层在40～50℃下烘干。

5震实造型

（1）振动造型：砂床制备→放置EPS模型→填砂→密封定型。

（2）砂床制备：将带有抽气室的砂箱放在振动台上并卡紧。底部放入50～100mm厚一层的底砂，振动紧实。

（3）型砂为无粘结剂、无填加物、不含水的干石英砂。黑色金属温度高，可选用较粗的砂，铝合金采用较细砂子。型砂经处理后可反复使用。砂箱为单面开口、设有抽气室或抽气管、起吊或行走机构的砂箱。

（4）放置EPS模型：振实后，根据工艺要求放置EPS模型组并培砂固定。

6负压浇筑

（1）填砂：加入干砂，同时施以振动（X、Y、Z三个方向），时间一般为30～60秒，使型砂充满模型的各个部位且使型砂的堆积密度增加。

（2）密封定型：砂箱表面用塑料薄膜密封，用真空泵将砂箱内抽成一定真空，靠大气压力与铸型内压力之差将砂粒“粘结”在一起，维持铸型浇注过程不崩散，称之为“负压定型”。较为常用。

（3）浇注置换：EPS模型一般80℃左右软化，420～480℃时分解。分解产物有气体、液体及固体三部分，热分解温度不同，三者含量不同。

（4）实型铸造浇注，在液体金属的热作用下，EPS模型发生热解气化，产生大量气体，不断通过涂层型砂，向外排放，在铸型、模型及金属间隙内形成一定气压，液体金属不断地占据EPS模型位置，向前推进，发生液体金属与EPS模型的置换过程。置换的最终结果是形成铸件。

（5）浇注操作过程采用慢→快→慢。并保持连续浇注，防止浇注过程断流。浇后铸型真空维持3～5分钟后停泵。浇注温度比砂型铸造的温度高30～50℃。

7冷却保压

实型铸造浇注时，在液体金属的热作用下，EPS模型发生热解气化，产生大量气体，不断通过涂层型砂，向外排放，在铸型、模型及金属间隙内形成一定气压，浇注时注意调节和控制负压真空度在一定范围内，浇注完毕后保持在一定负压状态下一段时间，负压停止、钢液冷凝后出箱。

8铸件

液体金属不断地占据EPS模型位置，向前推进，发生液体金属与EPS模型的置换过程。置换的最终结果是形成铸件。

9铸钢件节点的检验

铸钢件节点制造完成后的检测技术，采用三维激光扫描技术对铸钢件节点外形尺寸进行精确扫描，三维激光扫描测量技术与BIM信息化模型进行结合，通过对已加工完成的节点进行点云扫描，利用软件对外形尺寸进行对比分析，实现节点外形尺寸精确检测。

四、技术总结

通过新型泡沫塑料模板组合铸造出的构件更有自由度，同时降低投资和生产成本，减轻铸件毛坯的重量，机械加工余量小，铸件精度高，结合BIM三维扫描技术为钢结构铸钢件工艺改良和提高铸钢件加工精度都有很大影响。

参考文献

[1]邓开国.重庆袁家岗体育场网壳铸钢节点设计.建筑结构，2005.8.

[2]《钢结构连接节点设计手册》.中国建筑工业出版社.

[3]冯远杨曦何建波.成都高新科技商务广场C座钢结构设计.建筑结构，2004.11.

[4]中国机械工程学会铸造分会编《铸造手册》第2版铸钢分册.2004.4.