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曲面铝板幕墙成形技术浅析

来源:2013年会论文集  作者:胡忠明 吴明君  日期:2013-4-10
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  【摘要】随着生产力水平的不断提高及制造业的飞速发展,市场对异形曲面金属板产品的需求也在快速增长。在世界各大城市,纷纷涌现出各种造型复杂、视觉冲击力极强的多维曲面金属板幕墙,这些幕墙都需要使用大量的金属材质的三维曲面板件。因此,对曲面金属板的需求会越来越大。复杂金属曲面板的成形工艺也就显得尤为重要,本文主要结合典型案例,对目前市场上常见的各种曲面铝板成形工艺进行简要分析。重点论述了曲面铝板的各种成形工艺的原理、特点及主要适用范围。对复杂曲面金属板材的加工方式起到抛砖引玉的作用。
  【关键词】 异形曲面、三轴辊、多曲面铝板、样条曲线、多点拉形、多点对压成形、胎膜、现场成形

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  目前市场上常见的曲面铝单板成形方式大致有以下几种:普通三轴棍转板成形、三轴辊转板结合传统手工钣金成形、以直代曲简化成形、胎膜拉伸成形、机械金属模一次性冲压成形、利用多点成形压力机成形、柔性辊压三维成形、现场成形等等。

  现就以上各种曲面铝板成形方式的特点分别做一概述。

  一、 普通三轴辊转板成形
  三轴辊转板成形是目前最常见的金属曲面板成形方式。是在传统的单片折弯的基础上发展而来的,其主要特点是可连续自动化生产,辊弯半径可调。特别适用于曲面曲率固定,批量大的产品。其成形精度容易控制。主要的不足是,对于曲率变化的,数量大、批量小的金属板,无法满足实际生产要求。

  普通三轴辊转板成形工作原理见图1。


  在此基础上,对三轴辊压机稍作优化,适当改变辊压轴的形状和相对位置关系,可以实现半径变化的单曲面板的辊压。但是改进后的三轴辊,亦无法实现多曲率小批量的金属板辊弯成形。鉴于目前三轴辊弯成形工艺已相当成熟,在此就不做深入剖析。

  二、三轴辊转板结合传统手工钣金成形
  目前此成形方式主要应用于批量很小,造型复杂的金属板材。由于开模费用高,这样的板材,一般采用三轴辊卷板与手工钣金结合的成形方式。单件板材,曲率变化较多,又无法达到一定的批量,如果仅靠传统三轴辊的方式是无法实现成形的效果的。一般都是首先利用特制的三轴辊,三轴辊的一个辊轴采用非规则的凸起椭圆形状,另一个辊轴为凹面。板材进入三轴辊转板机后,能辊压出近似的弧面。然后,将半成品板材放在预先制作的靠模(如图2)上进行比对,对于误差比较大的地方,由工艺娴熟的钣金工,以塑料槌手工敲打,使得金属面板逐步形成所需的曲面效果。然后继续往靠模上靠,进行比对,重复进行此项工作,直到板材曲面与靠模完好贴合为止。这种手工钣金成形的方式,需要在过程中,多次将成形的板材放到预先做好的靠模上去比对,当成形件与靠模完美贴合后,即达到理想的效果。图(2)所示为北京银河SOHO多曲板样品制作所需的靠模。

  值得注意的是,此靠模的制作精度很重要,一般都是直接从3D模型中提取所需曲面上各点的参数,利用数控机床切割 出不同曲面的铝板,作为立筋,拼接出如图2所示的“小方格”,此“小方格”排布越密,则靠模精度越高。

  此成形方式的优点是:如果所需产品数量少、尺寸不大、曲面复杂,则可以灵活实现所需效果,操控性强。

  缺点:耗时,速度慢,制作费用高,成形的板材板幅不宜过大。如果板材面积越大,成形后板材表面凸凹不平的现象会越严重。

  比如北京银河SOHO连桥多曲面铝板幕墙,沿铝板弧面任何方向剖切出来的铝板轮廓线,均为样条曲线。在样板制作阶段,也采用了先利用三轴辊辊弯,然后采用手工钣金成形的方式。由于曲面铝板板幅较大,虽然钣金工人手艺娴熟,但是成形完成,铝板上墙后,近距离明显可以观察到铝板表面的凸凹“波纹”。如果在铝板喷涂后再进行观察,此“波纹”现象将更加明显。附图3、4为银河SOHO采用此方式制作的实际曲面样墙(铝板面未喷涂)。图3为第一次成形的样件,图4为将板幅改小,将靠模的“小分割”加密后的效果,很明显,当分格适当减小,靠模精度提高时,成形效果更理想。

  三、以直代曲简化方式成形
  单一的圆弧形状比较好处理,利用三辊机就能直接实现。而双曲面、球形是二维、三维成弧,由于三辊机只能一维成弧,所以就不能利用三辊机直接加工成形,要加工双曲面、球面形状铝板就只能开模,用模具成形,但模具成形成本较高,周期较长,若无特殊需要,本着降低成本,缩短工期的要求,在不影响装饰效果的基础上,就需要进行简化设计,运用简化方法可以达到这一目的。

  对于有些二维双曲面造型铝板,也可以采用以直代曲的简化方法处理,可以将之细分成很多一维弧形铝板,即在一个方向上保持原来的弧形不变,在另一个方向上用很多的直线代替原来的弧形。

  有些时候,装饰效果上可以允许折线段的存在,即在整个双曲面造型上允许一个方向上有很明显的直线段。在弦高越小的情况下,直线就越接近弧线,以直代曲加工出来的双曲面铝板就比较顺滑。一般来说,根据所需装饰效果的实际情况,视觉上感觉不到很明显的直线组合就可以了。比如,一般可以考虑长弧形方向弦高4mm为界,在弦高小于等于4mm时,采用用直线代替弧线以简化双曲面造型的设计加工。将所有分段的折线铝板在工厂焊接拼接起来,表面打磨圆滑后,再进行喷涂等各项工序。图5为某工程双曲铝板采取以直待曲方式的制作的过程样品。(表面未处理)

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