裝配式建筑構(gòu)件模具的設(shè)計(jì)與使用管理

郭波

摘要：從混凝土預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)的角度，對模具技術(shù)進(jìn)行闡述，并例舉模具設(shè)計(jì)實(shí)例。

關(guān)鍵詞：裝配式 模具 設(shè)計(jì) 通用性 模數(shù)化 模塊化 效益

引言

混凝土構(gòu)件生產(chǎn)具有類型多樣、生產(chǎn)流水快、重復(fù)性高、外觀質(zhì)量要求高等特點(diǎn)，而模具是預(yù)制構(gòu)件的外形保證，其質(zhì)量的高低對構(gòu)件的影響至關(guān)重要，主要體現(xiàn)在預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量、效益和裝配式優(yōu)勢的發(fā)揮等方面，因此，模具技術(shù)應(yīng)用成為了構(gòu)件生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，結(jié)合清鎮(zhèn)住宅產(chǎn)業(yè)化基地模具的使用經(jīng)驗(yàn)，對模具設(shè)計(jì)和使用管理進(jìn)行闡述，并例舉兩種新型模具設(shè)計(jì)實(shí)例供參考。

1模具設(shè)計(jì)思路和構(gòu)型選擇

模具是預(yù)制構(gòu)件的外形控制材料，是預(yù)制構(gòu)件成敗的關(guān)鍵，因此預(yù)制構(gòu)件模具設(shè)計(jì)之前須先分析模具設(shè)計(jì)需要解決什么問題，理清重難點(diǎn)，清晰模具設(shè)計(jì)思路，明確模具構(gòu)型，將決定模具設(shè)計(jì)的優(yōu)劣。

1.1模具設(shè)計(jì)須解決的重難點(diǎn)問題

預(yù)制構(gòu)件是裝配式建筑的組成部件，根據(jù)建筑的特性，預(yù)制構(gòu)件須與現(xiàn)澆段或灌漿段之間通過鋼筋/套筒可靠連接，這決定了預(yù)制構(gòu)件的外形尺寸和出筋位置必須精準(zhǔn)，對模具提出了高精度要求

另外預(yù)制構(gòu)件是工業(yè)化工廠生產(chǎn)的產(chǎn)品，工廠廠房建設(shè)和設(shè)備年均攤銷大，須進(jìn)行流水化快速批量生產(chǎn)才能確保效益，因此模具須滿足工業(yè)化流水線生產(chǎn)的要求，同時(shí)確保構(gòu)件外觀質(zhì)量

模具單價(jià)昂貴，因此須優(yōu)選模具構(gòu)型以降低模具造價(jià)，并通過提高模具的通用性和耐久性增加模具周轉(zhuǎn)次數(shù)以降低模具攤銷費(fèi)用

裝配式建筑的重要優(yōu)勢之一是施工進(jìn)度快，但由于預(yù)制構(gòu)件的成本較高，經(jīng)濟(jì)因素限制了裝配式建筑的發(fā)展，若能使預(yù)制構(gòu)件具備更高的通用性和生產(chǎn)便利性，將使預(yù)制構(gòu)件模具成本繼續(xù)大幅度降低，并進(jìn)一步加快生產(chǎn)效率，裝配式建筑的綜合造價(jià)則有望低于常規(guī)現(xiàn)澆建筑，如此將能充分發(fā)揮裝配式建筑優(yōu)勢，大幅增加產(chǎn)業(yè)化市場份額，而這要求預(yù)制構(gòu)件朝模塊化方向發(fā)展，也就意味著模具設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之間的協(xié)調(diào)配合須提到更高的層次。

1.2模具設(shè)計(jì)思路

為滿足以上要求，預(yù)制構(gòu)件模具應(yīng)實(shí)行模數(shù)化設(shè)計(jì)、模塊化制作思路，按照重復(fù)利用原則，采取整體式組合模具，連接可靠且質(zhì)量輕便、便于拆裝，并須具有精度高、通用性高、剛度高和耐久性好的特點(diǎn)。

同時(shí)為滿足流水化生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率要求，生產(chǎn)時(shí)須將鋼筋綁扎工序在模具外提前進(jìn)行，完成后整體吊裝入模，因此模具還應(yīng)具備使鋼筋網(wǎng)籠整體入模的能力，且具有公差配合好的優(yōu)點(diǎn)，即具備生產(chǎn)便利性。

1.3模具構(gòu)型選擇

根據(jù)模具設(shè)計(jì)思路，整體式組合模具優(yōu)選預(yù)留孔組合形式，構(gòu)件各向表面分別制作可拆卸邊模，各邊模之間用螺栓連接。

以外墻板模具為例，因大多數(shù)墻板構(gòu)件左右端面構(gòu)造類似，僅墻板高度不同，按照重復(fù)利用原則，應(yīng)選擇最大高度的外墻板為參照，將外墻板左右邊模設(shè)計(jì)為同一規(guī)格，外墻板上下邊模嵌入左右邊模之間并與其螺栓連接組合，即采用左右包上下構(gòu)型，可使最大程度實(shí)現(xiàn)模具重復(fù)利用，提高通用性。

具體到各邊模，左右邊?？刹捎谜w式構(gòu)型，箍筋出筋孔采用槽孔并向上開通，以方便鋼筋籠整體入模 外墻板上端面出筋較長，若采用與左右邊模相同的構(gòu)型，將導(dǎo)致上邊模寬度過大，模具費(fèi)用高，考慮到外墻板上端面均出直筋或箍筋的特點(diǎn)，可將上邊模按外墻板板厚方向單獨(dú)拆分成上下組合式模具構(gòu)型，并額外采用螺栓連接，拼裝模具時(shí)先安裝下部組合，待鋼筋籠整體入模后，再安裝上部組合完成模具拼裝，拆模時(shí)可整體脫模以節(jié)約時(shí)間。

另外外墻板內(nèi)葉墻模具和外葉墻模具之間可僅在轉(zhuǎn)角部用螺栓連接，通過合理選擇模具寬度保證模具組合體的整體剛度，以減少振搗變形并提高模具耐久性，同時(shí)能簡化模具拆裝工序，提高生產(chǎn)效率。

最后，為保證外墻外立面感官效果，優(yōu)選反打模具構(gòu)型，即外葉墻在下緊貼模臺，內(nèi)葉墻在上的型式，以保證外墻板的外立面平整光滑。

模具構(gòu)型的合理選擇是模具詳細(xì)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是體現(xiàn)模數(shù)化設(shè)計(jì)、模塊化制作思路并實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用原則的關(guān)鍵設(shè)計(jì)步驟。

2模具詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.1模具材料和制作要求

為保證模具的高精度要求，模具須選擇質(zhì)地堅(jiān)硬耐磨、便于加工成型的材料，一般選用 Q235鋼材，疊合板模具板材厚度可選 5mm左右，其他模具面板厚度 8mm左右。板材的切割下料須采用激光切割機(jī)以確保精度，模具須有較高整體剛度以減小變形，模具的連接部位位置須唯一確定，焊點(diǎn)牢固，各向尺寸累積誤差及平整度控制在依1mm以內(nèi)，角誤差依1毅以內(nèi)。

2.2模具剛度設(shè)計(jì)

為確保模具的耐久性和構(gòu)件外形尺寸，模具須具有各向較高剛度，一般主要是側(cè)向剛度，首要考慮混凝土振搗時(shí)的模具剛度要求，此時(shí)不宜考慮磁盒的緊固力，僅按照連接孔位置為鉸支點(diǎn)進(jìn)行剛度計(jì)算，控制模具變形在 1mm以內(nèi)，另外還須驗(yàn)算模具轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)模具的豎向剛度 一般情況下，鋼模具若滿足以上剛度要求，其強(qiáng)度亦滿足要求。

2.3細(xì)部設(shè)計(jì)

模具細(xì)部設(shè)計(jì)對生產(chǎn)效率的提高尤為關(guān)鍵，同一種模具構(gòu)型，細(xì)部不同可大幅影響生產(chǎn)效率和構(gòu)件質(zhì)量。

如疊合板模具的連接孔若采用通槽孔形式，則可使拆裝模速度提高 3倍以上，將模具各部位連接螺栓均統(tǒng)一設(shè)計(jì)為？16，將減少扳手種類和數(shù)量，避免頻繁更換扳手，可進(jìn)一步提高拆裝模具速度。

當(dāng)內(nèi)/外墻板采用鋼筋籠整體吊裝入模工藝時(shí)，考慮預(yù)綁鋼筋的制作誤差，若適當(dāng)調(diào)寬模具出筋孔寬度并對孔開口部位進(jìn)行倒角，有助于提高入模速度，入模后再使用膠塞調(diào)校鋼筋準(zhǔn)確位置。

部分細(xì)部設(shè)計(jì)亦涉及到構(gòu)件外觀質(zhì)量，如外墻板若采用正打工藝，其內(nèi)葉模具就需注意面板與封板之間的接口的平順設(shè)計(jì)，否則拆模時(shí)極易損壞保溫板，而各向邊模邊肋板與面板之間需要采用墊板支墊，以確保各向邊模面板之間的緊貼。

2.4模具與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為提高模具的通用性，必然需——以預(yù)制構(gòu)件的模塊化設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，而預(yù)制構(gòu)件模塊化設(shè)計(jì)又須以預(yù)制構(gòu)件的模數(shù)化設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)。

預(yù)制構(gòu)件的模數(shù)化直接關(guān)系到模具的成本，采用模數(shù)化設(shè)計(jì)的構(gòu)件，相同長度的各向邊?；揪赏ㄓ?相反，未采用模數(shù)化設(shè)計(jì)的構(gòu)件，即便外形尺寸一模一樣，但可能因?yàn)槌鼋钗恢貌灰恢聦?dǎo)致模具無法通用，只能新做模具，造成巨大的浪費(fèi)。

因此，模具設(shè)計(jì)須與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行充分溝通，提前介入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，貫徹模數(shù)化原則，通過采用合理模數(shù)，適當(dāng)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)更適合于模數(shù)拆分，有效減少出現(xiàn)非模數(shù)化構(gòu)件的數(shù)量，并通過實(shí)踐的積累逐漸總結(jié)出一套最優(yōu)模數(shù)體系，歸納出一系列模數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，最終為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化模塊構(gòu)件創(chuàng)造條件。

2.5模具合理數(shù)量

模具的合理數(shù)量與生產(chǎn)進(jìn)度要求相關(guān)，若考慮達(dá)到最大產(chǎn)能，綜合氣溫、預(yù)養(yǎng)護(hù)和模具成本等因素，8小時(shí)臺班產(chǎn)量與模具合理數(shù)量的比值為 2.4左右。

3新型模具設(shè)計(jì)實(shí)例

3.1內(nèi)墻板可側(cè)翻通槽孔模具

模具構(gòu)型如下圖所示。

模具封板與面板采用 8mm厚 Q235鋼板，加肋斜撐采用 20伊 20的方鋼，出筋孔向上開通槽孔，孔開口部位進(jìn)行倒角 下封板的寬度為 50mm，通過豎向粗牙螺桿將模具調(diào)平。

該模具拆模時(shí)讓整套邊模能向上封板挑出一側(cè)側(cè)翻，拆模后不易導(dǎo)致鋼筋變形 模具向上開槽，槽口尺寸大，也不易損壞模具，方便拆模并保護(hù)模具，大幅減少模具修復(fù)工作，模具的重復(fù)使用次數(shù)能達(dá)到 100次 上封板采用整板面不會對保溫板掛傷拉扯導(dǎo)致預(yù)制構(gòu)件破損。

3.2疊合板組合可變通用模具

該模具是一套免開孔、可以自由組合，并能快速拆卸的模具設(shè)計(jì)，通過在鋼筋上、下側(cè)模板的側(cè)面放置密封裝置，達(dá)到固定鋼筋和填充鋼筋間的空隙，實(shí)現(xiàn)模具免開孔，同時(shí)防止漏漿 該模具側(cè)?？梢陨炜s調(diào)節(jié)以滿足不同外形尺寸的需求，可以極大的增加模具周轉(zhuǎn)次數(shù)，降低生產(chǎn)成本 澆搗前加裝特制折型固定裝置，既保證了澆搗過程中模具穩(wěn)定，又減輕了模具的自重。同時(shí)為實(shí)現(xiàn)機(jī)械化裝配、拆卸創(chuàng)造條件。

4模具使用管理

為實(shí)現(xiàn)清水混凝土的目標(biāo)，同時(shí)維持模具的質(zhì)量，提高模具周轉(zhuǎn)次數(shù)，降低模具均攤費(fèi)用，從模具的歸類、拆裝、維修和保養(yǎng)等方面也應(yīng)采取相應(yīng)的措施。

4.1模具編碼與歸類

一般來說，構(gòu)件的整套模具難以全部都具有通用性，但能有部分邊模具備通用條件，所以當(dāng)一個(gè)項(xiàng)目生產(chǎn)完成后，模具的編碼與歸類不必按照構(gòu)件區(qū)分，應(yīng)按照通用性的不同分類。

模具的編碼需按照事先確定的編碼規(guī)則進(jìn)行，對通用模具采用通用編碼并同區(qū)歸類，以便后續(xù)項(xiàng)目遇到類似構(gòu)件時(shí)可隨時(shí)調(diào)用。對不通用的模具單獨(dú)編碼與歸類，同時(shí)做好臺賬，便于改裝需要。

4.2模具安裝與拆除

預(yù)制構(gòu)件模具的安裝應(yīng)根據(jù)模具設(shè)計(jì)方案進(jìn)行安裝及加固，模具安裝的偏差及檢驗(yàn)方法按葉混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范曳相關(guān)要求。模具拼接處必須緊密無縫隙，模具與模臺面必須緊貼。為防止在混凝土澆筑振搗過程中出現(xiàn)模具上浮的現(xiàn)象，利用磁盒、螺栓或壓模工裝等每間隔一段距離壓住模具邊角。模具安裝完成后及時(shí)涂刷脫模劑或粗糙劑，涂刷水性脫模劑時(shí)注意不能與油性脫模劑混用，同時(shí)不要沾染已噴油的模臺面以避免兩種脫模劑不相容導(dǎo)致混凝土外觀色差的問題。

模具拆除時(shí)按固定的倒序進(jìn)行，要保護(hù)板面，嚴(yán)禁強(qiáng)行砸、撬模具，拆卸后及時(shí)清理，并修理損傷的模具，經(jīng)檢查合格后使用。

5結(jié)語

從分析模具設(shè)計(jì)需解決的問題著手，理清模具設(shè)計(jì)重難點(diǎn)，清晰模具設(shè)計(jì)思路，根據(jù)預(yù)制構(gòu)件的外形特點(diǎn)，合理選擇模具構(gòu)型，并通過模具詳細(xì)設(shè)計(jì)，確定優(yōu)化模具各項(xiàng)參數(shù)，是良好的模具設(shè)計(jì)的必要步驟。

良好的模具設(shè)計(jì)需配合良好的模具管理，從模具的歸類、拆裝、維修和保養(yǎng)等方面采取相應(yīng)的措施，注重維持模具的質(zhì)量，才能充分發(fā)揮模具的效用，增加模具周轉(zhuǎn)次數(shù)，降低模具均攤費(fèi)用。

通過不斷循環(huán)改進(jìn)提高模具設(shè)計(jì)技術(shù)與管理工作水平，逐步提高產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)效率，降低成本，充分發(fā)揮裝配式建筑優(yōu)勢，最終達(dá)到效益最大化。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位 ：中國水利水電第八工程局有限公司 ）