基于高精度砼的制成件钢模具结构设计

摘 要：随着我国经济建设持续快速发展，以及高速铁路建设的不断完善，砼制件钢模具的应用需求愈来愈大。本文主要以隧道工程中主要需要的盾构管片钢制模具和无砟轨道板钢模为例子，对二者的工作原理进行了介绍和浅层对比，进一步对钢制模具结构进行了设计分析。希望本文可以为我国高精度砼的制成件钢模具设计提供一些技术指导，促进我国高速铁路事业蓬勃发展，提升我国的国际影响力。

关键词：高精度砼的制成件钢模具；盾构管片钢制模具；无砟轨道板材料钢模

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.017

0 前言

铁路是我国的重要交通运输方式之一，高速铁路是近年来新兴的运输产业，集合高速度、高技术、高服务于一身，这样一来高规格高精度砼的制成件需求量倍增。其中最常用的就是盾构管片钢制模具和无砟轨道板材料钢模，这两类产品经过我国的引进、升级和应用逐渐更新升级，已经逐步适合我国工业发展节奏，并形成规模进行量产。通过对模具工作原理的了解和设计流程的分析有利于帮助模具技术人员理解流程，促进高精度砼的制成件钢模具产业长远发展。

1 论述钢制模具的工作原理

（1）盾构管片钢制模具原理。盾构管片钢制模具是一种较早的进口类型模具，是隧道中最内层的屏障，承担着土层、地下水的压力，影响着隧道的性能和整体安全。所以，这类钢制磨具的制作要求非常高，内部的结构也较为复杂。目前市场上有三种比较常见的直径规格，分别为4、6、10米，三种类型的模具使用原理大致相同，都是使用板材和型材构成一个能够基础支撑的稳定结构，目的是将型腔架起来。再进行脱模的过程中，要将型腔分解成以下几个部分：前侧模、顶模、端模、后侧模、底模和活块[1]。钢制磨具的大致原理如下：第一是在模腔内部安装好嵌件和活块，同时注入混凝土开始振捣，振捣作业完成之后合上顶模进行第二次的振捣工作。在二次振捣作业过程中要注意处理顶端的混凝土，裸露部分需要人口清理。完成蒸养固化工作之后按照固定顺序进行脱模，盾构管片钢制模具制作就此结束。

（2）无砟轨道板材料钢模的工作原理。无砟轨道板的部分结构与管片模具有很多相似之处，同样都具有端模、底模、前后侧模，唯独没有顶模。无砟轨道板在端模的设计上和盾构管片有一定的差别，前者的端模属于活块结构，且在活块的结构尺寸上有些不同，一般来讲无砟轨道版的尺寸较大。二者在工作运行上也有相似之处，但是振捣和蒸養作业上有差别。无砟轨道板材料钢模的首次振捣工作是采用成组振捣的方式，而盾构管片不是同时进行振捣，而是按照时间顺序依次进行[2]。蒸养作业方面，无砟轨道板材料钢模是直接采用线上蒸养，所有程序在生产过程中得以实现。对比看来，无砟轨道板材料钢模的生产线可以实现多套模具共同使用，线化效率要明显高于盾构管片钢制模具。另外，无砟轨道板材料的钢模在顶部的修正也可以通过专业的修正设备统一处理。

2 钢制模具结构设计分析

（1）盾构管片钢制模具的设计分析。现今关于盾构管片钢制模具的设计主要有三种：一是翻转式的砼管片类型模具。翻转式模具是最早出现的一类产品，起源于欧美国家，这种类型的模具的前后侧模和端模的底部使用翻转的铰链进行固定，且固定在底模上，在脱模过程中需要翻开前后侧模和端模；二是平移式的砼管片类型模具。平移式模具是目前市场上最常见且最常用的一类产品，使用原理是用滚动式轨道副的方式打开前后侧模，解决了翻转式模具开模过程时间长的问题，也可以减少开模造成的磨损，保护模具；三是端模固定类型的砼管片钢制模具。端模固定类型钢制模具是如今市面最新颖的产品，这种模具保留了传统翻转式钢制模具的前后侧模部分，并将端模部分进行固定设计，进而为脱模作业提供便利，可以将制件和活块一起脱出，简化了原有复杂繁琐的操作程序，降低专业操作人员工作难度，更加容易操作和检测。

（2）无砟轨道板钢模制成件的设计分析。由于无砟轨道板钢模制成件的工作原理较为简单明了，此类钢模的结构设计也较为单一简便，目前经常使用的也只有一种。这种制成件由前后侧模、底模、锁紧结构和端模构成。关于底模的设计上，对底模的平整情况要求较高，这主要是源于底模成型需要的面积较大。同时，在前后侧模的刚度上也具有较高的要求，前后侧模的长宽比例较大。前文已经介绍到无砟轨道钢模制成件线上生产可以多组同时进行，实际上的线上检测也可以按照此类方法完成，鉴于此类装配精准度的要求极高，多组齐头检测有利于全站进行整体的把控和测量。在振捣作业方式上，无砟轨道板钢模制成件采用电动的激振器，以提高制成件的整体刚度。

（3）砼制件钢模流程设计分析。砼制件钢模设计的基本原理是从砼制件上反求模具的型腔，然后在设计其它部件进行结构的最终细化[3]。这一基本原理决定了砼制件钢模自上而下的设计流程：一是根据模具制件图纸的造型和最终分析，通过计算机抄绘精确的制件图像；二是通过计算机进行布尔运算，来求解出模具的型腔规格，在砼制件钢模的收缩量上不予考虑，模具长宽比比例较大的除外；三是对于模腔的结构进行细致分析并分解出各个结构；四是对于前后侧模、端模、底模等结构进行结构上的补强和设计；五是对砼制件钢模进行初步组装，设计组装过程中的活块、铰链等运动部件，注重模具的整体性；六是批量检测验证，通过检验后制作生产图，工程步骤确保严谨细致。

3 结论

综上所述，通过对盾构管片钢制模具和无砟轨道板材料钢模的工作原理分析，可以让模具专业技术人员深入了解此类模具，对于剖析二者的结构形式和设计流程加深各个制作工作的安排，知晓每一步骤的重点和注意事项，巧妙应用避开繁琐，减少机器磨损。配合计算机技术可以显著提高无砟轨道板、盾构管片生产的精准度，为模具生产提供技术支持。细心积累操作经验，不断思考新观点和新方法，是高精度砼制件钢制模具发展的长远动力。

参考文献：

[1]黄晓峰，葛友华，张广冬等.基于CAD/CAE技术的钢筋混凝土排水管模具设计[J].混凝土与水泥制品，2013（03）：66-69.

[2]张吟秋.顶进施工法用钢筋混凝土箱涵制作及应用[J].混凝土与水泥制品，2015（12）：32-37.

作者简介：陈利（1982-），男，河北秦皇岛人，本科，助理工程师，研究方向：管片模具。