双曲面铝板造型设计及加工的简化方法与运用

孙鹏 陈静

【摘要】对建筑装饰工程中经常遇到的双曲面造型的处理，如何进行高效合理的铝板装饰幕墙设计，怎样解决加工中双曲面造型的一些简化问题。双曲面铝板造型如何设计及加工，才能更加高效的进行简化方法与运用。

【关键词】铝板幕墙双曲面造型设计及加工简化方法与运用;光筒双曲面铝板安装;铝板造型双曲面

为了简化双曲面造型的处理，建筑设计师有时会设计一些圆弧、双曲面、球面形状，以体现一定的装饰效果。这一些形状，在铝板的进一步加工中，单圆弧形状好处理，可以通过三辊机直接实现。然而，双曲面和球面是二维和三维圆弧成形。由于三辊机只能形成一维圆弧，不能直接用三辊机加工。加工双曲面和球形铝板时，只需打开模具，用模具成型即可。然而，模具成形成本高，周期長。如果没有特殊需要，为了降低成本，缩短工期，在此基础上不影响装修效果，有必要对设计进行简化，这可以用简化的方法来实现。对于二维双曲面铝板，我们采用直线代替曲线的简化方法，可以将其细分为无数个一维圆弧铝板，即原圆弧在一个方向不变，原圆弧在另一个方向被无数条直线代替。

有时，装饰效果会允许大直线段的存在，即在整个双曲面形状中，有一个方向有明显的直线。有时，双曲面的设计是为了达到双曲面二维方向为圆弧的效果。在这种情况下，如果采用直线代替曲线的简化方法，则需要考虑用直线代替圆弧的弦高。弦高越小，直线越接近圆弧，用直线代替曲线加工的双曲铝板更圆。当然，弦高在多大程度上不影响整体装饰的圆润效果呢？由于不同的半径有不同的划分方法，这个问题没有确定的数值。一般来说，根据实际情况所要求的装饰效果，在一定的距离和视觉上感觉不到明显的线性组合是可以的。一般根据已完工程的实际经验，可考虑长弧方向弦高为4mm，弦高h小于或等于4mm，即可用直线代替圆弧，简化双曲面造型的设计和加工。

在一些铝单板幕墙工程中，由于施工现场的焊接钢架龙骨不规范，现场实测的实际尺寸也不规则，导致双曲面网格形状的不确定性，使得用直线代替曲线后的单向圆弧板形状无法实现下定决心。如果铝板按每个单元的实际尺寸加工，在墙上安装后胶接会不均匀，胶接可能会很大，有些地方可能会很小甚至扭曲。在这种情况下，为了保证胶缝的均匀性，可以很容易地采用简化的方法。其中一种方法是测量双曲面总弧长，然后除以网格数。这种方法在钢架焊接前是有效的。但有时钢架已经完工，由于某些原因，钢架没有按标准焊接。此时，如果钢架平分，钢架需要重新调整。然而，重新调整钢架既费时又费钱，非常不经济。在没有具体要求的情况下，无需调整钢架，只需调整所需尺寸即可。具体的调整方法是将不规则的单向圆弧板简化为等腰梯形的单向圆弧板，并将基本接近长度的铝板的坡度调整到相同。调整后，胶缝宽度基本相同。

在某些时候，为了体现一定的装饰效果，建筑设计师设计一些弧形、双曲面、球面形状。这些形状，铝板加工中，单圆弧形状好处理，可以通过三辊机直接实现。然而，双曲面和球面是二维和三维圆弧成形。由于三辊机只能形成一维圆弧，不能直接用三辊机加工。加工双曲面和球形铝板时，只需打开模具，用模具成型即可。然而，模具成形成本高，周期长。如果没有特殊需要，为了降成本，缩工期，基础上不影响装修效果，有必要对设计进行简化，这可以用简化的方法来实现。

对于二维双曲面铝板，我们采用直线代替曲线的简化方法，可以将其细分为无数个一维圆弧铝板，即原圆弧在一个方向不变，原圆弧在另一个方向被无数条直线代替。有时，装饰效果会允许大直线段的存在，即在整个双曲面形状中，有一个方向有明显的直线。有时，双曲面的设计是为了达到双曲面二维方向为圆弧的效果。在这种情况下，如果采用直线代替曲线的简化方法，则需要考虑用直线代替圆弧的弦高。弦高越小，直线越接近圆弧，用直线代替曲线加工的双曲铝板更圆。当然，弦高在多大程度上不影响整体装饰的圆润效果呢？由于不同的半径有不同的划分方法，这个问题没有确定的数值。根据实际所要求的装饰出来的效果，在一定的距离和视觉上感觉不到明显的线性组合是可以的。一般根据已完工程的实际经验，可考虑长弧方向弦高为4mm，弦高h小于或等于4mm，即可用直线代替圆弧，简化双曲面造型的设计和加工。

用直线代替曲线的简化方法处理铝板幕墙的双曲形状是一种典型的方法。在主墙中，由于水平投影方向半径较大，分割成1200mm网格的直线弧形铝板的后弦高度很小，因此整体装饰效果自然形成了双曲线形状。但是，由于顶部和女儿墙双曲面造型的水平投影方向半径较小，如果水平投影方向半径较大，弦高就会很大，因此会明显地显示出一段直线段，因此要处理这种双曲型造型，保留原单元网格，然后将原始单元网格细分为若干个弦高很小的线性弧段。这些线性弧段在工厂焊接成一个单元网格，然后将这些单元网格安装在墙上，自然形成一个双曲线形状。

结语：

目前，铝合金蒙皮拉伸成形的研究内容包括拉伸成形的基本机理、解析分析和有限元模拟以及回弹补偿模具修复。针对铝蒙皮拉深成形过程，开发了自动化程度高的软件。国内外对复杂铝合金蒙皮的拉伸成形技术、镜面蒙皮的成形机理、有限元仿真软件的开发等都进行了较为系统的研究。进行了工艺参数优化和工艺设计与制造系统软件的开发。双曲型铝单板生产企业的操作人员非常有必要掌握钣金工艺，有利于钣金生产管理，是提高产品质量、降低成本的重要保证。

参考文献：

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