一种三维错位通道多孔混凝土球成形模具

摘要

本发明公开了一种三维错位通道多孔混凝土球的成形模具，包括从下至上依次连接的托盘、模体、压台，以及安装在模体上的x向串孔轴、y向串孔轴和安装在托盘上并穿过模体的z向串孔轴，x、y、z三维串孔轴错位不相交。本发明的成形模具，具有工作原理清晰、部件分工明确，操作简单，制作材料易得、生产高效等优点，同时可根据河湖生态修复的工程场地及其规模，模具能够随时移动，从而进行大规模、高效化的现场预制生产，降低工程投资。

权利要求

1.一种三维错位通道多孔混凝土球成形模具，其特征在于，该模具包括从下至上依次连接的托盘（1）、模体（5）、压台（6），以及x向串孔轴（3）、y向串孔轴（4）和z向串孔轴（2），所述模体（5）扣合在托盘（1）上，所述压台（6）从上部套入模体（5）中，所述z向串孔轴（2）垂直安装在托盘（1）上并穿过模体（5），所述x向串孔轴（3）和y向串孔轴（4）均穿过模体（5）并垂直于z向串孔轴（2），x向串孔轴（3）和y向串孔轴（4）之间也相互垂直，x向串孔轴（3）外表面与模体（5）下底面的间距为0～1mm，x向串孔轴（3）、y向串孔轴（4）和z向串孔轴（2）两两之间的外表面间距为0到1mm。

2.根据权利要求1所述的一种三维错位通道多孔混凝土球成形模具，其特征在于，所述托盘（1）从下至上依次为底部平板（11）、圆管（12）和开口向上的半球体（13），所述半球体（13）的底部设置有轴心穿过球心的第一轴孔（131），所述底部平板（11）上设置有定位孔（111），所述第一轴孔（131）与定位孔（111）同轴；

所述模体（5）包括从下至上依次连接的第一圆柱体（51）、球台体（52）、第二圆柱体（53）、进料口（54），所述第一圆柱体（51）的内径大于半球体（13）的外径、小于球台体（52）的下底外径，所述球台体（52）的下底内径与半球体（13）的内径一致，球台体（52）的上底直径与第二圆柱体（53）的直径一致；

所述压台（6）包括从下至上依次连接的球缺体（61）、第三圆柱体（62）和平板（63），所述球缺体（61）与球台体（52）共同构成一个半球体，所述圆柱体（62）的直径与球台体（52）下底面直径一致，球缺体（61）的顶点设置有与第一轴孔（131）和定位孔（111）同轴的第二轴孔（611）；

所述z向串孔轴（2）包括主轴（41）和设置在所述主轴（41）下端的定位轴（42），所述定位轴（42）直径小于主轴（41）直径，定位轴（42）插入所述定位孔（111）中，主轴（41）穿过第和一轴孔（131）第二轴孔（611）；所述x向串孔轴（3）和y向串孔轴（4）均通过安装孔穿过球台体（52）。

说明书

一种三维错位通道多孔混凝土球成形模具

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于制造内部具有三维错位通道的预制球的成型模具。

背景技术

[0002] 为有效防治地表水体的水土流失，维护河湖岸坡的安全与稳定，对各类污染水体实施有效的生态修复，改善生物多样性，提出了一种使用多孔混凝土材料预制的球体及其组合模式，球体内部设计x、y、z三维的错位通道，通过连接件将球串接为平面、立体方阵及其各类构型的生态鱼礁（多孔混凝土球及其组合已于2007年7月11获得发明专利授权，专利号ZL200410044905.5）。为实现该类预制球的规模化、标准化、工程化的生产与应用，提高其生产效率，同时也为其他类似材料预制球体提供成型模具和生产模式，为此研发了三维错位通道多孔混凝土球的成型模具及技术方法。

[0003] 该成型模具与生产技术具有生产效率高、产品标准化、可移动性和操作便利性，根据工程需要实现预制球的现场化、工程化生产与应用，该发明同样适用于类似多孔混凝土性状的其他材料预制球体制作。

发明内容

[0004] 技术问题：本发明提供了一种在保证预制球规定圆度的同时，实现预制球体内部三维错位通道、孔洞孔壁相切的三维错位通道多孔混凝土球成形模具。

[0005] 技术方案：本发明的三维错位通道多孔混凝土球成形模具，包括从下至上依次连接的托盘、模体、压台，以及x向串孔轴、y向串孔轴和z向串孔轴，模体扣合在托盘上，所述压台从上部套入模体中，所述z向串孔轴垂直安装在托盘上并穿过模体（5），所述x向串孔轴和y向串孔轴均穿过模体并垂直于z向串孔轴，x向串孔轴和y向串孔轴之间也相互垂直，x向串孔轴外表面与模体下底面的间距为0到1mm，x向串孔轴、y向串孔轴和z向串孔轴两两之间的外表面间距为0到1mm。

[0006] 本发明中，托盘从下至上依次为底部平板、圆管和开口向上的半球体，半球体的底部设置有轴心穿过球心的第一轴孔，底部平板上设置有定位孔，第一轴孔与定位孔同轴；模体包括从下至上依次连接的第一圆柱体、球台体、第二圆柱体、进料口，第一圆柱体的内径大于半球体的外径、小于球台体的下底外径，球台体的下底内径与半球体的内径一致，球台体的上底直径与第二圆柱体的直径一致；压台包括从下至上依次连接的球缺体、第三圆柱体和平板，球缺体与球台体共同构成一个半球体，圆柱体的直径与球台体下底面直径一致，球缺体的顶点设置有与第一轴孔和定位孔同轴的第二轴孔；z向串孔轴包括主轴和设置在所述主轴下端的定位轴，定位轴直径小于主轴直径，定位轴插入定位孔中，主轴依次穿过第一轴孔和第二轴孔；x向串孔轴和y向串孔轴均通过安装孔穿过球台体。

[0007] 本发明模具的使用方法为：

[0008] 第一步：托盘定位。将托盘置于操作台面，用z向串孔轴连接托盘与操作台面，z向串孔轴的直径变化处正好位于托盘的内腔。

[0009] 第二步：将模体置于托盘上部，模体的下部圆柱形内腔罩住托盘，模体与托盘形成了球体内腔（即为模具的料仓），x、y向串孔轴置于模体预留的孔隙中，因此，x、y、z三向串孔轴在料仓内垂直立交。此时通过模体的进料口填入混凝土等原始材料，填充量约为料仓容积的1.1~1.2倍（视原材料而定），通过挤压后，材料密实，形成预制球体。

[0010] 第三步：将压台置于模体上部，z向串孔轴可恰好通过顶部球缺预留的孔洞。在压台上部施加规定的压力和振动频率，压台相应向下运动，直至能够制作规定圆度的预制球体。

[0011] 第四步：脱模方法。撤出压台，然后依次抽出x、y、z向串孔轴（沿着其直线方向抽出），再向上抬升并移离模体，最后预制球体与托盘一起搬离操作台面，待新预制球体在托盘上形成稳定结构（多孔混凝土材料硬化时间一般为24h）后，将托盘与球体分离，再经过球体养护期，最终制备稳定结构的预制构型。此后更换新的托盘置于操作台面，重复上述步骤。

[0012] 有益效果：本发明是根据内部具有三维错位通道的多孔混凝土球体结构而提出的制作模具，和现有技术相比，具有以下优点：

[0013] 使用该模具制备的产品可应用于河湖堤岸防护、水土保持、水质净化及维护生物多样性等领域。预制球体作为河湖生态修复、水质改善、水土保持、维护生物多样性的构件之一，通过内部的三维错位通道（x、y、z三向）结构，可串接成为平面、立体方阵等不同类型的组合形式，从而构造坚固、稳定的河湖堤岸及生态鱼礁，由于球体组合空隙较大，在保证其一定力学强度的同时，填充土壤及其他孔隙载体，可创造植物的生长条件，特别是采用多孔混凝土材料预制的球体及组合，其比表面积大，适合不同类型的生物栖息繁衍，具有水质净化、生态修复及维护生物多样性等功能。

[0014] 本发明提出的一种预制内部具有错位通道多孔混凝土球的成型模具，具有工作原理清晰、部件分工明确，操作简单，制作材料易得、生产高效等优点，同时可根据河湖生态修复的工程场地及其规模，模具能够随时移动，从而进行大规模、高效化的现场预制生产，降低工程投资。随着河湖生态修复及水质净化工程普遍受到重视，本发明将具有较为广阔的应用前景。

[0015] 使用该模具制作的预制球体内部具有x、y、z三维错位通道，连接件穿过通道可将球体组合成单层（平面）、多层（立体方阵）及生态鱼礁等多种构型，应用于河湖堤岸防护、水土保持、水质净化及维护水生生物多样性等领域。

附图说明

[0016] 图1为预制球体的模具组合图；

[0017] 图2为托盘剖视结构图；

[0018] 图3为z向串孔轴正视图；

[0019] 图4为x向、y向串孔轴正视图；

[0020] 图5为模体的剖视结构图；

[0021] 图6为压台剖视结构图；

[0022] 图7为操作台剖视结构图。

[0023] 图中有：托盘1；底部平板11；定位孔111；圆管12；半球体13；第一轴孔131；z向串孔轴2；主轴21；定位轴22；x向串孔轴3；y向串孔轴4；模体5；第一圆柱体51；球台体52；第二圆柱体53；进料口54；压台6；球缺体61；第二轴孔611；第三圆柱体62；平板63；
料仓7；操作台8；模具定位孔811。

具体实施方式

[0024] 本实施例是针对预制球体内部三维错位通道的结构特征而设计的成型模具及其技术方法，以制备直径250mm的预制球体为例，阐述模具的结构设计、制作及其生产技术。以此为模板，可设计、生产系列规格（工程使用的直径范围100mm~500mm）的预制圆球体的成型模具。

[0025] 模具托盘1：为模具下半球的支撑结构，可由金属材料（如Q235）焊接而成，上部的半球体13（直径为250mm，开口向上）和下部的底部平板11（可为圆形或多边形）通过圆管12连接，半球体13与底板平板11设有同心孔，即定位孔111和第一轴孔131，孔径均为16mm，并使之与球心同位于一条直线上，从而保证了z向串孔抽2的有效连接。一般情况下，使用混凝土材料预制的球体，其产生力学强度并形成稳定结构的时间约为24h，实际应用时可根据工程规模，制作相应数量的托盘，进行流水线作业。

[0026] 模体5：可由铸铁或不锈钢金属材料焊接而成。模体5置于托盘1之上，由第一圆柱体51罩住托盘1，并定位。球台体52的下底面直径为250mm，上底面直径为125mm，球台高度为108mm。第一圆柱体51的内径略大于托盘1外径尺寸，其内腔与球台体52的内腔在连接处成台阶，并罩住托盘1，从而保证了模体5能准确与托盘1准确连接。模体5的球台体52部位设有x向串孔轴3、y向串孔轴4的预留孔，两轴在空间上与z向串孔轴2错位且互相垂直。模体5的上部设有圆台形的进料口54，进料口54直径不小于250mm。模体的中部为内径125mm的圆柱内腔，即第二圆柱体53，作为压台6的上下工作空间，并连接进料口54和球台体52。模体5外侧对称设有2处提升操作把手。

[0027] 压台6：由金属材料焊接而成。压台6位于模具的上部，压台6的底部为球缺体61，直径为250mm，底面直径为125mm，球缺体61的顶部设有直径为20mm的第二轴孔611，该孔与托盘的定位孔111、第一轴孔131均同心，以保证z向串孔轴2串通。压台6的上部为平板63，并与加压或振动设备相连接。平板63与球缺体61之间通过外径为125mm、长度为
190mm的第三圆柱体62通过焊接为一个整体。

[0028] 串孔轴：分别为x、y、z三向，共3根，采用不锈钢材料制作，表面光洁度要求较高，全部不大于1.6，棱线全部倒圆角（r=5mm）。x向串孔轴3和y向串孔轴4的长度均为400mm，直径为18mm。z向串孔轴2的总长度为400m，其中一端直径为16mm，长度为80mm，为定位轴22，通入托盘1的孔隙中，另一端直径为18mm，长度为350mm，为主轴21，适用时可通入压台
6的第二轴孔611。

[0029] 操作台8：为模具工作时的附属部件，工作台的上面中心预留直径为16mm的圆孔811，将托盘1置于操作台面，用z向串孔轴2将托盘1定位于操作台8的台面上，进而连接模体5与压台6，从而保证了整个模具的工作位置，通过两点定位，同时z向串孔轴2也能够自然通过压台的第二轴孔611。

[0030] 压台6能够连接施加静压和振动加压的设备，以对具有三位错位通道的多孔混凝土球体实施静压或振捣加压成型方法。

[0031] 本发明提出的预制球成型模具主要由金属材料焊接而成，其中三维方向串孔轴（z向串孔轴2、x向串孔轴3、y向串孔轴4）为不锈钢材料加工而成，轴的棱线需要到倒圆角（r=5mm）。，并保证足够的光洁度。操作台8可采用角钢或扁钢焊接，其中操作台面为厚度不小于5mm的钢板，台面上设有模具定位孔811。模具的其他部件可采用Q235等金属料加工而成。

[0032] 托盘1、模体5及压台6的制作：采用Q235等金属材料加工、焊接而成，其中模具内部的球体料仓的三个组成部分（即下部的托盘13、中间球台52及其上部球缺61）的曲面加工需要铸造球体原模，并经冲床加工各部分曲面，再将曲面与其他部位进行焊接。压台上部预留与施压或振动设备连接的部位。

[0033] 模具工作：将托盘1置于操作台8的台面上，用z向串孔轴2的定位轴22通过定位孔111将托盘1固定于操作台8上，将模体5罩住托盘1，置入x向串孔轴3、y向串孔轴4，通过模体5上部的进料口54置入混凝土混合料及其类似材料，填充量约为模具料仓7容积的1.1~1.2倍，压台6连接施压或振动设备后置于模体5的第二圆柱体53内，按规定施压或振动一定时间后，撤去压台6，依次抽出x向串孔轴3、y向串孔轴4和z向串孔轴2，向上抬升并移离模体5，预制球体与托盘1一起搬离操作台8，待新预制球体形成稳定结构后，将托盘1与预制球体分离，制作稳定结构的预制构型。将新的托盘1置于操作台8上，重复以上步骤，则可制作下一个预制球。在保证托盘1数量足够的前提下，混凝土预制球的生产可实现流水线作业，生产效率得以较大提高。