寺庙金顶铜板蒙皮方法浅析

寺庙金顶铜板蒙皮方法浅析

赵桐贤

中交基础设施养护集团有限公司

摘要

武汉市江夏层莲华寺庙的金顶工程是重点的佛教工程，金顶工程的铜板通过蒙皮方法进行装饰，取得成功应用；蒙皮方法的主要工序为：放样、金顶分层、铜板分块、挤压成形、焊接、整饰、涂装，此方法具有效率高、质量稳定、成本低等优点，具有较高的推广价值。

关键词

金顶    蒙皮方法   挤压成形

1、前言

金顶工程是武汉市江夏层莲华寺庙的重点佛教工程，是一个复杂的系统工程，集结构设计、艺术、材料成形、测量、焊接及涂装等为一体。

金顶工程在技术、质量、安全、工期等方面均给施工造成较大难度，鉴于上述情况，公司研究采用挤压和敲铜成形的蒙皮施工方法，在武汉莲花寺金顶装饰工程中取得成功应用，获得了良好的经济和社会效益。

2、金顶制造的结构特点

2. 1金顶高度高、直径大、数量多、重量重，具有批量制造的特点；

小金顶总高15米、底部直径6米、数量8个，大金顶总高21米、底部直径8米、数量1个。

2.2金顶结构复杂：内为钢结构，外为蒙皮铜板；

2.3金顶外形曲面复杂，随着高度的升高半径曲率随之变大。

3、金顶铜板蒙皮方案

我们采用先进的扫描和计算机建模放样技术进行制作，确保最终产品艺术形象完全忠实于缩比模型，整体结构更加安全可靠。

3.1主要采用挤压和敲铜的方法，解决了蒙皮铜板成形技术质量问题；

3.2铜板成形后用手工氩弧焊进行焊接。

3.3蒙皮铜板先预制后安装，避免吊装的安全风险，缩短制造工期；

4、蒙皮工艺原理

4. 1金顶曲面采用扫描和计算机建模、放样制作，确保最终产品艺术形象完全忠实于缩比模型，以及结构安全可靠。

4. 2金顶按曲面结构进行分层和分块。

4. 3金顶曲面曲率大的进行挤压成形。

4. 4金顶曲面曲率小的进行敲铜成形。

4.5金顶曲面按图纸在板条骨架上进行拼装、组焊成形。

4.6金顶铜板拼装验收合格后进行涂装。

5、施工工艺流程及蒙皮方法

5.1施工工艺流程

金顶工程金顶部分的工艺流程图如下：

     计算机扫描、建模、放样→型面分层分块→钢骨架设计制作→蒙皮铜板裁剪分块→铜板挤压成形→敲铜成形→焊接→表面打磨→涂装→验收

5.2蒙皮方法

5.2.1．蒙皮计算机处理要点

采用激光扫描仪对等比缩小模型进行扫描， 对扫描后的数据采用三维软件放大并进行光顺等优化处理，得到1:1模型的曲面数据，1:1模型确认后在计算机内进行分块和截面设计。

5.2.2. 型面蒙皮制作方案

金顶工程的型面蒙皮由2mm厚的H62黄铜板压制而成，H62黄铜板具有良好的塑性和较低的变形抗力，即具有良好的成形性能。铜板压制成形后再进行焊接，焊接成形后再进行表面打磨和涂装，最后验收。

5.2.2.1 型面蒙皮的分块                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       

根据金顶工程的实际情况，采用预制结合现场组装的方法，对金顶结构断面进行分层，共分38层，每层再分成若干小块。

型面蒙皮的分块是指金顶结构断面的分层内再分块，根据金顶表面的形状将黄铜板材裁剪成需成形的铜块。其大小应根据金顶表面的复杂程度确定，其分块原则为：保证金顶型面的光滑，减少黄铜板材用量，减少焊接工作量。

图1  金顶结构分层图

5.2.2.2型面蒙皮成形原则

黄铜蒙皮经分块后采用挤压和敲铜的方法成形，其成形应遵循以下原则：

黄铜蒙皮的成形应完全忠实于型面板条造型的轮廓，表面光滑、线条流畅，不得有缺陷，不允许将黄铜蒙皮直接在型面刚架进行成形。

5.2.2.3型面蒙皮的挤压成形

本挤压成形是一种结构合理、安全可靠、效率高的薄壁铜板的成形方法［1］。

薄壁铜板的成形装置由装配在一起的：上模和下模组成。

上、下模的工作面根据计算机放样设计成凹凸面，然后通过模具钢加工制造而成。

上模形状呈凸台形，下模形状呈凹台形；具体步骤如下：

（1）按金顶的分层分块，裁剪好铜板400mm*400mm一块，每层每块编上号；

（2）将裁剪好的铜板进行加热到一定的温度；

（3）将裁剪加热好的铜板放在下模顶上。

（4）通过上下模的挤压，铜板成为所需的蒙皮型板。

铜板放在上下模的中间，通过与液压机装配的上、下触顶挤压成形。

图2  铜板挤压成形示意图

5.2.2.4型面蒙皮的敲铜成形

敲铜成形主要是人工的方法将铜板敲打成所需的成形铜板。

首先用80mm或100mm厚的钢板下料成500*500的平板，在钢板的底部焊四个高500mm的脚，搭制成一个小型平台。

将裁剪好的铜板放在平台上，人工用铁锤敲打铜板，直至形成所需曲率的蒙皮铜板。

图3  铜板敲铜成形示意图

5.2.3壁板制作

根据总体设计方案，型面蒙皮与型面板条进行连接，连接步骤如下：

5.2.3.1、预焊接固定：将成形后的黄铜蒙皮与已连接在型面板条上的黄铜蒙皮进行预焊接固定，固定时应保证该蒙皮与相邻蒙皮型面圆滑、线条流畅。

5.2.3.2、为保证壁板间拼缝间隙小于1mm，壁板的蒙皮四周应留余量，壁板安装时切除多余蒙皮余量。

5.2.3.3、蒙皮与型面板条进行连接，形成壁板。

5.2.5、蒙皮焊接

金顶工程外蒙皮为H62黄铜板，厚度为2毫米，蒙皮的焊接采用手工钨极氩弧焊（TIG焊），焊材选用与母体材料相同的焊丝，保护气体用纯度为99.9%的工业纯氩气，由于黄铜蒙皮壁厚为2mm，不开焊接坡口，直接对接焊接，拼缝间隙小于1mm。

黄铜蒙皮的焊接采用自下而上分层焊接，先焊各层的纵焊缝，后焊各层的环焊缝，焊接工位对称焊接。

5.2.6蒙皮修饰

为了保证金顶工程最终艺术效果，对金顶工程蒙皮艺术形象进行修饰，也是涂装质量的保证。

蒙皮焊缝的整饰：将所有焊缝外表面修磨平整后，整饰出与周围壁板相连贯的衣饰花纹；蒙皮线条不流畅的部位的整饰：对莲花的线条不够流畅的，通过整饰加以消除；对蒙皮表面的意外损伤进行整饰。

5.2.7蒙皮涂装

金顶工程所处环境为高温、高紫外线照射，对于金顶表面涂装有着极高的要求，外表面采用专用的涂料进行着色表面处理。

涂装质量控制：涂装前表面质量需检验合格。涂装现场通风良好，温度在5℃-35℃之间，相对湿度在85%以下，遇到雨、雪、雾天均不可施工。涂料没有完全干燥前不允许触摸蒙皮表面。

6、效益分析

与传统单一敲铜蒙皮方法相比，具有效率高、质量稳定、成本低等特点；

金顶蒙皮方法提供了新的施工技术，具有较强的推广价值；在具体实施中，促进了当地的经济发展，增加地层的实力，取得了良好的经济和社会效益。

7、结论

金顶蒙皮方法在武汉莲花寺取得了成功的应用，该方法既保证了项目的质量又提高了工作效率，同时也降低了制造成本。

参考文献

［1］、沈其文 主编  材料成形工艺基础 华中科技大学出版社  2006.8  p111

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