Устройство для изготовления арматурной стали

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изготовлению арматурной стали. Задача изобретения - повышение пластических свойств стали. Устройство для изготовления арматурной стали методом холодной деформации включает две роликовые волоки, направления осей роликов которых пересекаются, а на рабочей поверхности имеются насечки периодического профиля. В соответствии с изобретением, ролики выполнены с цилиндрической поверхностью, причем зазоры между роликами выбраны из условия обеспечения обжатия в первой волоке с коэффициентом вытяжки не более 1,12, а во второй волоке не более 1,16. Изобретение позволяет осуществлять холодную деформацию, при которой образующиеся деформированные зоны равномерно распределяются в поверхностных слоях по всему периметру арматурной стали, оставляя при этом структуру центральных слоев недеформированной горячекатаной, это позволяет получить арматурную сталь с равновесной структурой, обладающей высокими пластическими свойствами. 1 табл., 4 ил.

 

Изобретение относится к обработке металлов давлением, в частности к устройствам для изготовления арматурной стали методом холодной деформации.

Изготовление арматурной стали методом холодной деформации (см., например, В.Г.Паршин, С.П.Васильев "Механические свойства низкоуглеродистых сталей после горячей прокатки, волочения и холодной высадки" Экспресс-информация, Центральный НИИ информации и технико-экономических исследований черной металлургии - М., 1974, Серия №9, Выпуск №7, с.17-18) характеризуется тем, что в горячекатаной заготовке, подвергаемой деформационному наклепу, изменяется структурное и субструктурное состояние металла с перлитной структурой. При этом, как следствие, повышается прочность и ухудшаются пластические характеристики. Причем интенсивность ухудшения пластических свойств (относительных и равномерных) более высока, чем интенсивность упрочнения.

Это негативно сказывается на эксплуатационных свойствах готовой арматурной стали, т.к. высокая пластичность арматурной стали является очень важным условием для выбора арматурной стали для массового потребления. Пластичная арматура значительно снижает риск прогрессирующего (лавинообразного) разрушения элементов железобетонных конструкций, позволяет повысить надежность и долговечность эксплуатации зданий и сооружений. При этом производство арматурной стали связано с необходимостью получения готового профиля, коэффициент армирования которого соответствует значениям, утвержденным Гостом или ТУ.

Известно устройство для изготовления арматурной стали методом холодной деформации, включающее роликовую волоку, состоящую из двух последовательно расположенных взаимно перпендикулярных пар рабочих роликов, между которыми с максимально возможным приближением к профилирующим роликам закреплена пластина с прямоугольным отверстием, при этом ролики первой пары имеют гладкую рабочую поверхность, а во второй паре ролики выполнены с периодическим арматурным профилем, причем ширина прямоугольного отверстия в пластине равна ширине овалообразного профиля по малой оси овала (см. патент РФ №2058843, МПК В 21 С 1/00, 1992 г.).

Недостаток данного устройства заключается в том, что холодная пластическая деформация катанки на гладких валках и в профилирующем калибре осуществляется со значительными обжатиями. Это приводит к полному исчерпанию ресурса пластичности исходной катанки, особенно из низкоуглеродистых сталей, и делает невозможным получение высоких пластических свойств в готовой арматуре, например, в соответствии с СТО АСЧМ 7-93, EN 10080.

Кроме того, использование пластины снижает производительность устройства, так как перед изготовлением каждого нового профиля арматурной стали необходимо осуществлять операции по демонтажу одной пластины и креплению новой пластины.

Наиболее близким к изобретению является устройство изготовления арматурной стали холодной деформацией, включающее две роликовые волоки, направления осей роликов которых пересекаются, а на рабочей поверхности имеются насечки периодического профиля (см. патент Японии №52-17820, кл. 12 С 32, МПК B 21 D 11/12, 1977 г.).

Кроме того, в первой волоке на рабочей поверхности роликов имеются канавки полуэллиптической формы, а во второй волоке на рабочей поверхности роликов имеются канавки полукруглой формы.

Недостатки известного устройства заключаются в следующем.

Деформацию круглой заготовки в первом проходе осуществляют с четырех сторон с относительно небольшими обжатиями, то есть имеет место четырехсторонняя схема основных потоков течения металла, при этом в направлении зазоров калибра реализуются два потока вытеснения. Однако из-за сдерживающего действия боковых стенок калибра потоки эти незначительны и деформация в направлении разъемов является небольшой. Во втором проходе, согласно схемы (С), деформируют только небольшой вытесненный в первом проходе объем металла. В результате такой схемы деформирования в готовом профиле наблюдается неравномерное распределение деформаций по сечению: вся деформация сосредоточена в незначительном по глубине поверхностном слое, причем неравномерно по ширине. Это приводит к разности механических свойств по сечению готового профиля, а также может вызвать появление в поверхностном слое значительных по величине растягивающих остаточных напряжений. В совокупности с неравномерным распределением свойств по сечению обрабатываемой проволоки это приводит к снижению пластических свойств готового профиля. Для повышения пластичности требуются дополнительные технологические операции, например термообработка.

Кроме того, использование роликов, выполненных с врезным (угловым) калибром, приводит к деформации с отличающимися линейными скоростями на поверхности контакта, в результате чего наблюдается дополнительная неравномерность распределения напряжений на поверхности контакта, что также снижает пластичность.

Кроме того, изготовление врезных ручьев, а тем более нарезка на их поверхности канавок (углублений) требует дорогостоящего оборудования, снижает производительность и удорожает себестоимость продукции. Деформирование во врезных (угловых) ручьях в известном устройстве, кроме вышеперечисленных недостатков, не обеспечивает изготовления арматурной стали без подрезов и лампасов, а гарантированное исключение их требует дополнительной осевой настройки калибров и постоянный контроль точности в настройке.

Задача заявляемого изобретения заключается в повышении пластических свойств арматурной стали.

Технический результат настоящего изобретения заключается в том, что предлагаемое устройство позволяет осуществлять холодную деформацию, при которой образующиеся деформированные зоны равномерно распределяются в поверхностных слоях по всему периметру арматурной стали, оставляя при этом структуру центральных слоев недеформированной горячекатаной, это позволяет получить арматурную сталь с равновесной структурой, обладающей высокими пластическими свойствами, соответствующими требованиям евростандарта.

Кроме того, данное устройство позволяет использовать в обоих волоках однотипные ролики, что обеспечивает снижение себестоимости арматурной стали. Возможность использования роликов с цилиндрической рабочей поверхностью для изготовления периодического профиля существенно упрощает нарезку впадин. В этом случае меняется способ нарезки, упрощается оборудование, повышается производительность.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве изготовления арматурной стали методом холодной деформации, включающем две роликовые волоки, направления осей роликов которых пересекаются, а на рабочей поверхности имеются насечки периодического профиля, ролики выполнены с цилиндрической рабочей поверхностью, причем зазоры между роликами выбраны из условия обеспечения обжатия в первой волоке с коэффициентом вытяжки не более 1,12, а во второй не более 1,16.

В качестве поясняющих материалов служат четыре чертежа и таблица, представляющая эксплуатационные параметры арматурной стали периодического профиля, изготовленного на устройстве предлагаемой конструкции, и их соответствие требованиям СТО АСЧМ 7-93, в части анкерующих и механических свойств по классу А500С. На фиг.1 изображена схема устройства, вид сбоку; на фиг.2 показан разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 представлен вид заготовки после деформации в первой паре роликов в сечении по В-В на фиг.1; на фиг.4 показан вид готового профиля после деформации заготовки во второй паре роликов в сечении С-С на фиг.1.

Предлагаемое устройство для изготовления арматурной стали включает в себя две роликовые волоки: первая с роликами 11' и вторая с роликами 22'. Оси 33' роликов 11' первой волоки пересекаются с осями 44' роликов 22' второй волоки под углом 90°. Рабочая поверхность роликов 11' и 22' в обеих волоках имеет цилиндрическую поверхность с насечками 5 под углом к образующей поверхности роликов. В первой волоке зазор между роликами 11' равен L₁, величина которого выбрана из условия обеспечения обжатия круглой заготовки 6 с коэффициентом вытяжки не более 1,12 для получения деформированного сечения С-С. Во второй волоке зазор между роликами 22' равен L₂, величина которого выбрана из условия обеспечения обжатия с коэффициентом вытяжки не более 1,16 сечения В-В, полученного после первой клети для деформирования готового периодического профиля сечением С-С. Для протягивания заготовки в роликах 11' первой волоки и роликах 22' второй волоки используется волочильный стан с тянущим барабаном (не показан).

Изготовление арматурной стали осуществляют следующим образом.

Пример 1.

Горячекатаную заготовку 6 круглого сечения диаметром d₀=6,4 мм с механическими свойствами по классу 430С подвергают холодной деформации с помощью тянущего барабана на волочильном стане в двух роликовых волоках, образованных роликами 11' и 22' диаметром 140 мм. В первой волоке горячекатаная заготовка 6 проходит через зазор L₁=5,40 мм, образованный роликами 11', и обжимается с коэффициентом вытяжки 1,079, образуя в сечении плоский овал с периодическими выступами на обжатых поверхностях, нанесенными с помощью насечек 5 на рабочих поверхностях роликов 11'. Кроме обжатых плоских поверхностей с периодическим профилем, на заготовке 6 остаются недеформированные участки поверхности.

Далее заготовка 6 направляется в зазор L₂=5,35 мм, образованный роликами 22', оси которых 44' перпендикулярны осям 33' роликов 11' первой волоки. Благодаря указанному расположению роликов в зазоре L₂, образованном роликами 22' второй волоки, деформируются участки поверхности заготовки 6, недеформированные в зазоре L₁, образованном роликами 11' первой волоки.

При этом в зазоре L₂ заготовка деформируется во второй волоке с коэффициентом вытяжки, равным 1,11 по принципу, описанному для первой волоки, и заготовка приобретает вид арматурной стали готового периодического профиля. Вид готового профиля - невыполненный по углам квадрат, наружный контур - круг. Весовой диаметр готового профиля - 5,95 мм. Механические свойства готового профиля арматурной стали соответствуют механическим свойствам арматурной стали периодического профиля по классу А500С в соответствии с СТО АСЧМ 7-93.

Пример 2.

Горячекатаную заготовку 6 круглого сечения диаметром d₀=6,4 мм с механическими свойствами по классу 430С подвергают холодной деформации с помощью тянущего барабана на волочильном стане в двух роликовых волоках, образованных роликами 11' и 22' диаметром 140 мм. В первой волоке горячекатаная заготовка 6 проходит через зазор L₁=5,25 мм, образованный роликами 11', и обжимается с коэффициентом вытяжки 1,092, образуя в сечении плоский овал с периодическими выступами на обжатых поверхностях, нанесенными с помощью насечек 5 на рабочих поверхностях роликов 11'. Кроме обжатых плоских поверхностей с периодическим профилем, на заготовке 6 остаются недеформированные участки поверхности.

Далее заготовка 6 направляется в зазор L₂=5,15 мм, образованный роликами 22', оси которых 44' перпендикулярны осям 33' роликов 11' первой волоки. Благодаря указанному расположению роликов в зазоре L₂, образованном роликами 22' второй волоки, деформируются участки поверхности заготовки 6, недеформированные в зазоре L₁, образованном роликами 11' первой волоки.

При этом в зазоре L₂ заготовка деформируется во второй волоке с коэффициентом вытяжки, равным 1,13 по принципу, описанному для первой волоки, и заготовке придается конечное сечение С-С периодического профиля арматурной стали. Вид готового профиля - невыполненный по углам квадрат, наружный контур - круг. Весовой диаметр готового профиля - 5,95 мм. Механические свойства готового профиля арматурной стали соответствуют механическим свойствам арматурной стали периодического профиля по классу А500С в соответствии с СТО АСЧМ 7-93.

Пример 3.

Горячекатаную заготовку 6 круглого сечения диаметром d₀=6,4 мм с механическими свойствами по классу 430С подвергают холодной деформации с помощью тянущего барабана на волочильном стане в двух роликовых волоках, образованных роликами 11' и 22' диаметром 140 мм. В первой волоке горячекатаная заготовка 6 проходит через зазор L₁=5,15 мм, образованный роликами 11', и обжимается с коэффициентом вытяжки 1,105, образуя в сечении плоский овал с периодическими выступами на обжатых поверхностях, нанесенными с помощью насечек 5 на рабочих поверхностях роликов 11'. Кроме обжатых плоских поверхностей с периодическим профилем, на заготовке 6 остаются недеформированные участки поверхности.

Далее заготовка 6 направляется в зазор L₂=5,05 мм, образованный роликами 22', оси которых 44' перпендикулярны осям 33' роликов 11' первой волоки. Благодаря указанному расположению роликов в зазоре L₂, образованном роликами 22' второй волоки, деформируются участки поверхности заготовки 6, недеформированные в зазоре L₁, образованном роликами 11' первой волоки. При этом в зазоре L₂ заготовка деформируется во второй волоке с коэффициентом вытяжки, равным 1,14 по принципу, описанному для первой волоки, и заготовке придается конечное сечение периодического профиля арматурной стали. Вид готового профиля - невыполненный по углам квадрат, наружный контур - круг. Весовой диаметр готового профиля - 5,95 мм. Механические свойства готового профиля арматурной стали соответствуют механическим свойствам арматурной стали периодического профиля по классу А500С в соответствии с СТО АСЧМ 7-93.

Холодная деформация, осуществляемая в первой волоке через плоский зазор, образованный роликами 11', размер которого выбран из условия обеспечения обжатия с коэффициентом вытяжки не более 1,12, создает в металле в поверхностных его слоях благоприятные по распределению и знаку зоны интенсивной пластической деформации, одновременно активизируя плоскости скольжения для последующего прохода.

Дальнейшая деформация заготовки во второй волоке через плоский зазор L₂, образованный роликами 22', размер которого выбран из условия обеспечения обжатия с коэффициентом вытяжки не более 1,16, образует пластические области, которые, смыкаясь с деформационными зонами, образованными деформированием в первой волоке, создают деформированные области, равномерно распределенные по периметру готового профиля.

Выбор зазора между роликами 11' в первой волоке менее чем L₁=4,95 мм нецелесообразен, так как это влечет за собой увеличение коэффициента вытяжки, что в сочетании с плоской формой калибра приводит к более интенсивному упрочнению и проникновению пластических областей вглубь сечения, определяющее нерациональное для второго прохода соотношение смещаемых объемов металла.

Выбор зазора между роликами 22' во второй волоке менее чем L₂=4,85 мм нецелесообразен, так как это влечет за собой увеличение коэффициента вытяжки, и, также как и при деформации в первой волоке, происходит неблагоприятное распределение пластических областей, в том числе большая часть центральной зоны подвергается деформации, пластические области от первого и второго прохода смыкаются по периметру неравномерно. Все это существенно ухудшает пластические свойства и не обеспечивает решение технической задачи.

Сравнительный анализ показывает, что прочностные свойства арматурной стали увеличиваются, при этом пластические свойства уменьшаются.

Однако деформирование в предлагаемом устройстве через зазоры, величина которых оговорена вышеуказанными условиями, обеспечивает необходимый уровень уменьшения пластических свойств, и готовый профиль отвечает требованиям показателей анкерных свойств, соответствующих СТО АСЧМ 7-93.

Таким образом, испытания показывают, что выполнение деформирующих роликов с цилиндрической рабочей поверхностью, с зазорами между роликами в волоках, обеспечивающими обжатия с коэффициентами вытяжки, указанными выше, приводит к образованию равномерной деформации по сечению, что позволяет получить арматурную сталь с равновесной структурой, обладающей высокими пластическими свойствами. В результате чего холодная деформация предлагаемым устройством не требует дополнительных операций, в частности термических, для улучшения пластических свойств. При этом структура центральных слоев в заготовке остается неизменяемой, т.е. горячекатаной, которая является наиболее пластичным структурным состоянием металла.

Однако уменьшение зазора между роликами первой и второй волок приводит к увеличению коэффициентов вытяжки и влечет за собой ухудшение пластических свойств, что также подтверждают данные механических испытаний.

Кроме того, использование цилиндрической рабочей поверхности для изготовления периодического профиля существенно упрощает нарезку насечек на поверхности роликов. В этом случае меняется способ нарезки, упрощается оборудование, повышается производительность и существенно снижается себестоимость производства арматурной стали.

Кроме того, предлагаемое устройство позволяет осуществлять холодную деформацию в плоских зазорах, со свободным течением металла в зазоре, это исключает проблему подрезов, закатов и усов на готовом профиле, что повышает качество арматурной стали.

Устройство для изготовления арматурной стали методом холодной деформации, включающее две роликовые волоки, направления осей роликов которых пересекаются, отличающееся тем, что ролики выполнены с цилиндрической рабочей поверхностью, на которой имеются насечки периодического профиля, при этом зазоры между роликами в волоках выбраны из условия обеспечения обжатия в первой волоке с коэффициентом вытяжки не более 1,12, а во второй - не более 1,16.