专利名称：冷轧纵肋钢筋加工工艺及加工装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种热轧圆盘条钢筋(线材)的冷加工工艺以及用于实现该加工工艺的加工装置，具体地说是一种冷轧纵肋钢筋加工工艺及加工装置。
建筑用钢筋的生产方式分为热轧和冷加工两种，加工成的钢筋外形也有光圆和带肋(变形)两种，强度高低从几百兆帕到上千兆帕不等。对于普通钢筋混凝土用钢筋，除强度等力学性能指标要求外，还需要与混凝土间有优良的粘结锚固性能，而光圆钢筋此方面的性能远不及带肋钢筋，因此钢筋以带肋形式为主。目前国内的小直径(指φ12mm以下)建筑用钢筋除了热轧圆盘条光圆钢筋(强度级别210MPa)、最近开发的热轧带肋新Ⅲ级钢筋(强度标准为500 MPa)外，还大量使用冷加工钢筋(冷轧扭或冷轧带肋钢筋，其强度级别在500Mpa左右)，其加工工艺和加工装备一般有三类。一类是冷轧带肋钢筋加工工艺和装置，它将热轧光圆圆盘条钢筋经数道冷轧减径后再冷轧成二面或三面不连续横小肋的变形钢筋，带肋形式有螺纹、人字型、月牙型、二面肋或三面肋等，产品一般以成卷原材形式供货。由于不连续的横小肋在受力时不起作用，故约占总截面面积7％小肋面积是无效截面，而仅仅是为了增加钢筋与混凝土之间的粘结锚固。其加工工艺较复杂，对生产空间要求大，能耗高且对原材料要求很高，必须是优质的高速线材，而产品(钢筋)的质量水平稳定性尚不足，使用时需开盘调直加工；另一类是冷轧扭钢筋加工工艺和加工装备，它只需一道冷轧并冷轧扭即可成截面为连续螺旋状变化的变形钢筋，虽然加工简便，全截面有效，与混凝土间的粘结锚固性能良好，但相比之下其产品(钢筋)的塑性(以伸长率表征)欠优(δ10≥4．5％)，加工性等工程性能欠佳，且其应用范围受一定限制，仅适用于中等跨度现浇楼板的受力主筋；第三类是冷拔螺旋肋钢筋加工工艺及装备，由于采用了冷拨工艺，其产品(钢筋)的材料性能。主要是伸长率不足，应用受到很大限制。若采用高强钢丝(亦称PC棒，其强度标准可达1470-1570 MPa)冷拨工艺，虽然塑性指标有所提高，但由于其热处理等工艺要求高、能耗大且装备价格高等原因，若采用PC棒处理方法来加工中等强度级别(500 Mpa左右)的钢筋，其经济性显然是不可取的。
本发明的目的在于提供一种对原材料的性能要求不严格、加工工艺简便实用、能耗和成本较低、成品性能优良、应用范围广的冷轧纵肋钢筋加工工艺及加工装置。
为达到上述目的，本发明的冷轧纵肋钢筋加工工艺包括用电机和传动机构作动力装置驱动的如下连续过程1、用一组或一组以上同步工作的主动式或被动式冷轧辊轮组，将原材料钢筋加工工件冷轧后逐步减径到规定的尺寸范围；2、减径后的加工工件通过主动式冷轧纵肋成型机构的成肋孔作主动直线均速运动前进，成肋机构垂直于钢筋轴线并绕该轴线作定点主动均速旋转，在成肋机构360°平面内均匀布置的至少2个冷轧成肋辊平面又与加工工件轴线均成一α夹角并绕其自身轴被动均速旋转，使钢筋通过纵肋成型机构后形成与成肋孔型相应的连续螺旋状带肋；3、将成肋后的钢筋收盘或制作成直条钢筋。
上述冷轧纵肋钢筋加工工艺中，各道冷轧辊轮组的转动轴轴距即钢筋减径量是可调的，对原材料钢筋加工工件的减径率控制在10％～12％。
上述冷轧纵肋钢筋加工工艺中，冷轧纵肋成型机构的成肋孔型是圆型、方型、菱型或其它多边形。
上述冷轧纵肋钢筋加工工艺中，在减径后的加工工件通过冷轧纵肋成型机构之前，先将加工工件通过绕线滚筒绕数圈后，再穿过成肋孔。
上述冷轧纵肋钢筋加工工艺中，在各道冷轧辊轮组间及最后一道冷轧辊轮组与冷轧纵肋成型机构或绕线滚筒之间均通过设置粉剂润滑冷却机构，使加工工件在穿过该机构时得到润滑冷却。
上述冷轧纵肋钢筋加工工艺中，可包括用同一电机和传动机构驱动的两条冷轧纵肋钢筋加工流程。
冷轧纵肋钢筋加工装置，包括电机、传动机构、离合器制动分离机构、冷轧辊轮组、冷轧纵肋成型机构、导向滚轮组和收线盘等，冷轧纵肋成型机构包括至少2个成肋轧辊轮，每个成肋轧辊轮由支架支承在一个垂直于加工工件运动方向的旋转盘上，各成肋轧辊轮平面与加工工件的轴线同向等分安置并成一α夹角，冷轧纵肋成型机构是一主动式机构，其旋转盘支承于一中空的轴座上，该轴座与传动机构相连。
上述冷轧纵肋钢筋加工装置，它还包括绕线滚筒，该绕线滚筒与传动机构相连。
上述冷轧纵肋钢筋加工装置，它至少有两道冷轧辊轮组，在各道冷轧辊轮组间及最后一道冷轧辊轮组与冷轧纵肋成型机构或绕线滚筒之间均分别设置一粉剂润滑冷却机构，该机构上设置有加工工件穿孔。
上述冷轧纵肋钢筋加工装置，所述的冷轧辊轮组、冷轧纵肋成型机构、导向滚轮组和收线盘各有两台，驱动装置为同一电机和传动机构。
上述冷轧纵肋钢筋加工装置，所述的各道冷轧辊轮组的转动轴轴距即钢筋减径量是可调的。
采用了上述工艺和装置后，首先，由于所有的冷轧辊轮轴向距离可采用可调式的，所以可根据不同原材料的不同直径偏差和不同碳含量，及时调整冷轧减径量和次数，调整成纵肋深度，生产出合格产品(钢筋)，降低了已有装置对原材料的要求；其次，减径后的加工工件受绕线滚筒转动的力矩驱动下，经过由冷轧纵肋成型机构中各成肋轧辊轮中间形成的成肋孔向前作水平直线运动，成肋轧辊轮组的内接圆直径小于被轧钢筋的直径。成肋轧辊轮受加工工件的磨擦力作用而绕其自身轴作被动的滚动旋转，同时旋转盘由传动机构控制也随中空轴座在作转动，使成肋轧辊轮同时绕工件运动轴作主动旋转运动。这样冷轧纵肋成型机构就可在作直线运动的钢筋表面滚辗出有一定深度的连续螺旋状的纵肋，这种综合了加工工件和加工机件的三维运动的机械当然比冷轧的主动式或被动式二维运动、冷轧扭的主动式二维运动乃至冷拨或冷拉的主动式一维运动机构要紧凑方便合理，工艺也更简便，占用生产空间也会更小。由于采用主动式滚辗方式，对钢筋的冷作硬化作用就大为减少，其产品的材料性能，尤其是塑性也较其它冷加工方式提高；再次，联动于传动装置上的绕线滚轮可根据加工钢筋直径的不同，以绕滚筒圈数的不同(一般为2-4圈不等)，来控制钢筋与滚筒表面的磨擦力大小，进而来改变钢筋在滚筒前后的张紧程度(拉力)，使钢筋的前置加工(即冷轧减径)和后置加工(冷轧成肋和收盘)的运动速度得到较佳的平衡，起到控制钢筋冷加工变形程度不同的作用，进而可达到优化产品(钢筋)性能指标的作用，尤其是塑性指标，可使伸长率δ10≥8％以上；另外，粉剂润滑冷却机构内的粉剂是一种粗细颗粒不同级配的润滑剂，由于冷轧过程中的机械磨擦作用而使表面升温的冷加工钢筋在通过粉剂后，一方面传热给粗粒粉剂起到降温作用，另一方面部分细粒粉剂粘糊在钢筋的表面，使工件作下道冷加工时可部分减少磨擦阻力，可以降低机械部件和钢筋表面的升温，进而达到降低能耗，提高机械装备耐久性作用，而对于钢筋来讲，也减少冷加工作硬化的作用，自然对塑性提高是有利的。最后，采用同一动力驱动两套冷轧机构和流程同时工作，加工灵活，可提高工作效率，降低能耗。用该工艺和装置加工出的钢筋是连续纵肋，全截面都是有效截面，其可加工性接近于热轧光圆钢筋，不仅可用于受弯构件和受压构件的纵向受力主筋，还可用于柱、梁的箍筋以及焊接网片等领域，应用范围较广。试制表明，通过该工艺和装置所获得的产品(钢筋)性能指标可达抗拉强度标准值fyk=500Mpa，拉断伸长率δ5≥12％，最大拉力下伸长率δgt≥2．0％，180°冷弯合格，弯心直径为3d(此处d为原材料公称直径)，弹性模量为Es=1．9×105Mpa。上述指标均达到或超过ISO标准。
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的总体结构示意图；图2是冷轧纵肋成型机构的结构示意图；图3是冷轧纵肋成型机构的三维运动示意图。
如图所示，双轴电机1、传动机构2和离合器制动分离机构3构成了冷轧纵肋钢筋加工装置的动力部分，它同时驱动两套钢筋加工机构，每套钢筋加工机构包括两个冷轧辊轮组4、一个冷轧纵肋成型机构5、一个导向滚轮组6、一个收线盘7、两个粉剂润滑冷却机构8和一个绕线滚筒9，两个冷轧辊轮组4的转动轴轴距即钢筋减径量是可调的，两个粉剂润滑冷动机构8分别安置在两个冷轧辊轮组4的中间和第二道冷轧辊轮组4和绕线滚筒9的中间，粉剂润滑冷却机构8是一长方形盒体，盒体的两侧开设有加工工件穿孔，盒体内有粉剂，该粉剂是一种粗细颗粒不同级配的润滑剂，它以石墨为主，配以滑石粉，还可适当补充一些填料，各组份的质量含量可以是石墨70％，滑石粉27％，填料3％。冷轧纵肋成型机构5包括4个成肋轧辊轮10，每个成肋轧辊轮10由支架11支承在一个垂直于加工工件运动方向的旋转盘12上，各成肋轧辊轮平面与加工工件的轴线同向等分安置并成一α夹角，冷轧纵肋成型机构5的旋转盘12支承于一中空的轴座13上，中空轴座13与双轴电机1的输出轴上分别固定一锥齿轮14、15，该两锥齿轮14、15相互垂直齿合。两个绕线滚筒9对称布置在传动机构2的两侧并与传动机构2相连。本装置的纵肋钢筋加工工艺过程如下原材料钢筋的加工工件经第一道冷轧辊轮组4减径后，穿过第一个粉剂润滑冷却机构8，再经第二道冷轧辊轮组4减径到需要的尺寸(此例中减径率为11％)，穿过另一个粉剂润滑冷却机构8后在绕线滚筒9上分别绕2圈和4圈，再穿过冷轧纵肋成型机构5的中空轴座13和成肋轧辊轮10的中间圆型成肋孔后，在钢筋表面上形成连续螺旋状肋，再通过导向滚轮组6，最后将冷轧纵肋钢筋(即成品)固定在收线盘7上。
冷轧纵肋成型机构中冷轧成肋辊的数量可以是2至4个或更多，成肋工艺则根据对产品截面形式为圆型、方型、菱型或其它多边形等不同要求分别由三个、四个或更多个冷轧成肋辊组成的孔型成肋辊组。产品截面形状可通过更换不同形状的冷轧成肋辊或调整其位置而实现，如将三个或四个切线型的冷轧成肋辊等分分布在圆周上可形成圆形冷轧孔，而将四个切边型的冷轧成肋辊的四个切边组合成方形冷轧孔则可形成方形截面，组合成菱形而可形成菱形截面。而纵肋可成型为凸或凹的边续螺旋状周期变化。例如，要成型圆型凹肋钢筋就采用三或四个冷轧成肋辊组成孔型辊组，而要成方型凸肋时则采用四个冷轧成肋辊组成方孔型辊组。
上述实施例中，成肋加工后的钢筋也可不通过导向滚轮组和收线盘将其制作成盘状产品，而是切割成直条钢筋。这主要是根据用户的不同需要而定的。而这两种不同的成品处理方法对本发明的整个工艺过程和装置目的、方案和有益效果来说，应具有等同的效果。
权利要求
1.冷轧纵肋钢筋加工工艺，包括用电机和传动机构作动力装置驱动的如下连续过程①、用一组或一组以上同步工作的主动式或被动式冷轧辊轮组，将原材料钢筋加工工件冷轧后逐步减径到规定的尺寸范围；②、减径后的加工工件通过冷轧纵肋成型机构的成肋孔作主动直线均速运动前进，成肋机构垂直于钢筋轴线，在成肋机构360°平面内均匀布置的至少2个冷轧成肋辊平面又与加工工件轴线均成一α夹角并绕其自身轴被动均速旋转，使钢筋通过纵肋成型机构后形成与成肋孔型相应的连续螺旋状带肋；③、将成肋后的钢筋收盘或制作成直条钢筋；其特征在于，所述冷轧纵肋成型机构是一主动式机构，在加工工件向前运动时所述冷轧成肋机构绕钢筋轴线作定点主动均速旋转。
2.如权利要求1所述的冷轧纵肋钢筋加工工艺，其特征在于，通过更换不同形状的冷轧成肋辊或调整其位置，使所述冷轧纵肋成型机构的成肋孔形成圆型、方型、菱型或其它多边形状。
3.如权利要求1或2所述的冷轧纵肋钢筋加工工艺，其特征在于，所述各道冷轧辊轮组的转动轴轴距即钢筋减径量是可调的，对原材料钢筋加工工件的减径率控制在10％～12％。
4.如权利要求3所述的冷轧纵肋钢筋加工工艺，其特征在于，在减径后的加工工件通过冷轧纵肋成型机构之前，先将加工工件通过绕线滚筒绕数圈后，再穿过成肋孔。
5.如权利要求4所述的冷轧纵肋钢筋加工工艺，其特征在于，在各道冷轧辊轮组间及最后一道冷轧辊轮组与绕线滚筒之间均通过设置粉剂润滑冷却机构，使加工工件在穿过该机构时得到润滑冷却。
6.如权利要求1、2、4或5所述冷轧纵肋钢筋加工工艺，其特征在于，它包括用同一电机和传动机构驱动的两条冷轧纵肋钢筋加工流程。
7.冷轧纵肋钢筋加工装置，包括电机、传动机构、离合器制动分离机构、冷轧辊轮组、冷轧纵肋成型机构、导向滚轮组和收线盘等，冷轧纵肋成型机构包括至少2个成肋轧辊轮，每个成肋轧辊轮由支架支承在一个垂直于加工工件运动方向的旋转盘上，各成肋轧辊轮平面与加工工件的轴线同向等分安置并成一α夹角，其特征在于，所述冷轧纵肋成型机构是一主动式机构，其旋转盘支承于一中空的轴座上，所述中空轴座与所述电机或传动机构相连。
8.如权利要求7所述的冷轧纵肋钢筋加工装置，其特征在于，它还包括有绕线滚筒，该绕线滚筒与所述传动机构相连。
9.如权利要求7或8所述的冷轧纵肋钢筋加工装置，其特征在于，它至少有两道冷轧辊轮组，在所述各道冷轧辊轮组间和最后一道冷轧辊轮组与冷轧纵肋成型机构或绕线滚筒之间均分别设置一粉剂润滑冷却机构，该机构上设置有加工工件穿孔。
10.如权利要求9所述的冷轧纵肋钢筋加工装置，其特征在于，所述粉剂润滑冷却机构是一长方形盒体，在盒体的两侧开设有加工工件穿孔，盒体内有粉剂，该粉剂是一种粗细颗粒不同级配的润滑剂，它以石墨为主，配以滑石粉，并可适当补充一些填料。
11.如权利要求9所述的冷轧纵肋钢筋加工装置，其特征在于，所述的冷轧辊轮组、绕线滚筒、粉剂润滑冷却机构、冷轧纵肋成型机构、导向滚轮组和收线盘各有两组，驱动装置为同一电机和传动机构。
全文摘要
本发明公开了一种冷轧纵肋钢筋加工工艺和加工装置,将原材料钢筋用冷轧辊轮组冷轧减径,再通过主动式冷轧纵肋成型机构的成肋孔,冷轧成肋机构绕钢筋轴线作定点主动均速旋转,冷轧辊与钢筋轴线成一α夹角并绕其自身轴被动均速旋转,钢筋通过该机构后形成相应的连续螺旋状带肋,其截面可以是圆型、方型、菱型或其它多边形。采用该工艺和装置加工简便实用、能耗和成本低、成品性能优良、应用范围宽,适用于热轧圆盘条钢筋(线材)的冷加工。
文档编号B21B28/00GK1280889SQ00119678
公开日2001年1月24日 申请日期2000年8月19日 优先权日2000年8月19日
发明者吴佳雄, 林红宇 申请人:林红宇