一种提高钢筋拉拔韧性的变通道模具的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种提高钢筋拉拔韧性的变通道模具，采用上模和下模扣合安装，模具形成变通道变截面的模具型腔。模具型腔依次为调直段，变形段和定径段，调直段为钢筋拉拔前区段，型腔横截面为大的圆截面，定径段为钢筋拉拔后区段，型腔横截面为小的圆截面。变形段的模具型腔分为大圆到椭圆的过渡扭转段和椭圆到小圆的过渡扭转段。各区段的截面形状先由大的圆形截面逐渐变形成扭转的椭圆形截面，再由扭转的椭圆形截面逐渐变成小的圆形截面，最后经过定径区段成型出所需要的冷拉强化钢筋。采用变通道变截面模具在钢筋冷加工中，模具对材料的韧性损伤小，多区段变形情况下可细化金属晶粒，在提高冷拉拔钢筋强度的同时获得良好的韧性。
【专利说明】一种提高钢筋拉拔韧性的变通道模具
【技术领域】
[0001]本发明属于钢筋的冷加工成形领域，具体地说，涉及一种提高钢筋拉拔韧性的变通道模具。
【背景技术】
[0002]钢筋冷加工是目前普遍采用的一种提高钢筋强度的工艺技术方法，钢筋的冷加工工艺主要有冷拉，冷拔，冷轧，冷轧扭等，其中冷拉工艺是在钢筋的轴向施加一定的拉力，并使之变形到屈服点之后，以获得更高的屈服强度。但这种传统的加工方法会使钢筋的塑性降低，韧性变差，同时还会产生钢筋的不匀质问题，因此，在使用过程中会造成钢筋抗震性能的降低；而通常钢筋的冷拔过程是将盘条钢筋经过多道次拔丝模拉拔后，使其直径减小，以达到更高的冷加工强化效果，但钢筋在经过多道拔丝模后，其拉拔效率必然降低。钢筋的冷轧是对钢筋施加张力后使其经过轧辊产生压缩变形，与冷拔相比，在相同强度的情况下，冷轧钢筋的塑性较好。钢筋的冷轧扭是将轧辊后的钢筋再扭转成麻花状，它能够在提高钢筋强度的同时也提高了钢筋与混凝土的黏结力。冷轧钢筋和冷轧扭钢筋虽然能获得较好的综合力学性能，但是所需设备复杂，成本较高。
[0003]在专利CN201067765Y中提出的一种钢筋冷拉机，仅仅是对卷扬机式冷拉钢筋机械的改进，在使用了带夹具的跑车后，虽然复位加快，效率提高，操作使用方便，制造成本相对较低，但冷拉后的钢筋在强度提高的同时，韧性也大大降低。发明专利CN101947565A中公开了一种高碳钢旋转拉丝机，将拉丝模具设置成旋转模式，使拉丝模的受力均匀，在延长模具寿命的同时也提高了钢筋的表面质量，但设备结构复杂，成本较高，能量损失严重，也未能有效提高拉拔后钢筋的韧性。在专利CN201371172中提出的一种变通道挤压模具，及在专利CN201711480U中描述的一种用于长轴类锻件制坯的胎模，以及在专利CN20186264中提出的一种制备变通道超细晶铜铝线材的装置，都是采用由圆截面变为椭圆截面，再由椭圆截面变为圆截面的变截面扭转式模具型腔成形预制工件，具有结构简单、载荷小、成本低和效率高的特点，能广泛应用于钢铁和有色金属棒材及线材的生产以及大型轴类零件、高速钢和粉末冶金等难变形材料的制坯，但目前还未有人采用这种简便的后续加工方法用于钢筋的冷加工生产。
[0004]现有技术中传统的钢筋冷加工工艺难以满足现代建筑行业的需要，由于钢筋韧性的降低会使其在应用过程中出现脆断现象，严重影响到建筑物的安全可靠性。
【发明内容】
[0005]为克服现有技术中存在的设备结构复杂，加工成本较高，工艺技术在提高钢筋强度的同时严重降低其韧性的不足，本发明提出了一种提高钢筋拉拔韧性的变通道模具。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括上模、下模，上模和下模为同径的半圆柱形结构，对合后形成变截面的模具型腔，依次为调直段、变形段、定径段，调直段与定径段的模具型腔均为等径通道，调直段型腔横截面是大圆的截面，直径为钢筋拉拔前的直径；定径段型腔横截面是小圆的截面，直径为钢筋拉拔后的直径；变形段的模具型腔依次分为大圆-椭圆的过渡扭转段和椭圆-小圆的过渡扭转段；大圆-椭圆过渡扭转段由大圆到椭圆边过渡边扭转，扭转的角度为30o-90o，椭圆的长半轴始终为大圆半径，椭圆的短半轴依扭转角度由大圆半径线性过渡到小圆半径，从大圆形截面扭转到椭圆形截面的过程保持光滑过渡衔接；椭圆-小圆的过渡扭转段由椭圆到小圆边过渡边扭转，扭转的角度为30o-90o，椭圆的短半轴始终为小圆半径，而椭圆的长半轴依扭转角度由大圆半径线性过渡到小圆半径，从椭圆形截面扭转到小圆形截面之间光滑过渡衔接；调直段长度为拉拔钢筋直径的1.5倍；变形段长度为拉拔钢筋直径的2-2.5倍，其中大圆-椭圆的过渡扭转段和椭圆-小圆的过渡扭转段各占变形段长度的0.5倍；定径段长度为拉拔钢筋直径的0.85倍。
[0007]有益效果
[0008]本发明提高钢筋拉拔韧性的变通道模具，优势在于:(I)提高了钢筋拉拔过程中的部分压缩率，传统的拉拔模具在拉拔钢筋时由于应力不均匀现象，一般钢筋的部分压缩率控制在40%以内，过高的部分压缩率会导致所成形钢筋的韧性下降，严重时会由于拉拔过度导致坯料断裂，而变通道模具变形区段的椭圆扭转变形使得圆盘条坯料处于均匀应力状态，提高了圆盘条坯料的韧性，进而提高了圆盘条坯料的部分压缩率；(2)提高拉拔效率，在总压缩率相同的情况下，提高部分压缩率，可以减少拉拔道次，提高经济效益；(3)提高产品质量，圆盘条坯料变形始终处于均匀应力状态，变形体内部各处变形相同，变形后的微观组织及性能均衡；(4)降低拉拔力，模具变形区段椭圆形扭转截面在扭挤过程中，增加了剪切变形，相应降低了拉拔力；(5)通用性强，利用变通道模具可以在常规拉拔设备上使用，通用性强。此外，调整模具变形区段椭圆形截面的扭转角度，并根据圆盘条坯料和成形钢筋的直径可控制圆盘条坯料在拉拔成形过程中的变形量。采用变通道变截面模具在钢筋冷加工中，模具对材料的韧性损伤小，多区段变形情况下可细化金属晶粒，改善其综合力学性能，在提高冷拉拔钢筋强度的同时获得良好的韧性。模具通用性强，结构简单，成本低，效率高。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]下面结合附图和实施方式对本发明一种提高钢筋拉拔韧性的变通道模具作进一步详细说明。
[0010]图1为本发明提高钢筋拉拔韧性的变通道模具剖视图。
[0011]图2为模具a-a截面形状示意图。
[0012]图3为模具b-b截面形状示意图。
[0013]图4为模具c-c截面形状示意图。
[0014]图5为模具d-d截面形状示意图。
[0015]图6为模具e-e截面形状示意图。
[0016]图中:
[0017]1.上模2.下模3.调直段4.变形段5.定径段6.大圆-椭圆过渡扭转段
7.椭圆-小圆过渡扭转段【具体实施方式】
[0018]本实施例是一种提高钢筋拉拔韧性的变通道模具，适用于拉拔成型部分压缩率在40%-53%的钢筋。
[0019]利用变通道模具拉拔成型钢筋时，先将圆盘条坯料的一端轧头，使其能穿过拉拔模具，然后驱动拉拔设备，使圆盘条坯料依次通过调直段，变形段和定径段，圆盘条经调直后通过变形区段，其截面形状先由大的圆形截面逐渐变形成扭转的椭圆形截面，再由扭转的椭圆形截面逐渐变成小的圆形截面，最后经过定径段成型出所需要的冷拉强化钢筋。
[0020]使用变通道模具对圆盘条钢筋坯料进行变形时，坯料由于型腔的限制处于强烈的压应力状态，压应力状态下的坯料晶间变形困难，同时压应力可以抑制变形体原来存在的各种微观缺陷的发展，压应力越大，坯料塑性提高的程度就越明显；在模具变形段的变形阶段，由于椭圆扭转面的扭转变形，使得圆盘条坯料表层金属在剪切应力的作用下，发生转动和剪切应变，加快了表层部分金属向外流动的速度，改变了传统模具中由于拉拔模具与圆盘条坯料接触表面摩擦力所造成的圆盘条坯料横截面表层金属和中心部位金属流动速度相差较大的现象，同时也消除了由于圆盘条坯料横截面上金属流动速度不一致而引起的附加应力，使得圆盘条坯料横截面上的应力均匀分布，从而提高了圆盘条坯料塑性变形的能力，并使得拉拔后钢筋提高强度的同时，其韧性也随之提高。
[0021]本实施例中，圆盘条还料所用牌号为70,规格为直径6.5mm,成形钢筋规格为直径4.5mm ;在拉拔钢筋之前，先将圆盘条坯料的一端轧头，使其直径为4mm，以便顺利穿过模具和驱动设备相连。
[0022]参阅图1-图6，本发明提高钢筋拉拔韧性的变通道模具，包括上模I和下模2，上模I和下模2是半圆形回转体，外形尺寸须满足拉拔强度要求；上模I和下模2沿半圆形回转体轴线方向剖分后各为半个型腔面，当上模I和下模2的型腔面对合后形成了变截面的模具型腔，依次为调直段3，变形段4，定径段5，调直段3是等径的圆形通道，其直径等于圆盘条坯料的直径6.5mm，长度为拉拔钢筋直径的1.5倍，变形区4是变截面的扭转椭圆通道，长度为拉拔钢筋直径的2-2.5倍，其分为两部分，依次为大圆-椭圆过渡扭转段6和椭圆-小圆过渡扭转段7，定径段5是等径的圆形通道，其直径等于拉拔后钢筋的直径4.5mm,长度为拉拔钢筋直径的0.85倍。本实施例中，调直段3长10mm，变形段4长16mm，定径段5 长 6mm。
[0023]大圆-椭圆过渡扭转段6与调直段3相连，圆形截面和扭转的椭圆形截面之间光滑过渡，大圆-椭圆过渡扭转段6由大圆到椭圆边过渡边扭转，扭转的角度为30o-90o，椭圆的长半轴始终为大圆半径，而椭圆的短半轴依扭转角度由大圆半径线性过渡到小圆半径。大圆-椭圆过渡扭转段6的长度为拉拔钢筋直径的1-1.25倍，本实施例中，大圆-椭圆过渡扭转段6的长度取为1.25倍，即8mm。椭圆形截面的长轴为6.5mm不变,短轴由6.5mm到
4.5mm随扭转角度线性变化，扭转角度为90ο。
[0024]椭圆-小圆的过渡扭转段7由椭圆到小圆边过渡边扭转，扭转的角度为30ο-90ο，椭圆的短半轴始终为小圆半径，而椭圆的长半轴依扭转角度由大圆半径线性过渡到小圆半径。椭圆到小圆的过渡扭转段7与定径段5相接，扭转的椭圆形截面和小圆形截面之间光滑过渡。椭圆到小圆过渡扭转段7的长度为拉拔钢筋直径的1-1.25倍，本实施例中，椭圆到小圆过渡扭转段7的长度取为1.25倍，即8_。椭圆形截面的短轴为4.5_不变，长轴由6.5mm到4.5mm随扭转角度线性变化，扭转角度为90ο。
[0025]图2-图6是模具变形段的剖面示意图，其中图2是调直段3与大圆到椭圆过渡扭转段6衔接处的剖面示意图，图3是大圆-椭圆过渡扭转段6椭圆扭转角为45ο时的剖面示意图，图4是大圆-椭圆过渡扭转段6与椭圆-小圆过渡扭转段7衔接处，椭圆扭转角为90ο的剖面示意图，图5是椭圆到小圆过渡扭转段7椭圆扭转角为45ο时的剖面示意图，图6是椭圆到小圆过渡扭转段7与定径段5衔接处的剖面示意图，
[0026]本实施例中a-a截面是直径为6.5mm的圆形，b-b截面是绕模具轴向顺时针旋转45ο的椭圆,椭圆长轴为6.5mm,短轴为5.5mm, c-c截面是绕模具轴向顺时针旋转90ο的椭圆，椭圆长轴为6.5mm,短轴为4.5mm, d-d截面是绕模具轴向顺时针旋转135ο的椭圆,椭圆长轴为5.5mm,短轴为4.5mm, e_e截面是绕模具轴向顺时针旋转180ο直径为4.5mm的圆形。
【权利要求】
1.一种提高钢筋拉拔韧性的变通道模具，其特征在于:包括上模、下模，上模和下模为同径的半圆柱形结构，对合后形成变截面的模具型腔，依次为调直段、变形段、定径段，调直段与定径段的模具型腔均为等径通道，调直段型腔横截面是大圆的截面，直径为钢筋拉拔前的直径；定径段型腔横截面是小圆的截面，直径为钢筋拉拔后的直径；变形段的模具型腔依次分为大圆-椭圆的过渡扭转段和椭圆-小圆的过渡扭转段；大圆-椭圆过渡扭转段由大圆到椭圆边过渡边扭转，扭转的角度为30O-90O，椭圆的长半轴始终为大圆半径，椭圆的短半轴依扭转角度由大圆半径线性过渡到小圆半径，从大圆形截面扭转到椭圆形截面的过程保持光滑过渡衔接；椭圆-小圆的过渡扭转段由椭圆到小圆边过渡边扭转，扭转的角度为30o-90o，椭圆的短半轴始终为小圆半径，而椭圆的长半轴依扭转角度由大圆半径线性过渡到小圆半径，从椭圆形截面扭转到小圆形截面之间光滑过渡衔接；调直段长度为拉拔钢筋直径的1.5倍；变形段长度为拉拔钢筋直径的2-2.5倍，其中大圆-椭圆的过渡扭转段和椭圆-小圆的过渡扭转段各占变形段长度的0.5倍；定径段长度为拉拔钢筋直径的0.85倍。
【文档编号】B21C3/02GK103801576SQ201410078486
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年3月5日 优先权日:2014年3月5日
【发明者】王瑞亭, 李付国, 李江 申请人:西北工业大学