ВАЛКИ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АРМАТУРНЫХ СТЕРЖНЕЙ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ

Полезная модель относится к обработке металлов давлением, в частности, к прокатному инструменту для изготовления арматурных стержней периодического профиля.
Известны валки для изготовления арматурных стержней периодического профиля, содержащие ручьи, имеющие в поперечном сечении часть полуокружности с центром кривизны, смещенным относительно цилиндрической поверхности и рабочие элементы в виде канавок, расположенных перпендикулярно продольной оси ручья, глубина которых равна сумме величины половины зазора между валками и величины смещения центра кривизны поверхности ручья относительно поверхности валка. Длина канавок равна диаметру круглой заготовки, а глубина ручья равна половине диаметра заготовки, уменьшенной на упомянутую величину смещения центра кривизны поверхности ручья (см. авторское свидетельство СССР №965583, Кл. B21H 8/00,1982).
Известная конструкция имеет следующие недостатки.
Формирование выступов на арматурной стали или проволоке одним валком осуществляется в один ряд, угол охвата одного выступа при этом не может превышать 180°. Так как канавки формируются по центру ручья из одного центра, максимальная высота выступа формируется в одном месте, по оси симметрии полукруглого ручья, а на выходе из ручья в точке максимальной ширины выступа (максимального угла охвата) высота выступа сходит на нет. Такое условие определяется геометрией пересечения полукруглой поверхности ручья и цилиндрической поверхности входящей в него круглой заготовки без уширения последней.
Все это не позволяет получить профиль с высоким сцеплением в бетоне. Поверхность сердечника стержня по охвату ребрами с двух сторон используется нерационально. Увеличение высоты выступа при прочих равных условиях для повышения сцепления ведет к увеличению деформации, повышению энергозатрат, снижению износостойкости валков и качества готовых арматурных стержней периодического профиля. Кроме того, использование такой профилировки при деформации профиля, когда вершина выступа совпадает с плоскостью максимальной деформации, происходит дополнительная осадка заготовки, поэтому для деформации заданной высоты выступа требуется дополнительный объем металла, а значит дополнительная деформация.
Известны валки для изготовления арматурных стержней, у которых рабочие ручьи имеют треугольный профиль, на боковых поверхностях выполнены рабочие выступы в виде чередующихся граней с углом при вершине, равном 110-125°, а грани по обеим поверхностям ручья расположены в шахматном порядке (см. Авторское свидетельство СССР №774741 кл. B21H 8/00,1980). Валки изготавливаются сборными в виде двух дисков. На внутренней наклонной поверхности каждого диска наносятся выступающие грани, а затем диски собирают, образуя ручей треугольного профиля. В результате прокатки между таких валков на каждой продольной половине арматурного стержня образуются по два ряда вмятин в виде узких пологих треугольников с углом при вершине 110-125°, расположенных вдоль оси стержня.
Такая форма вмятин в виде пологих треугольников имеет низкие показатели сцепления из-за небольшой глубины вмятин и их пологости, а сама глубина вмятин ограничена из-за опасности снижения продольных и поперечных прочностных характеристик арматурного стержня, что ограничивает возможности применения таких периодических профилей в железобетоне.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой полезной модели являются валки, содержащие на своих цилиндрических поверхностях рабочие ручьи, а на поверхности ручьев формирующие профиль стержней два параллельных ряда рабочих элементов. Рабочие ручьи выполнены полукруглой формы, а рабочие элементы, формирующие профиль стержней, выполнены в виде канавок серповидной формы и расположены под углом к продольной оси ручья, при этом концы канавок одного ряда частично расположены между концами канавок другого ряда. Канавки в каждом ряду расположены параллельно между собой или под углом к продольным осям канавок другого ряда. /Патент РФ №69429, кл. B21H 8/02, публ. 27.12.2007/.
Указанная конструкция валков имеет следующие недостатки.
Из-за отсутствия количественных параметров геометрии канавок, например, величины радиуса дуги канавки по дну и величины центрального угла дуги, ограниченной радиусом, создается сложность для получения полного кольца и круга для контура, проходящего по дну разнонаправленных смежных незамкнутых канавок в местах их перекрытия. Отсутствие такого замкнутого контура снижает технологичность периодического профиля арматуры, полученного в таких валках в последующей логистике передела арматуры при изготовлении армирующих изделий и ухудшает показатели сцепления изготовленного в таких валках арматурного проката по сравнению с замкнутым кольцевым профилем.
Другим недостатком конструкции валков является ограничение возможности повышения стержня жесткости при изгибе и кручении и прочности при растяжении периодического профиля арматурного проката, получаемого в валках такой конструкции.
r
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемая полезная модель, является создание конструкции прокатных валков для изготовления арматурного проката периодического профиля, обладающего улучшенными геометрическими параметрами, обеспечивающими высокую технологичность при переработке, а также более высокие прочностные свойства при растяжении и повышенную жесткость при изгибе и кручении за счет формирования на профиле дополнительных геометрических элементов при сохранении высоких показателей сцепления с бетоном (наилучшие показатели относительной площади смятия f).
Техническим результатом, получаемым в результате решения поставленной задачи, является получение улучшенного профиля для армирования железобетонных конструкций с повышенными показателями сцепления, жесткости при изгибе и кручении и агрегатной прочности.
Указанный технический результат достигается тем, что в валках для изготовления арматурных стержней периодического профиля методом прокатки или протяжки, содержащих на своих цилиндрических поверхностях рабочие ручьи полукруглой формы, а на поверхности ручьев расположенные в два ряда параллельно или под углом друг к другу рабочие канавки усеченной серповидной формы с расположением концов канавок одного ряда между канавками другого ряда, согласно полезной модели, радиус контура канавки по дну определяют по формуле:
,
К
где: R - радиус дуги контура канавки по дну мм;
R - радиус ручья, мм;
h - глубина канавки по контуру бурта валка, мм;
k - коэффициент, полученный экспериментальным путем. k=0,85÷1,10, а центральный угол дуги, ограниченный ее радиусом, составляет не менее 120°. При этом по дну рабочего ручья может быть выполнена кольцевая канавка, пересекающая ряд наклонных канавок. Предлагаемая конструкция валков отличается тем, что радиус контура канавки по дну определяют по формуле совокупность параметров которой с учетом экспериментального коэффициента и центрального угла дуги, ограниченного ее радиусом, который составляет не менее 120° обеспечивает получение арматурного проката высокого качества продукт и улучшить свойства продукта
Для обеспечения поставленной технической задачи определение величины только радиуса дуги по глубине канавок с определением центра такой дуги недостаточно. Необходимо определение величины центрального угла дуги, ограниченного ее радиусом.
Центр окружности, частью которой является дуга, описывающая контур канавок по их глубине может быть определен из уравнения:
где R - радиус ручья, мм;
h - глубина канавки по контуру бурта валка, мм,
Центральный угол дуги контура дна канавки, ограниченный радиусом дуги должен быть не менее 120°. При меньшем угле охвата, угол сектора перекрытия проекций двух смежных канавок может составлять меньше 60°.
В этом случае для решения задачи получения контура полукольца в проекции при перекрытии двух смежных канавок и круглого наружного контура трудно подобрать радиус контура внутренней поверхности канавки, которая нарезается на прокатном валке для выполнения наружного контура поперечного ребра при ее заполнении металлом при прокатке, в том числе с учетом сложных условий затекания металла в канавку. В особенности для арматурного проката диаметром меньше 10 мм.
Угол не менее 120° при обеспечении заданной площади проекции канавки, определяющей при прокатке на профиле площадь смятия проекций смежных поперечных ребер в форме кольца или близкой к ней формы при их перекрытии, может быть обеспечен, если радиуса контура канавки по дну определяют по формуле
,
К
где: R - радиус дуги контура канавки по дну мм;
R - радиус ручья, мм;
h - глубина канавки по контуру бурта валка, мм;
k - коэффициент, полученный экспериментальным путем. k=0,85÷1,10,
Центральный угол дуги контура канавки по дну, ограниченный ее радиусом, величиной более 120° увеличивает центральный угол сектора перекрытия проекций двух смежных канавок и позволяет более уверенно конструировать размеры канавок на валках, но при этом с увеличением угла может быть изменена форма сечения канавки, а на профиле после прокатки исключит возможность при перекрытии со смежным ребром в проекции получить форму кольца или близкую к нему форму и круглый наружный контур.
Эмпирический коэффициент К введен в формулу расчета радиуса дуги по дну канавки для компенсации эффектов, связанных уникальностью технических и технологических параметров прокатных станов. Различная жесткость прокатных клетей, различные вытяжные способности калибровок, различные возможности обеспечения точности и овальности готовой продукции, выпускаемой на прокатных станах с использованием валков данной конструкции приводят к тому, что возможны различные режимы настройки описываемых валков. При увеличении зазора между валками, для обеспечения нормируемых показателей овальности готового арматурного проката, должен быть компенсирован увеличенный вертикальный размер арматурного проката. Это достигается увеличением радиуса контура канавки. При обратной ситуации радиус контура канавки должен быть уменьшен. Аналогично обстоит ситуация с учетом эффекта переполнения металлом калибра. Изменение радиуса дуги контура канавки ограничивается величиной центрального угла.
Величина нижней границы коэффициента k, равная 0,85 характеризует крайнее граничное состояние. При величине, менее 0,85 радиус дуги контура канавки по дну не позволит обеспечить требуемый величину центрального угла, равного 120°. Величина верхней границы коэффициента k, равная 1,10 характеризует второе крайнее граничное состояние, когда ширина продольного ребра равна предельно допустимому нормируемому значению. При величине коэффициента k более 1,10 расчетный радиус контура канавки по дну приводит к увеличению величины центрального угла до 180°, что в свою очередь приводит к невозможности замыкания контуров смежных канавок, так как замыкает канавку с двух сторон ручья. Взаимное соотношение величин центрального угла дуги при различных значениях коэффициента k и глубины канавок по бурту h приведены в таблице.
Нанесение кольцевых канавок по центру ручьев в предложенном изобретении связано с необходимостью повышения жесткости при изгибе и кручении, а также прочности при разрыве периодического профиля, прокатанного в таких валках. Такие характеристики существенно увеличиваются по сравнению с профилем, прокатанном в валках известной конструкции. Наличие таких канавок формирует на профиле дополнительные продольные ребра во взаимно-перпендикулярной плоскости к рабочим продольным ребрам, что позволяет обеспечить значительно более высокую жесткость арматурного стержня при изгибе и кручении. Это связано, прежде всего, с увеличением за счет дополнительного сечения арматурного стержня сопротивления моментам от кручения, изгиба и поперечных сил, что уменьшает прогибы и другие нежелательные деформации железобетонных конструкций. Увеличение площади поперечного сечения стержня за счет дополнительных продольных ребер, участвующих в работе при его разрыве, увеличивает его прочность.
Форма сечения кольцевых канавок должна соответствовать трапеции с углом пересечения боковых граней не менее 90°. При этом угол перехода боковых стенок кольцевых канавок в ручей валка за счет сопряжения с кривой второго порядка будет значительно превышать угол 150°, что выше, чем для поперечных канавок. Это обеспечивает благоприятные условия сопротивления усталостным нагрузкам арматуры, прокатанной в таких валках а также снижает износ валков в переходной зоне при горячей прокатке.
Глубина кольцевой канавки должна быть не менее 1,05 от глубины рабочих канавок в месте их взаимного пересечения.
Наиболее рациональным для обеспечения круглого или близкого к нему наружного контура профиля, прокатываемого в заявляемых валках, является равенство глубины кольцевых канавок и рабочих поперечных канавок в местах их взаимного пересечения, что легко контролировать при их нарезке.
Уменьшение глубины кольцевых канавок относительно глубины рабочих канавок в местах их взаимного пересечения, возможно, но ведет к прямо пропорциональному снижению дополнительной площади сечения арматуры, ухудшает жесткость при изгибе и кручении, а также прочность при разрыве.
На фиг. 1 изображен общий вид валка, фиг. 2 - узел А, фиг. 3 - то же, что и на фиг. 1 вариант ручья с кольцевой канавкой по центру.
Валок представляет цилиндрическое тело 1 (фиг. 1, 2, 3) с ручьем полукруглой формы 2 (фиг. 1, 2, 3). На поверхности ручья 2 нанесены поперечные канавки 3 и 4 в два ряда (фиг. 1, 2, 3) и, если необходимо, продольная канавка 5 (рис. 3). Канавки каждого ряда 3 и 4 охватывают поверхность ручья соответствующую центральному углу охвата  (фиг. 2). Канавки одного ряда 3 частично размещены между канавками другого ряда 4 (фиг. 1, 2, 3).