建筑用鋼筋端頭螺紋的高效精密滾壓工藝及設(shè)備特性的研究現(xiàn)狀

范淑琴，王可心，丘銘軍,2，趙升噸,，王永飛，陳超

先進(jìn)成形技術(shù)與裝備專題

建筑用鋼筋端頭螺紋的高效精密滾壓工藝及設(shè)備特性的研究現(xiàn)狀

范淑琴1，王可心1，丘銘軍1,2，趙升噸1,3，王永飛1，陳超3

（1.西安交通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，西安 710049；2.中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，西安 710032；3.中南大學(xué) 輕合金研究院，長(zhǎng)沙 410083）

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在大型建筑、道路橋梁、機(jī)場(chǎng)碼頭、核電等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，市場(chǎng)上高大工程建筑對(duì)大直徑、超長(zhǎng)鋼筋的需求持續(xù)增加，超長(zhǎng)鋼筋由多根鋼筋通過(guò)螺紋連接構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)每根鋼筋連接端頭螺紋的高效精密成形至關(guān)重要，是目前迫切需要解決的難題。分析了國(guó)內(nèi)外鋼筋兩端螺紋的制造工藝，論述了鋼筋端頭螺紋滾壓塑性成形的基本原理和工藝過(guò)程，對(duì)鋼筋連接端頭的剝肋尺寸、滾壓模具的結(jié)構(gòu)、工件與滾壓模具之間的軸向運(yùn)動(dòng)以及滾壓成形前模具的相位要求等多方面的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)；對(duì)目前國(guó)內(nèi)外鋼筋端頭螺紋滾壓設(shè)備的基本原理、工作過(guò)程及其特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)，從而為建筑用鋼筋兩端螺紋的高效精密滾壓成形工藝和設(shè)備技術(shù)的提升與推廣奠定良好的基礎(chǔ)。

建筑工業(yè)；鋼筋；螺紋；滾壓工藝；設(shè)備

2009年，我國(guó)的鋼鐵產(chǎn)量躍居到了世界第1位。我國(guó)每年都會(huì)消耗大量的鋼材，其中，鋼筋的消耗量于2020年達(dá)到了26 639.1萬(wàn)t。與其他的建筑結(jié)構(gòu)相比，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有較好的抗震、抗腐蝕以及抗疲勞性能，且成本更低、質(zhì)量穩(wěn)定性更好。近年來(lái)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)獲得了廣泛應(yīng)用（如圖1所示），采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的房屋建筑比例高達(dá)90%以上[1]。

圖1 鋼筋的應(yīng)用

在使用鋼筋搭建混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，為了保證力傳遞的連續(xù)性，需要將鋼筋進(jìn)行連接，以形成完整的受力體系，鋼筋連接形式有綁扎搭接、焊接和機(jī)械連接。在機(jī)械連接方式中，只有螺紋連接可以適應(yīng)不同方向上鋼筋高性能快速連接的需求[2]，滿足粗鋼筋的傳力性能要求。而在相同的強(qiáng)度要求下，采用大直徑鋼筋能夠有效地減少鋼筋的消耗量[3]，提高建筑空間的利用率，提升工程質(zhì)量，從而提高經(jīng)濟(jì)效益，加速鋼筋產(chǎn)業(yè)升級(jí)。因此，目前市場(chǎng)上高大工程建筑對(duì)大直徑、超長(zhǎng)鋼筋的需求持續(xù)增加[4-8]。

傳統(tǒng)切削加工螺紋割斷了鋼材纖維傳力的方向，影響了鋼筋端頭強(qiáng)度，難以滿足大直徑鋼筋螺紋的加工要求，迫切需要一種高效精密的鋼筋端頭螺紋塑性成形工藝及設(shè)備[9]。為此，文中論述了鋼筋端頭螺紋滾壓塑性成形工藝的基本原理和工藝過(guò)程，針對(duì)鋼筋剝肋、滾壓模具結(jié)構(gòu)、工件與滾壓模具之間的軸向運(yùn)動(dòng)、滾壓成形前模具的相位要求等問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并對(duì)目前國(guó)內(nèi)外鋼筋端頭螺紋滾壓設(shè)備的基本原理、工作過(guò)程及其特點(diǎn)進(jìn)行了分析，從而為建筑鋼筋端頭螺紋的高效精密滾壓成形工藝和設(shè)備技術(shù)的推廣與提升奠定良好的基礎(chǔ)。

1 鋼筋端頭螺紋連接方式

目前，國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的鋼筋機(jī)械連接方式有錐螺紋連接、鐓粗直螺紋連接和滾壓直螺紋連接[10]，如圖2所示。其中，滾壓直螺紋連接比另外2種更具優(yōu)勢(shì)，其原理是在鋼筋端頭滾壓制作直螺紋并和套筒螺紋咬合形成接頭，滾壓直螺紋包括直接滾壓螺紋、擠壓肋滾壓螺紋和剝肋滾壓螺紋3種類型[11]。

1.1 錐螺紋連接

錐螺紋連接依靠鋼筋端部的錐狀外螺紋以及套筒內(nèi)相應(yīng)的錐狀內(nèi)螺紋實(shí)現(xiàn)咬合傳力，可以適應(yīng)不同條件下的鋼筋連接，例如正反絲扣型、異徑型等接頭形式，提高了施工適應(yīng)性，如圖2a所示。但是錐螺紋的螺紋直徑不是定值而是漸變的，螺紋加工的形狀和尺寸偏差較難控制，配合精度較差，且在錐螺紋連接時(shí)對(duì)擰緊力矩的要求較高。此外，切削加工切斷了金屬材料的纖維組織，也影響了螺紋處材料的強(qiáng)度。因此錐螺紋傳力的可靠性差，易發(fā)生“倒牙”和“拔出”等情況。

圖2 鋼筋機(jī)械連接形式[12]

1.2 鐓粗直螺紋連接

鐓粗直螺紋連接是一種將鋼筋端部進(jìn)行鐓粗，加大鋼筋端部截面積23%～45%后再切削加工螺紋，最后將鋼筋端部旋入帶有與之配合的內(nèi)螺紋的鋼制套筒內(nèi)實(shí)現(xiàn)鋼筋連接的方法，如圖2b所示。鐓粗直螺紋連接可以克服錐螺紋連接的缺陷，由于預(yù)先采用了鐓粗的方法，鋼筋端頭外徑加大，克服了由于減小鋼筋截面而造成的接頭處鋼筋強(qiáng)度下降的問(wèn)題，從而提高了承載力。但是鐓粗改變了鋼材的微觀組織，切削加工又切斷了纖維組織，影響了傳力性能，導(dǎo)致鋼筋延性降低，易在接頭區(qū)域的鐓粗段發(fā)生脆斷。

1.3 滾壓直螺紋連接

滾壓直螺紋連接是通過(guò)在鋼筋端頭滾壓直螺紋并和套筒螺紋咬合形成接頭的方法，如圖2c所示。螺紋滾壓是一種無(wú)切削加工方法，金屬在滾壓模具的作用下產(chǎn)生塑性變形。與傳統(tǒng)的切削螺紋相比，滾壓螺紋表面存在冷作硬化層，使疲勞強(qiáng)度提高了20%～40%，抗拉強(qiáng)度提高了20%～30%，抗剪強(qiáng)度提高了5%[12-13]。此外，滾壓螺紋的表面質(zhì)量較好，生產(chǎn)效率也較高，適合大批量生產(chǎn)。

目前，國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的鋼筋連接接頭的滾壓直螺紋有3種類型：直接滾壓螺紋、擠壓肋滾壓螺紋和剝肋滾壓螺紋[14]。鋼筋端頭直螺紋連接實(shí)物見(jiàn)圖3。

1）直接滾壓直螺紋。直接滾壓直螺紋成形技術(shù)是將2根待連接鋼筋的兩端直接滾壓成形直螺紋，并與套筒內(nèi)螺紋咬合形成連接的加工方法[15]。由于鋼筋肋的存在，成形出的螺紋精度差，存在虛假螺紋現(xiàn)象，并且會(huì)降低滾壓模具的使用壽命。此外，鋼筋的實(shí)際直徑與公稱直徑存在偏差，導(dǎo)致螺紋直徑大小不一致，套筒與鋼筋端頭連接時(shí)松緊不一，影響連接質(zhì)量。

2）擠壓肋滾壓直螺紋。擠壓肋滾壓直螺紋成形技術(shù)是預(yù)先對(duì)鋼筋表面的縱、橫肋壓平后再進(jìn)行滾壓螺紋的加工方法。與直接滾壓相比，它減輕了鋼筋肋對(duì)成形螺紋精度和質(zhì)量的影響[16]，但仍不能從根本上解決鋼筋實(shí)際直徑存在的偏差對(duì)螺紋質(zhì)量的影響。

圖3 鋼筋端頭直螺紋連接實(shí)物

3）剝肋滾壓直螺紋。剝肋滾壓直螺紋成形技術(shù)是先將鋼筋端部的橫肋和縱肋進(jìn)行剝切處理，使鋼筋滾絲前的柱體直徑達(dá)到同一尺寸，然后再進(jìn)行螺紋滾壓成形的加工方法，如圖4所示。其原理如下[17]：利用滾壓模具的作用使鋼筋端部產(chǎn)生塑性變形，在冷作硬化作用下，塑性變形后的鋼筋端頭強(qiáng)度比母材強(qiáng)度有所提高。該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于直徑16～50 mm的HRB400、HRB500高強(qiáng)鋼筋的連接[18]。

圖4 鋼筋端頭剝肋與螺紋滾壓成形過(guò)程

剝肋滾壓直螺紋與直接滾壓直螺紋、擠壓肋滾壓直螺紋成形技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）螺紋牙型好、精度高，螺紋直徑大小一致，易于裝配，連接質(zhì)量高，螺紋具有良好的抗疲勞性能；（2）滾壓模具壽命長(zhǎng)，相比直接滾壓工藝，其壽命可提高8～10倍；（3）抗低溫性能好，在?40 ℃低溫下試驗(yàn)時(shí)，接頭仍可實(shí)現(xiàn)與母材等強(qiáng)度連接。

2 鋼筋端頭剝肋滾壓直螺紋

2.1 剝肋尺寸求解方法

在鋼筋端頭剝肋與螺紋滾壓成形中，剝肋尺寸（滾壓螺紋前的端頭光圓鋼筋直徑）對(duì)滾壓成形過(guò)程中的穩(wěn)定性和成形質(zhì)量具有決定性影響。

剝肋尺寸過(guò)小，螺紋牙型填充不飽滿，無(wú)法實(shí)現(xiàn)鋼筋的等強(qiáng)度連接；剝肋尺寸過(guò)大，模具所受滾壓力、滾壓扭矩劇增，造成滾壓模具壽命下降和設(shè)備損壞等問(wèn)題。因此，滾壓前的剝肋尺寸需滿足一定條件。

圓頂圓底滾壓模具螺紋示意圖如圖5所示，根據(jù)塑性變形體積不變?cè)瓌t，認(rèn)為處的材料被不斷地移動(dòng)到處[19-21]。為適應(yīng)不同的生產(chǎn)條件和不同的螺紋滾壓要求，滾壓模具牙型分為圓頂平底形、平頂平底形和圓頂圓底形，剝肋尺寸的計(jì)算公式也有所不同[22-25]。

圖5 圓頂圓底滾壓模具螺紋示意圖[21]

圓頂圓底滾絲輪剝肋尺寸的計(jì)算見(jiàn)式（1）。

式中：0為剝肋尺寸，mm；2為工件螺紋中徑，mm；為工件螺距，mm；m為牙頂圓弧半徑，mm；n為牙底圓弧半徑，mm；w為工件螺紋大徑，mm；為材料系數(shù)，對(duì)于鋼筋材料=0.1；為被滾壓螺紋毛坯直徑公差，mm。

2.2 滾壓模具設(shè)計(jì)

在滾壓工藝系統(tǒng)中，模具數(shù)量對(duì)螺紋件成形質(zhì)量、工作扭矩、模具壽命及成形穩(wěn)定性等有一定影響[26-28]。在三滾絲輪滾壓時(shí)，滾壓模具沿坯料圓周均布，坯料在滾壓過(guò)程中受力平衡，不需要定位支撐，具有自定心優(yōu)勢(shì)[29]。

當(dāng)滾壓模具個(gè)數(shù)≥3時(shí)，滾壓模具直徑會(huì)受到一定的尺寸限制，對(duì)于三滾絲輪滾壓螺紋，可能在滾絲輪還沒(méi)有達(dá)到工件牙底時(shí)，直徑小的工件的滾絲輪就已經(jīng)互相干涉[30]。如圖6所示，三滾絲輪不發(fā)生干涉的條件為：

(4)

圖6 三滾絲輪滾壓示意圖

2.3 工件與滾壓模具的相對(duì)滑動(dòng)

當(dāng)采用有軸向送進(jìn)的螺紋滾壓方法時(shí)，滾壓模具的螺紋升角和工件的螺紋升角必須不同，滾壓模具與工件之間才會(huì)產(chǎn)生相對(duì)軸向運(yùn)動(dòng)[31-33]。

圖7展示了工件與滾壓模具之間的相對(duì)軸向運(yùn)動(dòng)，圖中實(shí)線代表工件，虛線代表滾壓模具，當(dāng)工件的自轉(zhuǎn)速度為s時(shí)，滾壓模具自轉(zhuǎn)速度的計(jì)算見(jiàn)式（5）[34]。

式中：nd為滾壓模具自轉(zhuǎn)速度，r/min；d2為工件螺紋中徑，mm；D2為滾壓模具中徑，mm；ns為工件自轉(zhuǎn)速度，r/min。

在鋼筋端頭螺紋滾壓成形時(shí)，由于鋼筋的長(zhǎng)度較大，將鋼筋固定不動(dòng)更方便，此時(shí)上述工件自轉(zhuǎn)速度s等效為滾壓模具繞工件公轉(zhuǎn)的速度，滾壓模具與工件螺紋升角的差異使?jié)L壓成形過(guò)程中滾壓模具在工件摩擦力的帶動(dòng)下做軸向自進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，滾壓模具每公轉(zhuǎn)一周與工件產(chǎn)生的軸向位移見(jiàn)式（6）。

式中：1為工件螺紋的頭數(shù)；2為滾壓模具螺紋的頭數(shù)；為滾壓模具與工件螺紋螺距，mm；1為工件螺紋升角；2為滾壓模具螺紋升角。

滾壓模具與工件之間的軸向進(jìn)給速度的計(jì)算見(jiàn)式（7）。

2.4 滾壓成形前模具的位置要求

當(dāng)采用多模具螺紋滾壓時(shí)，每個(gè)模具都會(huì)在工件表面滾壓出一條螺旋線，如圖8a所示，未對(duì)牙的滾壓模具會(huì)在工件表面產(chǎn)生錯(cuò)齒，為了保證每個(gè)模具滾壓的螺紋都能夠良好銜接，滾壓成形前需對(duì)模具進(jìn)行初始位置的調(diào)整，即“對(duì)牙”，圖8b為對(duì)牙后的模具滾壓成形的螺紋[35]。

圖8 不同滾壓模具牙型位置下滾壓出的螺紋成形結(jié)果[14]

當(dāng)工件螺紋頭數(shù)為w時(shí)，滾壓模具上任意一點(diǎn)沿軸向移動(dòng)一個(gè)螺距，則滾壓模具的公轉(zhuǎn)角度為：

個(gè)滾壓模具沿工件圓周均勻分布，相鄰兩模具間的圓周角為：

滾壓模具公轉(zhuǎn)過(guò)角度后，相對(duì)于工件沿軸向產(chǎn)生的位移1的計(jì)算見(jiàn)式（10）。

為了使?jié)L壓模具公轉(zhuǎn)過(guò)角度后，上一滾壓模具的嚙合點(diǎn)與下一滾壓模具的嚙合點(diǎn)重合，下一滾壓模具相對(duì)上一滾壓模具的螺紋應(yīng)該沿工件軸線方向錯(cuò)開(kāi)距離1。常用調(diào)整滾壓模具初始位置的方法有軸向偏移法和模具旋轉(zhuǎn)法2種[36-37]。軸向偏移法是在滾壓模具端面放置厚度為1的墊片以改變不同模具的相對(duì)軸向位置[38]，這種方法操作簡(jiǎn)便，但當(dāng)滾壓模具螺距、頭數(shù)、個(gè)數(shù)改變時(shí)，則需要準(zhǔn)備不同厚度的墊片，且在加工過(guò)程中由于滾壓模具受到軸向力，墊片產(chǎn)生一定的磨損，墊片厚度改變會(huì)影響加工精度[39]。模具旋轉(zhuǎn)法是在多模具滾壓中，在滾壓成形開(kāi)始前旋轉(zhuǎn)滾壓模具至一定角度，改變其相位使多個(gè)模具間產(chǎn)生一定的相位差，以實(shí)現(xiàn)對(duì)牙。范淑琴等[40]基于螺紋滾壓成形過(guò)程中模具和工件螺紋嚙合點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)特征，推導(dǎo)出不同參數(shù)下滾絲輪相位調(diào)整角的計(jì)算公式，如式（11）所示，圖9為模具相位調(diào)整位置圖，其中實(shí)線表示滾壓模具的初始位置、虛線表示調(diào)整后的最終滾壓位置。

式中：w為工件螺紋頭數(shù)；d為滾壓模具螺紋頭數(shù)；為滾壓模具個(gè)數(shù)。

圖9 模具相位調(diào)整位置圖

3 鋼筋端頭螺紋成形設(shè)備

現(xiàn)有大型鋼筋滾絲機(jī)的工作原理是采用工件固定不動(dòng)，剝肋機(jī)構(gòu)和滾壓機(jī)構(gòu)分別由2個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，依次完成剝肋和滾壓2道工序。德國(guó)AKEA公司Akea GA全自動(dòng)和Akea GEM系列半自動(dòng)鋼筋端頭螺紋滾壓設(shè)備如圖10所示，Akea GEM系列是高效半自動(dòng)金屬加工設(shè)備，用于在管材、鋼筋上進(jìn)行倒角、剝肋、滾壓和端面加工，可滾壓12～56 mm直徑的材料，工件經(jīng)操作員手動(dòng)裝載后由機(jī)器自動(dòng)執(zhí)行車削和螺紋滾壓操作，其中車削與螺紋滾壓機(jī)構(gòu)分別固定在可平移的機(jī)構(gòu)上，完成車削工藝后車削裝置退出，平臺(tái)移動(dòng)完成下一步的螺紋滾壓工藝。Akea GA系列是高生產(chǎn)率全自動(dòng)金屬加工機(jī)，可滾壓直徑為12～100 mm的鋼筋，工件經(jīng)分揀裝置自動(dòng)分揀后分別完成車削與滾壓操作，完成后自動(dòng)碼垛，該設(shè)備大大提高了螺紋滾壓的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率。

圖10 德國(guó)阿凱亞（AKEA）公司滾壓設(shè)備

Fig.10Rolling equipment of Germany Akea (AKEA) Company

通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)車床或加工中心也可實(shí)現(xiàn)鋼筋端頭螺紋的滾壓加工，標(biāo)準(zhǔn)車床鋼筋端頭螺紋滾壓設(shè)備如圖11所示，工件由三爪卡盤(pán)夾持并旋轉(zhuǎn)，車刀與滾壓頭安裝在同一圓盤(pán)上沿直線向卡盤(pán)移動(dòng)[41]。該設(shè)備適合加工短棒料，加工旋轉(zhuǎn)長(zhǎng)桿時(shí)安全性低，會(huì)產(chǎn)生機(jī)器損壞等問(wèn)題，并且由于鋼筋肋的存在，鋼筋表面形狀的不規(guī)則會(huì)產(chǎn)生動(dòng)量沖擊，即使在較低的轉(zhuǎn)速下也無(wú)法保證加工質(zhì)量。

圖11 標(biāo)準(zhǔn)車床鋼筋端頭螺紋滾壓設(shè)備

Wang等[42]設(shè)計(jì)了一種帶有預(yù)壓裝置的鋼筋剝肋滾絲機(jī)，預(yù)壓裝置通過(guò)在未加工鋼筋的一端壓縮形成預(yù)壓環(huán)形槽，在控制單元的控制下，基座將車削與滾壓機(jī)構(gòu)移動(dòng)到鋼筋的端部，依次執(zhí)行車削和滾絲工藝。預(yù)壓環(huán)形槽有助于現(xiàn)場(chǎng)檢查螺紋質(zhì)量，并防止加工機(jī)構(gòu)中的滾絲模具與鋼筋發(fā)生肋接觸而因此受到損壞。

我國(guó)在剝肋滾壓直螺紋接頭加工設(shè)備、工藝等方面也取得了較多創(chuàng)新成果[43-46]，研發(fā)的鋼筋端頭剝肋滾壓直螺紋設(shè)備的質(zhì)量及體積僅為國(guó)外的1/4～1/3，方便在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鋼筋完成快速連接，可以有效縮短工期，在國(guó)際市場(chǎng)中具有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。

由中國(guó)建筑科學(xué)研究院凱博公司研發(fā)的鋼筋螺紋自動(dòng)化成套加工生產(chǎn)線如圖12所示，該生產(chǎn)線將鋼筋剝肋和螺紋滾壓2個(gè)工藝在不同的設(shè)備上完成，形成了自動(dòng)化流水線作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了每分鐘加工4～6根絲頭的高效自動(dòng)化生產(chǎn)[47-48]。張敏等[49]就鋼筋滾壓直螺紋絲頭長(zhǎng)度精準(zhǔn)控制技術(shù)進(jìn)行了研究，在傳統(tǒng)滾絲機(jī)基礎(chǔ)上增加了氣缸、限位卡具、電磁閥、PLC和繼電器等裝置，實(shí)現(xiàn)了直螺紋絲頭智能化加工，解決了鋼筋在滾壓后直螺紋絲頭長(zhǎng)度不一的問(wèn)題。

圖12 鋼筋螺紋自動(dòng)化生產(chǎn)加工線[47]

我國(guó)邦程機(jī)械開(kāi)發(fā)的HGS45型鋼筋滾絲機(jī)如圖13所示，剝肋機(jī)構(gòu)和滾壓機(jī)構(gòu)安裝在同一主軸上，電機(jī)、減速器帶動(dòng)剝肋滾壓機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)給機(jī)構(gòu)帶動(dòng)剝肋滾壓機(jī)構(gòu)移動(dòng)對(duì)鋼筋進(jìn)行加工，可加工16～ 40 mm直徑的鋼筋[50]。大同市建航機(jī)械制造有限公司提供了一種外螺紋滾壓設(shè)備及其螺紋滾壓方法，能夠滿足不同直徑工件（如鋼筋滾絲）的加工需求。

圖13 HGS45型鋼筋剝肋滾絲機(jī)

圖14為臺(tái)灣LIKEST公司開(kāi)發(fā)的鋼筋端頭滾壓設(shè)備，該設(shè)備的剝肋機(jī)構(gòu)和滾壓機(jī)構(gòu)是相互獨(dú)立的，剝肋機(jī)構(gòu)完成鋼筋剝肋后就退出工位，滾壓機(jī)構(gòu)開(kāi)始工作，完成鋼筋螺紋滾壓成形，螺紋滾壓直徑的加工范圍為10～40 mm。

對(duì)國(guó)內(nèi)外典型設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行總結(jié)，如表1所示，可以看出，國(guó)外設(shè)備的自動(dòng)化程度更高，集合了倒角、剝肋、滾壓和端面加工工序，但設(shè)備龐大，不適合建筑工地的環(huán)境，并且對(duì)工人的技術(shù)要求更高，而我國(guó)研發(fā)的鋼筋端頭剝肋滾壓直螺紋設(shè)備的質(zhì)量及體積僅為國(guó)外的1/4～1/3，更適合建筑工地鋼筋端頭螺紋隨用隨滾的需求。

圖14 臺(tái)灣LIKEST公司的鋼筋螺紋滾壓設(shè)備

表1 國(guó)內(nèi)外鋼筋螺紋滾壓設(shè)備的指標(biāo)對(duì)比

Tab.1 Index comparison of steel bar thread rolling equipment at home and abroad

4 結(jié)論

1）與直接滾壓直螺紋、擠壓肋滾壓直螺紋成形技術(shù)相比，鋼筋端頭剝肋滾壓直螺紋成形工藝下的螺紋牙型好、精度高，具有更好的表面質(zhì)量，螺紋直徑大小一致性提高，易于裝配，能夠保證連接質(zhì)量。

2）在鋼筋端頭剝肋與螺紋滾壓成形時(shí)，滾壓前的剝肋尺寸需滿足一定條件，此外采用三滾絲輪滾壓時(shí)，滾壓模具沿坯料圓周均布，坯料在滾壓過(guò)程中受力平衡，不需要定位支撐，具有自定心優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)模具時(shí)應(yīng)滿足滾絲輪不發(fā)生干涉的條件。

3）采用有軸向送進(jìn)的螺紋滾壓方法時(shí)，滾壓模具的螺紋升角和工件的螺紋升角必須不同，滾壓模具與工件之間才會(huì)產(chǎn)生相對(duì)軸向運(yùn)動(dòng)；采用多模具螺紋滾壓時(shí)，為了保證每個(gè)模具滾壓出的螺紋都能夠良好銜接，滾壓成形前需對(duì)模具進(jìn)行初始位置的調(diào)整。

4）鋼筋端頭剝肋滾壓直螺紋設(shè)備主要有2種類型：一種是將鋼筋剝肋機(jī)構(gòu)和螺紋滾壓機(jī)構(gòu)相互獨(dú)立設(shè)置，剝肋機(jī)構(gòu)完成鋼筋剝肋后退出，然后滾壓裝置開(kāi)始工作，完成鋼筋端頭的螺紋加工；另外一種是將剝肋機(jī)構(gòu)和滾壓機(jī)構(gòu)安裝在同一主軸上，電機(jī)、減速器帶動(dòng)剝肋滾壓機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)給機(jī)構(gòu)帶動(dòng)剝肋滾壓機(jī)構(gòu)移動(dòng)，完成鋼筋端頭的剝肋滾壓成形。

5）國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的半自動(dòng)鋼筋端頭螺紋滾壓設(shè)備對(duì)移動(dòng)臺(tái)行程精度要求較高，移動(dòng)臺(tái)需要精確地停在工件前面，這大大增加了設(shè)備成本，對(duì)建筑工業(yè)來(lái)說(shuō)設(shè)備價(jià)格過(guò)于昂貴。此外，該設(shè)備復(fù)雜程度高，需要在建筑工地配備專業(yè)技術(shù)人員，且設(shè)備體積龐大，無(wú)法適應(yīng)建筑工地的惡劣環(huán)境。我國(guó)鋼筋端頭剝肋滾壓直螺紋設(shè)備的質(zhì)量及體積僅為國(guó)外的1/4～1/3，方便在施工現(xiàn)場(chǎng)完成快速連接，有效縮短了工期，在國(guó)際市場(chǎng)中具有較強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。

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Research Status of High-efficient and Precise Rolling Process and Equipment of Steel Bar End Threads for Construction

FAN Shu-qin1, WANG Ke-xin1, QIU Ming-jun1,2, ZHAO Sheng-dun1,3, WANG Yong-fei1, CHEN Chao3

(1. School of Mechanical Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049, China; 2. China National Heavy Machinery Research Institute Co., Ltd., Xi'an 710032, China; 3. Light Alloy Research Institute, Central South University, Changsha 410083, China)

Reinforced concrete structures are widely used in large buildings, roads and bridges, airport terminals, nuclear power stations, and other famous architectural fields. With the continuous growth of the demand for large-diameter and extra-long steel bars in tall engineering buildings on the market, it is urgent and vital to realize the high-efficient and precise manufacturing of threads at both ends of each steel bar since multiple steel bars are connected through threads. The manufacturing process of threads at both ends of steel bar at home and abroad was analyzed. The basic principle and process of rolling and plastic forming of steel bar end threads were discussed. The problems such as the stripping rib size of steel bar connection end, the structure of rolling die, the axial movement between workpiece and rolling die, and the phase requirement of die before rolling forming were summarized. The basic principle, working process and characteristics of the rolling equipment for steel bar end threads at home and abroad were further concluded, thus laying a good foundation for the promotion and popularization of high-efficient and precise rolling forming technology and equipment technology for two end threads of building steel bars.

construction industry; steel bar; thread; rolling process; equipment

10.3969/j.issn.1674-6457.2022.07.001

TG335

A

1674-6457(2022)07-0001-10

2022–03–23

國(guó)家自然科學(xué)基金聯(lián)合重點(diǎn)基金項(xiàng)目（U1937203）；國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目（52105397）；西安交通大學(xué)金屬材料強(qiáng)度國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放研究項(xiàng)目（1991DA105206）；湖南省“湖湘高層次人才”項(xiàng)目（2021RC5001）

范淑琴（1977—），女，博士，副教授，主要研究方向?yàn)樗苄约庸すに嚺c設(shè)備。

趙升噸（1962—），男，博士，教授，主要研究方向?yàn)樗苄约庸すに嚺c設(shè)備。

責(zé)任編輯：蔣紅晨