CN101151427A - 金属加强筋的成形方法和设备 - Google Patents
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Abstract
一种金属加强筋(10)的成形设备(100),包括在加强筋(10)的增大端部形成终端(12)的多段成形流水线。终端的形状可形成将加强筋与另一构件连接的互锁的一部分。在一种形式中,成形流水线包括其中通过锻造处理至少部分形成终端的锻造台(102)。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土或其它水泥结构的加强筋,更具体地,涉及加强筋的成形方法和设备。
背景技术
在建筑业中,(诸如墙壁、地板、平板和立柱等)混凝土结构是通过布置钢筋等加强筋后在该区域浇注混凝土以形成该结构而制造的。加强筋支承于所需位置,经常需要相互连接加强筋的长度,以确保不仅正确布置了加强筋,而且可通过接头传递负载,以使加强筋可承载大部分或甚至全部的轴向拉伸或压缩力。
申请人提交的题为“A Reinforcing Bar(加强筋)”的共同待决的国际申请中公开的加强筋包括沿加强筋端部延伸并可形成将加强筋与另一构件连接的互锁的一部分的终端。尽管该设计加强筋具有重大实际利益,需要能便宜可靠地制造该加强筋,使其在商业上能被市场接受。
发明内容
根据第一方面,提供了金属加强筋的成形方法,包括以下步骤:在加强筋的增大端部上形成终端,终端的形状可形成将加强筋连接至另一构件的互锁的一部分。
在特定形式中,在形成终端前加热端部,并且在一种形式中,终端通过通常为热锻或温锻的锻造处理而至少部分地形成。此外,在一种形式中,控制端部的冷却使得端部的加热不会在实质上改变加强筋的材料属性。在一种形式中,加强筋由钢制成,并且端部被加热至可锻造的温度(例如,热锻时高于1000℃或温锻时高于700℃),且在锻造后,端部基本在环境条件下被冷却至低于460℃的温度。在另一种形式中,加强筋被回火,加热端可经受初始淬火处理以快速降低钢的温度(如至600℃),之后允许端部在环境温度条件下冷却至460℃以下。
上述加强筋成形方法的至少一实施例的优点在于终端是加强筋的整体部分。这样,终端的强度可正确匹配加强筋的强度。使用独立部件的现有技术接头的主要问题在于加强筋的强度可有变化(如通常500兆帕,可在500兆帕至最高允许强度650兆帕间变化)。这意味着接头可能与极端强度的加强筋错配,因此制造接头时需要适应可能的错配。这又伴随产生因提供强度高于所需的接头而减少接头自身延展性的问题。终端与杆的整体性质消除了错配并允许接头的延展性和强度与加强筋杆正确配合。
另外,通过从增大端形成终端,使用终端所得的接头的强度将大于连接的加强筋。在一种形式中,接头的强度约为加强筋强度的110%,但可以理解,这可通过改变终端中各部件的尺寸而改变。
在特定实施例中,通过锻造操作形成终端的预成形件;且完成的终端是之后对预成形件进行铣削加工形成的。该配置的优点在于终端形状可比另外单独由锻造加工可靠提供的终端形状更具角度。然而,可以理解,根据终端的形状,可成形而无需铣削处理。
在一种形式中,该方法使用截面基本不变的加强筋作为原料。在此配置中,该方法还包括增大加强筋端部以及在增大的端部上形成终端的步骤。在一种形式中,增大端部的步骤是锻造加工的一部分,并在端部被加热时进行。
在一种形式中,终端的形状包括具有锁定结构的接合面。申请人的题为“A Reinforcing Bar(加强筋)”的相应国际申请中公开了形成该形状的接合面,该申请的全文通过交叉引用结合于此。
在另一方面,本发明提供了加强筋的成形设备,设备包括多段成形流水线,其设置成接收加强筋并在加强筋的增大端部上形成终端,终端的形状可形成将加强筋连接至另一构件的互锁的一部分。
在一种形式中,成形流水线包括具有被设置成对加强筋端部进行加热的至少一加热台的加热段;以及具有可通过锻造处理在加热的端部至少部分形成终端的至少一锻造台的锻造段。在特定配置中,锻造台包括可使加热的端部成形的多个协作模具。
在一种形式中,锻造段还包括被设置成在锻造台对端部的处理之后修整至少部分成形的终端的修整台。
在特定实施例中,锻造台还包括被设置成在锻造台对端部进行处理前增大加强筋的加热端部的镦锻台。在一种形式中,镦锻台包括可增大加热端部的至少一锻造冲头。
在特定实施例中,成形流水线还包括锻造段后的冷却段,冷却段被设置成控制加热端部的冷却,使得对加强筋的端部的加热不会实质上改变加强筋的材料属性。在一种形式中,加强筋为回火钢,加热段可将加强筋的端部加热至适于进行热锻或温锻的温度,且其中冷却段可将端部淬火冷却至第一温度,之后基本在环境条件下冷却至第二较低温度。
在特定实施例中,终端的预成形件在锻造段形成,成形流水线还包括铣削段,该铣削段包括可通过铣削预成形件而完成终端的至少一铣削台。通常铣削段在冷却段之后。
在特定实施例中,至少一工作台可移入或移出到与加强筋的端部对齐。这样通过成形流水线供给加强筋可被简化,因仅需在一个方向上沿成形流水线的各工作段前移。
在特定实施例中,设备还包括给料组件,该给料组件可通过成形流水线供给单个加强筋。在特定实施例中,设备可接收不同直径的加强筋,且给料组件沿至少一些工作段的给料率根据加强筋的直径而变化。
在特定形式中,成形流水线被设置成在加强筋的相反端上形成终端。在一种形式中,至少一工作段包括间隔开的第一和第二工作台,该第一和第二工作台可同时接合加强筋的相反端。在一种形式中,至少一工作段的第一和第二工作台间的间隔可变化,以允许成形不同长度的加强筋。在另一形式中,给料组件可旋转加强筋,使得至少一工作段的工作台能顺序加工加强筋的相反端。
通常设置控制器,该控制器可控制成形流水线的给料组件以及各工作段的运转。另外,质量保证处理可作为完成段的一部分,以检查加强筋终端的尺寸及完整性。该工作段可使用成像设备,对照预存的标准评估加强筋的图像。
在其它方面,本发明涉及加强筋生产设施和加强筋的生产方法。这些方面包括上述方法和/或设备,可提供制造具有终端的加强筋的全面综合系统。
附图说明
下文参照附图可方便地说明本发明的实施例。但应理解附图和相关说明的特性,不用于限制本发明的前述广泛的说明。
附图中:
图1是加强筋的局部透视图,示出了加强筋一端的成形终端;
图2是包括一对图1所示加强筋的接头的透视图;
图3是图2所示接头的剖视图;
图4是加强筋成形设备的示意性平面图;
图5是图4所示设备的第一镦锻台中锻造冲头的详细视图;
图6是图4所示设备的第二镦锻台中锻造冲头的详细视图;
图7是图4所示设备的锻造模具的剖视图;
图8是图4所示设备的修整模具的剖视图;
图9是描绘各直径加强筋的冷却周期的曲线图;以及
图10是包括图4所示加强筋设备的加强筋生产设施的示意性框图。
具体实施方式
首先参照图1,示出了加强筋10的局部视图。通常由钢制成的加强筋10包括沿该加强筋10的主体长度延伸的杆11。尽管仅示出了杆11的小部分,应理解,杆可延伸多米。加强筋形成时长度连续,并根据特定工作要求切割为所需尺寸。另外,为简单起见,将杆11表示为简单的形状。同样,应理解杆可具有肋,该类加强筋通称为变形加强筋。
加强筋10还包括沿加强筋的端部延伸至加强筋10的末端13的终端12。尽管未示出,通常加强筋的另一端25也具有类似终端。在所示形式中,终端12与杆11整体成形,且与该杆相比增大(即,从加强筋的中轴CL径向向外延伸的距离大于该杆)。杆11和增大终端12之间具有过渡区14。
终端12包括沿加强筋10长度方向延伸并从其向外伸出的接合面15。接合面15的形状包括使加强筋10能与另一加强筋或其它物体连接形成互锁的锁定结构,如下文将详细说明。所示形式中的锁定结构包括多个间隔开的竖柱16、17、18和19,以及多个凹进21、22和23。主要几个凹进21、22和23延伸于相邻竖柱(16、17、18和19)之间。最近的凹进20延伸于终端的毂部24与最近的竖柱16之间。
终端可为直径大于杆11的轴的部分柱形。此外,接合面15实际形成为该柱形终端的“切口”。但应理解尽管接合面15可被认为是切口部分,但该制造方法并无限制,因为终端可通过锻造加工等形成其最终形状而无需实际去除材料。下文将详细说明该加工过程。
现参照图2和3,图中公开的接头50由一加强筋的终端12与另一相似加强筋的相同终端互连而形成。为在下文中说明接头50的简便起见,一加强筋使用上标I表示,另一加强筋使用上标II表示,相同部件使用相同名称表示。
通过将终端12I和12II互连形成互锁51而形成接头50,其中一终端的竖柱与另一终端的相应凹进相互配合。互锁沿轴(示为A-A)延伸,在所示形式中与各加强筋10I和10II的中心轴同轴。另外,一旦终端12I和12II沿接合面15I和15II而被互连,终端的外表面形成完整的柱形(在所示形式中为圆柱形),其直径大于各杆11I和11II的直径。
接头50还包括可阻止终端分离的保持装置52。在所示形式中,保持装置51为套管形式,通常为内孔稍大于通过终端互连而形成的柱形的外径的金属套管。这样,套管可在重叠的终端上滑动,通常通过铁丝打结等保持定位。
参照图4至8,图中公开的多段成形设备100可用于前述加强筋10的成形。具体地,成形设备被设计为接收恒定直径的加强筋并在加强筋的相反各端形成成形终端12。如下文更详细所述,成形设备100可适用于不同直径(通常在16毫米至36毫米范围内)的加强筋,并可适用于不同加强筋长度(一般1.5米至8米)。
设备100包括5个主要工作段;即加热段101、锻造段102、冷却段103、机加工段104和完成段105。设备还包括给料组件106,给料组件106被设置成控制加强筋的移动通过设备100。
给料组件106将加强筋从进料机构107送至出料机制108。在移动期间,给料组件106将加强筋10的末端(13、25)置于五个工作段的各工作台可对各加强筋进行所需加工的位置。
在进料机构107处,基本等直径的预定长度的加强筋被置于工作台上,并送入料箱中。之后供料系统一次将一根加强筋送入组成给料组件106一部分的加热传送机109。
加热传送机109包括连续输送链110,其上装有接收加强筋10以保持加强筋10以离散距离分隔且处于平行关系的定位承载支架(未示出)。传送机109通常能承载长度在1.5米至8米范围内的加强筋。
加热段101为一对三级感应线圈加热台111和112。加热台被设置成彼此相对,以同时接合并加热各加强筋的相反两端。为适用于不同长度的加强筋,一感应加热台111固定,而另一感应加热台112安装成允许移动以改变两加热台之间的间隔,从而适合不同长度的加强筋。
加热传送机109将加强筋10的各端13、25置于加热台111、112。工作台可移入移出,从而可移入移出到与各加强筋末端对齐的位置。由于加热台是3级线圈感应器,随着加强筋移入到三个线圈的每个,工作台与各加强筋对齐三次。加热传送机109可在工作台移出与各加强筋末端13、25对齐位置时调整(index)加强筋与三个线圈的各线圈成直线。
在一种形式中,加强筋由钢制成,加热台被设置成将加强筋的端部加热至1000℃以上。在一应用中,该温度被设为1150℃。然而可以理解可根据加强筋的冶金特性或使用的锻造加工的类型而改变温度。
在从加热段101出来后,加强筋被传送至成形段102,该成形段102包括三个不同的工作台,即镦锻台113、锻造台114和修整台115。
如图4清楚所示,锻造段102仅包括与加热台111相邻的一组工作台。为使各加强筋的各端13、25均通过锻造段102加工,给料组件106包括具有机械手117的机器人组件116,机械手117可从加热传送机109拿起各加强筋并将加强筋的一端置于与各锻造台113、114和115对齐的位置。机器人组件116也可倒置加强筋,使得加强筋的另一端移到与各工作台对齐的位置。因此,在锻造段102中,两端被顺序加工而不是如加热段101中同时加工。
在镦锻台113中,加强筋的各端被增大。镦锻台包括第一和第二锻造冲头(118、119),如图5和6中清楚所示。锻造冲头加压于加强筋的加热端部上,使得加强筋末端膨胀。使用两级操作,从而与单级系统相比所需的力较小。在镦锻加工期间,加强筋由机械手117保持定位。
加强筋的端部增大后,其被移到与锻造台114对齐。锻造台114包括第一和第二模具120、121,第一和第二模具120、121可协作加工增大的端部,以形成终端12的预成形件30。预成形件30与终端12的最终形状相近,包括接合面15和竖柱16、17、18以及凹进20、21、22、23的基本形状。然而,竖柱与凹进间的过渡没有完全确定,需要去除一些材料使得过渡区更具角度。该加工步骤在铣削段104完成,如下文所述。
端部通过锻造台114成形后被送至修整台115,以去除绕预成形件30周围的多余毛边。这也是通过一组协作模具122、123完成的,如图8清楚所示。一旦完成修整,对加强筋该端的锻造段完成。之后加强筋被倒置,通过锻造段102的各工作台加工另一端。
应理解,锻造台可配置成与加热段类似,其中两组工作台位于加强筋的相反两端处,使得两端的锻造可同时而不是顺序进行。如所示,锻造段102仅使用一组工作台的主要优点在于减少了成形流水线100的总成本,而在加强筋10的加工时间上不产生重大损失。
一旦加强筋的两端均通过锻造段102成形后,加强筋进入冷却段103。冷却传送机124形成给料组件106的一部分,其构造与加热传送机109相似,包括两组环形输送链110。
冷却段103被设置成控制加强筋10端部的冷却,使得端部的特性基本不受对加强筋加热的影响。这样,加强筋的端部保持与加强筋杆11的相同材料属性。
冷却段103包括三部分。第一部分包括淬火台125、126。与加热段101的设计相似,一淬火台固定,而另一淬火台126可移动,以适用于不同长度的加强筋。在使用中,许多加强筋是回火钢制成,淬火台的目的是使端部回复韧度。这可通过将水置于加热的加强筋表面,快速冷却加强筋表面而完成。在淬火加工期间,通常加强筋的表面温度降至约600℃,但可以理解可根据加强筋的结构而改变具体温度。另外,在一些使用非回火钢作为原料的实例中,可绕过淬火部分。
离开淬火段之后,加强筋沿冷却传送机124移动足够的一段时间,使得加强筋的温度在环境温度条件下降低至较低阈值(通常为约460℃)。获得较低阈值的冷却时间长度可根据加强筋的厚度而不同。在申请人所做测试中,发现对于16毫米至35毫米范围内的钢筋,冷却时间介于300和500秒之间。见图9曲线图所示。
一旦加强筋到达较低阈值温度,可快速冷却而不影响钢的属性。在所示形式中,冷却段103包括一对水冷却器127、128,使水流经过加强筋末端,比置于环境温度条件下冷却更快速降低端部的温度。
冷却段103之后,加强筋10被送至铣削段104,其中一对铣削台129、130对终端的预成形件30进行机加工直至完成状态。同样,一工作台130可相对另一工作台移动,以适用于不同长度的加强筋。铣削台129、130包括一组组合铣刀,横在通过液压夹紧于固定位置的预成形件30上方。铣削操作是通过几次粗加工和精加工操作完成的,加强筋通过铣削台几次调整,并在完成形状的不同部位被夹持,以促进整个终端铣削的完成。
铣削段104之后,加强筋被移至包括清理终端表面的完成台131、132的完成段105,之后到最终的质保(QA)和检验台133、134。质保台133、134包括使用数码相机的电子比较系统。工作台对照存储器中的参照数据检查完成的形状,如果终端不在规格范围内则发出信号至操作系统。工作台也可包括自诊断模式,允许操作员采取校正操作。
一旦加强筋通过质保系统,它们将被送出至出料机构108,从而可被捆绑并包扎运输。
如这里公开的设备的优点在于其可完全自动。这点上,各工作台一般在中央控制器操作的水力下运行。特别在操作中的某些工作段,加热和冷却段最为显著,根据加强筋的直径而改变需要将加强筋保持处于该段中的时间。这可通过控制给料组件106尤其是各传送机109、124的速度而实现。
设备100可完全整合于加强筋的生产设施中。本领域技术人员可理解,加强筋一般被制成连续长度,存放时被切割为存料长度。对于特定工作,所下订单一般规定了加强筋的长度和直径。通过切割存放的加强筋的长度而履行订单。设备100可整合于此加工中。尽管之前加强筋应被切割成确切尺寸,使用设备100时,考虑到设备100进行的终端成形加工,加强筋可稍长。之后将各段送入(控制器操作下)基于加强筋长度和直径设定的设备100并送至成形流水线。从而,可在相同设施中制造具有终端的加强筋,作为标准加强筋,这样,具有终端的加强筋可作为可选存放项目以与标准加强筋相同的方式提供。
图10所示生产设施示出了根据上述说明制造加强筋的主要部件。设施500包括制造连续长度的加强筋的加强筋成形流水线501、以存料长度存储加强筋的存储设施502、以及如上所述在加强筋的末端形成终端的设备100。
在本发明的权利要求和前述说明中,除因表达语言或必要含意背景另有要求外,“包括”及其变化是在综合意义上使用的,即说明规定特点的存在,但不排除本发明各实施例中其它特点的存在或增加。
对前述部件所做变化与修改不背离本发明的精神和范围。
Claims (32)
1.一种金属加强筋的成形方法,包括以下步骤:在所述加强筋的增大端部上形成终端,所述终端的形状被设置成形成将所述加强筋与另一构件连接的互锁的一部分。
2.根据权利要求1所述的方法,其中在形成所述终端前对所述端部进行加热。
3.根据权利要求2所述的方法,其中所述终端至少部分地通过锻造处理形成。
4.根据权利要求2或3所述的方法,还包括以下步骤:控制所述端部的冷却使得对所述端部的加热不会在实质上改变所述加强筋的材料属性。
5.根据权利要求4所述的方法,其中所述加强筋由回火钢制成,且其中所述端部被加热至适于锻造的温度,并淬火冷却至第一温度,之后基本上在环境条件下冷却至第二较低温度。
6.根据权利要求2至5中任一权利要求所述的方法,还包括以下步骤:
通过锻造操作形成所述终端的预成形件;以及
通过对所述预成形件进行铣削形成完成的终端。
7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法,还包括以下步骤:
提供剖面基本不变的加强筋;
增大所述加强筋的端部;以及
在所述增大端部上形成所述终端。
8.根据权利要求7所述的方法,其中所述端部在增大前被加热。
9.根据权利要求8所述的方法,其中所述端部通过锻造处理而被增大。
10.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法,其中所述终端的形状包括其上具有锁定结构的接合面。
11.一种加强筋的成形设备,该设备包括被设置成接收所述加强筋并在所述加强筋的增大端部上形成终端的多段成形流水线,所述终端的形状被设置成形成将所述加强筋与另一构件连接的互锁的一部分。
12.根据权利要求11所述的成形设备,其中所述成形流水线包括加热段和锻造段,其中所述加热段具有被设置成对所述加强筋的所述端部进行加热的至少一加热台;且所述锻造段具有被设置成通过锻造处理在被加热的端部上至少部分地形成所述终端的至少一锻造台。
13.根据权利要求12所述的成形设备,其中所述锻造台包括可使所述被加热的端部成形的多个协作模具。
14.根据权利要求12或13所述的成形设备,其中所述锻造段还包括修整台,该修整台被设置成在所述锻造台对所述端部进行处理后修整至少部分成形的终端。
15.根据权利要求12至14中任一权利要求所述的成形设备,其中所述锻造段还包括镦锻台,所述镦锻台被设置成在所述锻造台对所述被加热的端部进行处理前增大所述加强筋的所述被加热的端部。
16.根据权利要求15所述的成形设备,其中所述镦锻台包括可增大所述被加热的端部的至少一个锻造冲头。
17.根据权利要求12至16中任一权利要求所述的成形设备,其中所述成形流水线还包括在所述锻造段之后的冷却段,所述冷却段被设置成控制所述被加热的端部的冷却,使得对所述加强筋的所述端部的加热不会在实质上改变所述加强筋的材料属性。
18.根据权利要求17所述的成形设备,其中所述加热段可将所述加强筋的所述端部加热至适于锻造的温度,且其中所述冷却段可将所述端部淬火冷却至第一温度,并且之后允许所述端部基本上在环境条件下冷却至第二温度。
19.根据权利要求12至18中任一权利要求所述的成形设备,其中在所述锻造段形成所述终端的预成形件,且其中所述成形流水线还包括铣削段,该铣削段包括可通过铣削所述预成形件而完成所述终端的至少一铣削台。
20.根据基于权利要求16的权利要求19所述的成形设备,其中所述铣削段在所述冷却段之后。
21.根据权利要求12至20中任一权利要求所述的成形设备,其中至少一工作台可移入或移出到与加强筋的所述端部对齐。
22.根据权利要求12至21中任一权利要求所述的成形设备,还包括可将单根加强筋进给通过所述成形流水线的给料组件。
23.根据权利要求22所述的成形设备,其中所述设备可接收不同直径的加强筋,且其中所述给料组件沿至少一些工作段的给料率根据所述加强筋的直径而改变。
24.根据权利要求12至23中任一权利要求所述的成形设备,其中所述成形流水线被设置成在所述加强筋的相反两端上形成终端。
25.根据权利要求24所述的成形设备,其中至少一工作段包括间隔开的第一和第二工作台,该第一和第二工作台可同时接合所述加强筋的所述相反两端。
26.根据权利要求25所述的成形设备,其中所述至少一工作段的所述第一和第二工作台之间的间隔可变化,以允许成形不同长度的加强筋。
27.根据基于权利要求24的权利要求24至26中任一权利要求所述的成形设备,其中所述给料组件可旋转所述加强筋,使得至少一工作段的所述工作台能对所述加强筋的各相反端进行处理。
28.根据权利要求12至27中任一权利要求所述的成形设备,还包括可控制所述成形流水线的给料组件以及各工作段的运转的控制器。
29.一种加强筋生产设施,包括生产加强筋的加强筋生产设备,所述加强筋具有直径基本不变的各种长度;以及根据权利要求11至21中任一权利要求所述的成形设备,其中所述成形设备接收所述加强筋生产设备形成的不同长度的加强筋。
30.根据权利要求29所述的加强筋生产设施,其中所述加强筋生产设备可形成连续长度的加强筋。
31.一种生产加强筋的方法,包括以下步骤:
生产直径基本不变的加强筋;
将所述加强筋切割为不同的长度;
在各种长度的所述加强筋的至少一端上形成增大端部;以及
在所述加强筋的增大端部上形成终端,所述终端的形状被设置成形成将所述加强筋与另一构件连接的互锁的一部分。
32.根据权利要求31所述的方法,其中根据所述加强筋的订单将所述加强筋切割为不同的长度。
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