CN110732614A - 一种异型螺纹中空注浆锚杆杆体加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种异型螺纹中空注浆锚杆杆体加工方法，所述加工方法按照以下步骤依次进行：备料、上料、旋转锻压、滚压和热处理。旋转锻压步骤中包括以下步骤：一次旋压：使得料管端部沿缓冲孔面的倾斜方向变形，得到端部部分增厚的料管；二次旋压：使得料管端部沿水平孔面的延伸方向变形、同时料管的中部沿缓冲孔面的倾斜方向变形，得到端部全部增厚的料管；重复旋压：以得到整体增厚的料管；采用旋压锻造的方式，为支护领域中起注浆、支撑、连接等作用的锚杆零件提供了一种异型螺纹中空注浆锚杆杆体加工方法；压缩了无缝钢管，使无缝钢管自身的强度增大，并且由于旋压步骤使锚杆受力均匀壁厚均匀，压缩精确，抗剪强度增加。

Description

一种异型螺纹中空注浆锚杆杆体加工方法

技术领域

本发明涉及矿山及隧道锚固支护技术领域，具体涉及一种异型螺纹中空注浆锚杆杆体加工方法。

背景技术

目前中空注浆锚杆已广泛应用于矿山井巷、隧道的支护或加固工程中，它包括垫板、螺母等部件，中空注浆锚杆杆体为空心细长受拉构件，既是支护用的锚杆又兼做注浆管，注浆材料通过杆体的中空结构充填围岩裂隙，使围岩粘接为整体结构起到加固作用，同时充填锚杆孔实现锚杆的全长锚固。

中空注浆锚杆是通过限制锚固范围内围岩位移来实现锚固作用，影响中空注浆锚杆锚固效果的因素很多，其中杆体抗拉强度和延伸率大小起到决定性作用。杆体的抗拉强度和延伸率的大小是一对矛盾。一般的中空注浆锚杆杆体普遍采用无缝钢管滚压加工，加工成本较高，经过冷挤压，其延伸率往往较低，当受到冲击地压时容易产生断裂。为此我们提供一种异型螺纹中空注浆锚杆杆体加工方法，采用焊接钢管加工，材料成本较低，在相同材质条件下，加工后的锚杆杆体可获得更高的抗拉强度和延伸率。换言之，为获得相同的、符合标准要求机械性能的锚杆杆体，可选用成本较低的原材料加工，从而取得更好的经济效益和社会效益。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种异型螺纹中空注浆锚杆杆体加工方法，解决锚杆成本高、效能低、特别是杆体延伸率降低的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的一种异型螺纹中空注浆锚杆杆体加工方法，所述加工方法按照以下步骤依次进行：

(1)备料：料管为焊接钢管，材质根据锚杆杆体所需机械性能选择，料管外径为φ35～φ45mm、管壁厚度为3～5mm、长度根据锚杆杆体长度选择；

(2)上料：使用自动上料机将料管传送至送料机上，通过送料机的输送将料管送至高频感应加热设备中，将料管加热至800-1100℃，随后再通过送料机输送至旋锻机中；

(3)旋转锻压：通过送料机输送将加热后料管送至旋锻机中，通过锤模环绕料管旋转的同时，向料管轴心施加高频率的径向力，对料管进行锻打，使其直径减小、壁厚增加。它是一种局部而连续、无屑而且精密的金属成形加工工艺。经过旋锻，料管具有连续的纤维流线，表面粗糙度降低，形成表面压应力，组织致密、晶粒细化，使料管的抗拉强度、抗剪强度、韧性均得到较大的提高。

(4)滚压：旋锻后的料管输送进滚压机，在料管外表面滚压出所需异形螺纹，形成锚杆杆体坯料。

(5)热处理：对锚杆杆体进行热处理。

作为上述方案的进一步优化，所述旋锻机具有设置于四个方位的锤模块，四个方位的锤模块内侧之间通过间距隔开，间距形成一个供料管插入并与料管保持水平的锻造通孔，锻造通孔包括：首端的缓冲孔面、尾端的水平孔面。

作为上述方案的进一步优化，所述锻造通孔内沿具有与其同向延伸的抵杆，抵杆依次穿过水平孔面、缓冲孔面。

作为上述方案的进一步优化，四个所述锤模块靠近料管的一侧内壁均沿径向倾斜以形成缓冲孔面，所述缓冲孔面的直径按照由浅到深的顺序逐渐变小。

作为上述方案的进一步优化，所述旋压步骤中包括以下步骤：

一次旋压：将转台、料管一同沿轴向朝挤压机进给，直至料管的端部插入锻造通孔首端的缓冲孔面时停止，锤模块通过缓冲孔面沿径向锻造料管的端部，使得料管端部沿缓冲孔面的倾斜方向变形，然后停止锻造，得到端部部分增厚的料管；

二次旋压：再将转台、料管一同沿轴向朝挤压机进给，直至料管的端部插入锻造通孔尾端的水平孔面、料管的中部插入锻造通孔首端的缓冲孔面时停止，锤模块通过水平孔面沿径向锻造料管的端部、同时通过缓冲孔面沿径向锻造料管的中部，使得料管端部沿水平孔面的延伸方向变形、同时料管的中部沿缓冲孔面的倾斜方向变形，然后停止锻造，得到端部全部增厚的料管；

重复旋压：继续将转台、料管一同沿轴向朝挤压机进给，料管的中部、尾部依次进行锻造，以使料管的中部、尾部均得到部分增厚和全部增厚，以得到整体增厚的料管。

作为上述方案的进一步优化，所述旋压步骤中，料管始终保持周向旋转，以使锤模块的锻造区域不重复。

作为上述方案的进一步优化，所述旋压步骤中还包括以下步骤：

抵挡：在一次旋压中料管轴向进给时，将抵杆向料管方向轴向进给，在料管停止轴向进给的同时抵杆也停止轴向进给，料管、抵杆之间预留有横向的间距，并且，在一次旋压的锻造过程中，料管受锻打而沿轴向进给、沿径向下沉，料管在沿轴向进给时消除间距并与抵杆相抵。

在二次旋压、重复旋压中料管轴向进给时，将抵杆向料管方向轴向进给，在料管停止轴向进给的同时抵杆也停止轴向进给，此时，料管、抵杆之间同样预留有横向的间距，并且，在二次旋压、重复旋压的锻造过程中，料管同样受锻打而沿轴向进给、沿径向下沉，料管在沿轴向进给时消除间距并与抵杆相抵。

作为上述方案的进一步优化，所述料管为无缝钢管。

本发明的一种异型螺纹中空注浆锚杆杆体加工方法，具备如下有益效果：

1.本发明的一种异型螺纹中空注浆锚杆杆体加工方法，采用焊接钢管取代传统的无缝钢管，降低了原材料费用。

2.本发明的一种异型螺纹中空注浆锚杆杆体加工方法，采用焊接钢管、旋转锻压的方式加工获得中空注浆锚杆杆体属于一种新的工艺方法，通过旋转锻压使焊接钢管直径减小、壁厚增加。料管具有连续的纤维流线，表面粗糙度降低，形成表面压应力，组织致密、晶粒细化，使料管的抗拉强度、抗剪强度、韧性均得到较大的提高。

3.本发明的一种异型螺纹中空注浆锚杆杆体加工方法，可采用成本较低的焊接钢管，在与无缝钢管材质相同条件下，加工后的锚杆杆体可获得更高的抗拉强度和延伸率。换言之，为获得相同的、符合标准要求机械性能的锚杆杆体，可选用成本较低的原材料加工，从而取得更好的经济效益和社会效益。

参照后文的说明与附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式，应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制，在所附权利要求的精神和条款的范围内，本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。

附图说明

图1为本发明方法的整体流程示意图；

图2为本发明方法的旋压和抵挡步骤细化流程示意图；

图3为本发明的旋压步骤前结构剖面示意图；

图4为本发明的一次旋压后结构剖面示意图；

图5为本发明的二次旋压后结构剖面示意图；

图6为本发明的料管和锤模块结构侧面示意图；

图7为本发明的锤模块结构示意图。

图中：料管1、锤模块2、锻造通孔3、缓冲孔面4、水平孔面5、抵杆6。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于、设有”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件，当一个元件被认为是“连接、相连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，“固连、固定”均为固定连接的含义，实现固定连接的方式有很多种，不作为本文的保护范围，本文中所使用的术语“垂直的”“水平的”“左”“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在限制本发明，本文中所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合；

请参阅说明书附图1-7，本发明提供一种技术方案:一种异型螺纹中空注浆锚杆杆体加工方法，加工方法按照以下步骤依次进行：如图1和图2所示为加工方法的步骤流程：

步骤一、备料：料管1为焊接钢管，材质根据锚杆杆体所需机械性能选择，料管外径为φ35～φ45mm、管壁厚度为3～5mm、长度根据锚杆杆体长度选择；

步骤二、上料：使用自动上料机将料管传送至送料机上，通过送料机的输送将料管送至高频感应加热设备中，将料管加热至800-1100℃，随后再通过送料机输送至旋锻机中；

步骤三、旋转锻压：将料管1安装到挤压机的转台上，转台带动料管1周向旋转，再将转台、料管1一同沿轴向朝挤压机进给，以使料管1朝挤压机内的锻造机构进给，锻造机构以1分钟3600次的锻造次数将料管1在旋转过程中振动锻造，并将其外径由40-45mm压制成24-28mm，壁厚由3-5mm压制成6-9mm，随后输送至辊轧机中；通过送料机输送将加热后料管送至旋锻机中，通过锤模环绕料管旋转的同时，向料管轴心施加高频率的径向力，对料管进行锻打，使其直径减小、壁厚增加。

步骤四、滚压：旋锻后的料管输送进滚压机，在料管外表面滚压出所需异形螺纹，形成锚杆杆体坯料。

步骤五、热处理：对锚杆杆体进行热处理，在辊轧机中热轧挤压出螺纹并冷却制成锚杆。

其中，挤压机具有设置于四个方位的锤模块2，四个方位的锤模块2内侧之间通过间距隔开，间距形成一个供料管1插入并与料管1保持水平的锻造通孔3，锻造通孔3包括：首端的缓冲孔面4、尾端的水平孔面5，四个锤模块2靠近料管1的一侧内壁均沿径向倾斜以形成缓冲孔面4，缓冲孔面4的直径按照由浅到深的顺序逐渐变小，四个方位的锤模块2分别从四个方向锻打，使得料管1处于三方向压应力状态下变形，并且料管1每次受锻打后的变形量小，具体为料管1的金属变形流动距离短，从而利于金属塑性的提高；设置的缓冲孔面4，增大了锤模块2、料管1之间的接触面积，便于锤模块2均匀的施力、料管1均匀的受力，有效提高锻造时的稳定性，锻造通孔3内沿具有与其同向延伸的抵杆6，抵杆6依次穿过水平孔面5、缓冲孔面4；

旋压步骤中包括以下步骤：

一次旋压：将转台、料管1一同沿轴向朝挤压机进给，直至料管1的端部插入锻造通孔3首端的缓冲孔面4时停止，锤模块2通过缓冲孔面4沿径向锻造料管1的端部，使得料管1端部沿缓冲孔面4的倾斜方向变形，然后停止锻造，得到端部部分增厚的料管1，如图4所示；

二次旋压：再将转台、料管1一同沿轴向朝挤压机进给，直至料管1的端部插入锻造通孔3尾端的水平孔面5、料管1的中部插入锻造通孔3首端的缓冲孔面4时停止，锤模块2通过水平孔面5沿径向锻造料管1的端部、同时通过缓冲孔面4沿径向锻造料管1的中部，使得料管1端部沿水平孔面5的延伸方向变形、同时料管1的中部沿缓冲孔面4的倾斜方向变形，然后停止锻造，得到端部全部增厚的料管1；

重复旋压：继续将转台、料管1一同沿轴向朝挤压机进给，料管1的中部、尾部依次进行锻造，以使料管1的中部、尾部均得到部分增厚和全部增厚，以得到整体增厚的料管1，如图5所示；总的来说，通过一次、二次旋压的方式，将料管1先部分增厚再全部增厚，进一步细化了成型过程，分化了料管1成型时受到的瞬间旋锻力，每次锻打的变形区小，变形力小，换而言之，在旋压锻造过程中精确控制金属流动，旋压稳定高，使料管1的加工精度提高，优于传统的近净成形；

旋压步骤中还包括以下步骤：

抵挡：在一次旋压中料管1轴向进给时，将抵杆6向料管1方向轴向进给，在料管1停止轴向进给的同时抵杆6也停止轴向进给，料管1、抵杆6之间预留有横向的间距，并且，在一次旋压的锻造过程中，料管1受锻打而沿轴向进给、沿径向下沉，料管1在沿轴向进给时消除间距并与抵杆6相抵，也就是说，抵杆6抵挡了料管1的轴向进给，此时料管1只能沿径向下沉，以产生增加壁厚的作用；

在二次旋压、重复旋压中料管1轴向进给时，将抵杆6向料管1方向轴向进给，在料管1停止轴向进给的同时抵杆6也停止轴向进给，此时，料管1、抵杆6之间同样预留有横向的间距，并且，在二次旋压、重复旋压的锻造过程中，料管1同样受锻打而沿轴向进给、沿径向下沉，料管1在沿轴向进给时消除间距并与抵杆6相抵，也就是说，抵杆6抵挡了料管1的轴向进给，此时料管1只能沿径向下沉，以产生增加壁厚的作用；

使用旋压锻造的方法，有效压缩了料管1，使料管1的强度增大，并且由于本方法加工出的锚杆受力均匀壁厚均匀，壁厚增加即增大了锚杆的截面，很大程度上提高抗剪能力；

旋压步骤中，料管1始终保持周向旋转，以使锤模块2的锻造区域不重复，也就是说，料管1在锻造过程中始终保持周向旋转，以使锻造均匀，从而料管1变形均匀，以使料管1的圆度高和粗糙度低；

来料管、料管1均为无缝钢管，相比于传统的焊接钢管，降低费用，增加了生产效率。

实施例1

对异型螺纹中空注浆锚杆杆体采用的加工方法，将外径42.5mm、壁厚4mm的初始管，通过旋压锻造方法压制成外径26mm、壁厚7.5mm的锚杆，具体包括以下步骤：

(1)备料：对来料管进行剪切落料获得长度为42.5mm、管壁厚度为4mm的料管1；

(2)上料：使用自动上料机将料管1传送至送料机上，通过送料机输送将料管1送至高频感应加热设备中，在高频感应加热设备中将料管1加热至950℃，随后再通过送料机输送至挤压机中；

(3)旋转锻压：将料管1安装到挤压机的转台上，转台带动料管1周向旋转，再将转台、料管1一同沿轴向朝挤压机进给，以使料管1朝挤压机内的锻造机构进给，锻造机构以1分钟3600次的锻造次数将料管1在旋转过程中振动锻造，压制成外径26mm、壁厚7.5mm的锚杆，随后输送至辊轧机中；

具体的，旋压步骤中包括以下步骤：

一次旋压：将转台、料管1一同沿轴向朝挤压机进给，直至料管1的端部插入锻造通孔3首端的缓冲孔面4时停止，锤模块2通过缓冲孔面4沿径向锻造料管1的端部，使得料管1端部沿缓冲孔面4的倾斜方向变形；需要说明的是，在料管1停止轴向进给的同时抵杆6也停止轴向进给，料管1、抵杆6之间预留有横向的间距，并且，在一次旋压的锻造过程中，料管1受锻打而沿轴向进给、沿径向下沉，料管1在沿轴向进给时消除间距并与抵杆6相抵，也就是说，抵杆6抵挡了料管1的轴向进给，此时料管1只能沿径向下沉，以产生增加壁厚的作用，然后停止锻造，得到端部部分增厚的料管1；

二次旋压：再将转台、料管1一同沿轴向朝挤压机进给，直至料管1的端部插入锻造通孔3尾端的水平孔面5、料管1的中部插入锻造通孔3首端的缓冲孔面4时停止，锤模块2通过水平孔面5沿径向锻造料管1的端部、同时通过缓冲孔面4沿径向锻造料管1的中部，使得料管1端部沿水平孔面5的延伸方向变形、同时料管1的中部沿缓冲孔面4的倾斜方向变形，需要说明的是，在料管1停止轴向进给的同时抵杆6也停止轴向进给，此时，料管1、抵杆6之间同样预留有横向的间距，并且，在二次旋压的锻造过程中，料管1同样受锻打而沿轴向进给、沿径向下沉，料管1在沿轴向进给时消除间距并与抵杆6相抵，也就是说，二次旋压中，抵杆6抵挡了料管1后续的轴向进给，与抵杆6相抵后，料管1只能沿径向下沉，以产生增加壁厚的作用，然后停止锻造，得到端部全部增厚的料管1，此时，料管1端部的外径为26mm、壁厚为7.5mm；

重复旋压：继续将转台、料管1一同沿轴向朝挤压机进给，料管1的中部、尾部依次进行锻造，以使料管1的中部、尾部均得到部分增厚和全部增厚，以得到整体增厚的料管1，即料管1整体的外径为26mm、壁厚为7.5mm；需要说明的是，在重复旋压的锻造过程中，抵杆6也抵挡了料管1后续的轴向进给，过程、原理如上述一致，以产生增加壁厚的作用；

需要说明的是，横向间距的数值小于料管1径向下沉的数值，本实施例1中，料管1径向下沉的数值为5mm，横向间距的数值小于5mm；

(4)滚压：旋锻后的料管输送进滚压机，在料管外表面滚压出所需异形螺纹，形成锚杆杆体坯料。

(5)热处理：在辊轧机中热轧挤压出螺纹并冷却制成锚杆；

本实施例1中，挤压机具有设置于四个方位的锤模块2，四个方位的锤模块2内侧之间通过间距隔开，间距形成一个供料管1插入并与料管1保持水平的锻造通孔3，锻造通孔3包括：首端的缓冲孔面4、尾端的水平孔面5，四个锤模块2靠近料管1的一侧内壁均沿径向倾斜以形成缓冲孔面4，缓冲孔面4的直径按照由浅到深的顺序逐渐变小；

本实施例1中，抵杆6是同向延伸于锻造通孔3内的，抵杆6依次穿过水平孔面5、缓冲孔面4；本实施例1的旋压步骤中，料管1始终保持周向旋转，以使锤模块2的锻造区域不重复。

仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种异型螺纹中空注浆锚杆杆体加工方法，其特征在于：所述加工方法按照以下步骤依次进行：

(1)备料：料管为焊接钢管，料管外径为φ35～φ45mm、管壁厚度为3～5mm、长度根据锚杆杆体长度选择；

(2)上料：使用自动上料机将料管传送至送料机上，通过送料机的输送将料管送至高频感应加热设备中，将料管加热至800-1100℃，随后再通过送料机输送至旋锻机中；

(3)旋转锻压：通过送料机输送将加热后料管送至旋锻机中，通过锤模环绕料管旋转的同时，向料管轴心施加高频率的径向力，对料管进行锻打，使其直径减小、壁厚增加；

(4)滚压：旋锻后的料管输送进滚压机，在料管外表面滚压出所需异形螺纹，形成锚杆杆体坯料；

(5)热处理：对锚杆杆体进行热处理。

2.根据权利要求1所述的一种异型螺纹中空注浆锚杆杆体加工方法，其特征在于：所述旋锻机具有设置于四个方位的锤模块，四个方位的锤模块内侧之间通过间距隔开，间距形成一个供料管插入并与料管保持水平的锻造通孔，锻造通孔包括：首端的缓冲孔面、尾端的水平孔面。

3.根据权利要求2所述的一种异型螺纹中空注浆锚杆杆体加工方法，其特征在于：所述锻造通孔内沿具有与其同向延伸的抵杆，抵杆依次穿过水平孔面、缓冲孔面。

4.根据权利要求2所述的一种异型螺纹中空注浆锚杆杆体加工方法，其特征在于：

四个所述锤模块靠近料管的一侧内壁均沿径向倾斜以形成缓冲孔面，所述缓冲孔面的直径按照由浅到深的顺序逐渐变小。

5.根据权利要求1所述的一种异型螺纹中空注浆锚杆杆体加工方法，其特征在于：

所述旋压步骤中包括以下步骤：

一次旋压：将转台、料管一同沿轴向朝挤压机进给，直至料管的端部插入锻造通孔首端的缓冲孔面时停止，锤模块通过缓冲孔面沿径向锻造料管的端部，使得料管端部沿缓冲孔面的倾斜方向变形，然后停止锻造，得到端部部分增厚的料管；

二次旋压：再将转台、料管一同沿轴向朝挤压机进给，直至料管的端部插入锻造通孔尾端的水平孔面、料管的中部插入锻造通孔首端的缓冲孔面时停止，锤模块通过水平孔面沿径向锻造料管的端部、同时通过缓冲孔面沿径向锻造料管的中部，使得料管端部沿水平孔面的延伸方向变形、同时料管的中部沿缓冲孔面的倾斜方向变形，然后停止锻造，得到端部全部增厚的料管；

重复旋压：继续将转台、料管一同沿轴向朝挤压机进给，料管的中部、尾部依次进行锻造，以使料管的中部、尾部均得到部分增厚和全部增厚，以得到整体增厚的料管。

6.根据权利要求5所述的一种异型螺纹中空注浆锚杆杆体加工方法，其特征在于：所述旋压步骤中，料管始终保持周向旋转，以使锤模块的锻造区域不重复。

7.根据权利要求5所述的一种异型螺纹中空注浆锚杆杆体加工方法，其特征在于：所述旋压步骤中还包括以下步骤：

抵挡：在一次旋压中料管轴向进给时，将抵杆向料管方向轴向进给，在料管停止轴向进给的同时抵杆也停止轴向进给，料管、抵杆之间预留有横向的间距，并且，在一次旋压的锻造过程中，料管受锻打而沿轴向进给、沿径向下沉，料管在沿轴向进给时消除间距并与抵杆相抵；

在二次旋压、重复旋压中料管轴向进给时，将抵杆向料管方向轴向进给，在料管停止轴向进给的同时抵杆也停止轴向进给，此时，料管、抵杆之间同样预留有横向的间距，并且，在二次旋压、重复旋压的锻造过程中，料管同样受锻打而沿轴向进给、沿径向下沉，料管在沿轴向进给时消除间距并与抵杆相抵。

8.根据权利要求1所述的一种异型螺纹中空注浆锚杆杆体加工方法，其特征在于：所述料管为无缝钢管。

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