CN220073135U - 一种用于高强度中空锚杆的成型工装 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于高强度中空锚杆的成型工装，包括三轴滚丝机的调试工装、校直装置和冷却喷淋装置，其中：三轴滚丝机的调试工装由实心棒料加工制成，包括夹持段和观测段，所述调试工装剖切为第一滑块、第二滑块和第三滑块；所述喷淋冷却装置和校直装置通过连接圈组装在一起。利用本实用新型的成型工装生产中空锚杆杆体，使用壁厚较小的焊管原材料代替传统无缝钢管，生产出的杆体力学性能达到标准要求，相较于传统的生产方式，减少了能源浪费，降低了生产成本。

Description

一种用于高强度中空锚杆的成型工装

技术领域

本实用新型涉及一种用于高强度中空锚杆的成型工装。

背景技术

因中空锚杆能够从杆体内孔加压注浆，其注浆效果优于普通螺纹钢锚杆，可以有效控制围岩变形，是公路、铁路隧道建造的关键支护部件，已在国内外隧道、煤矿、金属矿山支护等领域广泛使用。目前，国内基本使用滚丝机设备来生产预应力中空锚杆，滚丝机能在其滚压力范围内对工件表面进行螺纹、直纹、斜纹滚压等处理，已经广泛的用于加工具有精密外螺纹的产品。

我国现行标准“TB/T 3356-2021铁路隧道锚杆”对中空锚杆的抗拉能力和延伸率等力学性能都提出了较高的要求，以直径25的预应力中空锚杆为例，杆体最大力≥200kN，最大力总延伸率≥5％，锚杆外径内孔直径≥13毫米。

目前，国内基本使用滚丝机设备来生产预应力中空锚杆，滚丝机包括三个滚丝模具，在正常生产过程中三个滚丝模具轴向螺纹牙形位置需调齐，否则会导致滚压出的杆体出现乱牙现象或者是牙形未对齐，出现残次品，影响杆体内径，难以满足现有的铁路标准中的外形尺寸要求，所以滚丝模具轴向位置对齐是关键。按照现有的锚杆的生产方式，要满足铁路标准中的尺寸和强度要求，首先需要将滚丝机滚丝模具轴向位置调齐，其次必须对材料进行热处理或增加原材料壁厚，所以传统中空锚杆生产工艺存在以下弊端：

1.目前多采用如下方法来调试三轴滚丝机的滚丝模具，首先通过三轴滚丝机滚压出产品，如果产品牙形不规范，再对三个滚丝模具轴向位置进行调整，因为没有一个定量的工具来反映各个滚丝模具轴向位置的偏离程度，导致调试时随机性较大，浪费了大量的时间。其次，滚丝模具轴向位置一般需要多次调整，使用以上方法来调整模具的轴向位置，会造成原材料的浪费。

2.为满足铁标要求，对中空杆体进行热处理，由于中空锚杆是细长杆，外表面是大螺距波形螺纹，外形截面不规则，所产生内应力相对明显，在热处理过程中，杆体非常容易在热处理淬火后弯曲变形。

3.采用较厚的钢管作为热轧原材料，此种方式生产的锚杆虽然满足了铁路标准中所规定的力学性能，却因内部空间的减小，使得由中空锚杆内部注浆变的困难，增加壁厚的同时也增加了生产制造成本，更难以满足我国现行标准规定的内孔直径。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺点，本实用新型提出了一种用于高强度中空锚杆的成型工装。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于高强度中空锚杆的成型工装，包括三轴滚丝机的调试工装、校直装置和冷却喷淋装置，其中：三轴滚丝机的调试工装由实心棒料加工制成，包括夹持段和观测段，所述调试工装剖切为第一滑块、第二滑块和第三滑块；所述喷淋冷却装置和校直装置通过连接圈组装在一起。

进一步地，所述喷淋冷却装置与连接圈通过焊接相连。

进一步地，所述校直装置表面加工有公制螺纹，与加工有内螺纹的连接圈相配合。

进一步地，所述校直装置的校直筒一端开口大，另一端开口小，内部形成楔形孔。

进一步地，在夹持段表面加工有用于配合滚丝模具表面的螺纹。

进一步地，所述观测段的直径小于夹持段螺纹牙底直径。

进一步地，第一滑块和第二滑块为对称设置的燕尾形滑块。

进一步地，第三滑块的小端弧度为10°至20°，大端弧度为90°。

与现有技术相比，本实用新型的积极效果是：

采用本实用新型的成型工装生产中空锚杆杆体，可以使用壁厚较小的焊管原材料代替传统无缝钢管，生产出的杆体力学性能达到标准要求，相较于传统的生产方式，减少了能源浪费，降低了生产成本。具体优点如下：

(1)使用薄壁厚低碳钢焊管代替传统热轧无缝钢管，生产出的杆体性能符合TB/T3356-2021标准，降低了生产成本；

(2)采用本实用新型的校直工装，可以将校直工序提前到热轧成型工序之后，使杆体一次成型，减少杆体的形变；

(3)利用本实用新型的成型工装可以采用自回火工艺生产中空锚杆杆体，解决超长杆体热处理难题，实现了超长杆体的连续热处理；

(4)采用连续喷淋降温装置，将冷却介质均匀喷淋至杆体表面，减少锚杆在淬火过程中出现的变形；

(5)本实用新型采用新型的调试工装对滚丝模具进行调试，相较于传统调试方法，减小了开机对模调整次数，提高了调试滚丝模具的效率，调试工装可以反复使用，避免了原材料浪费。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为调试工装的结构示意图；

图2为调试工装的剖切示意图；

图3为调试时滚丝模具与调试工装的空间位置示意图；

图4为滚丝模具与调试工装首次完全接触时的状态示意图；

图5为滚丝模具与调试工装经过调试后完全接触时的状态示意图；

图6为校直装置的结构示意图；

图7为图6的A-A剖视图；

图8为喷淋冷却装置的结构示意图；

图9为图8的A-A剖视图；

图10为连接圈的结构示意图；

图11为校直与喷淋冷却装置的组装图；

图中主要附图标记包括：

1.第一滚丝模具(固定)，2.第三滚丝模具(活动)，3.第一滑块，4.第三滑块，5.第二滑块，6.第二滚丝模具(固定)，7.第一滑块和第三滑块的位移偏差量，8.第二滑块和第三滑块的位移偏差量，9.第三滚丝模具端面位置，10.夹持段，11.观测段，20.校直装置，30.喷淋冷却装置，40.连接圈，50.焊缝。

具体实施方式

本实用新型涉及的材料和装置包括：低碳钢焊管、自动上料机、中频加热装置、三轴滚丝机及其调试工装、校直装置、冷却喷淋装置和旋转带料架等，其中：

一、本实用新型涉及的三轴滚丝机的调试工装

如图1所示，本实用新型的调试工装由实心棒料加工制造而成，根据其功能，调试工装分为两段，第一段为夹持段10，在该段表面加工了螺纹(工装表面的形状由需要调试的滚丝模具决定)，用于配合滚丝模具表面的螺纹，第二段为观测段11，该段的直径需要小于夹持段螺纹牙底直径，避免了滚丝模具对观测段造成损伤，设计观测段是为了更方便的测量滑块偏移后的位移。

如图2所示，所述调试工装采用线切割机剖切为三个滑块：第一滑块3、第三滑块4和第二滑块5，其中，第一滑块3和第二滑块5为对称设置的燕尾形滑块，第三滑块4的小端弧度为10°至20°，大端弧度为90°。第一滑块3与第三滑块4、以及第二滑块5与第三滑块4之间的切割线设计成燕尾形的目的是限制滑块垂直于轴向的位移，防止滑块在调试工装横向放置时掉落，每个滑块对应一个滚丝模具，滑块表面在受到滚丝模具的作用力时可以进行轴向位移。

调试方法如下：

本实用新型使用的三个滚丝模具在空间上对称分布，调试工装与滚丝模具的初始位置如图3所示。滚丝模具的调试方法如下，首先对三个滚丝模具的轴向位置进行调整，使得三个滚丝模具的轴向位置偏差较小，随后手动调整将调试工装的第一滑块3和第二滑块5表面的螺纹牙形分别与两个固定的滚丝模具(第一滚丝模具1和第二滚丝模具6)表面的螺纹牙形对齐，由于手工施加的力较小，固定滚丝模具与滑块之间存在空隙，随后通过液压机操纵活动的第三滚丝模具2向工装移动，通过手动改变第三滑块4的轴向位置，避免活动的第三滚丝模具2的螺纹牙顶与工装的第三滑块4的螺纹牙顶接触，因为这会导致第三滑块无法轴向移动，三个滚丝模具与调试工装接触的过程中，会给与之接触的滑块施加轴向力，使得滑块轴向运动，直到三个滚丝模具表面的螺纹与滑块表面的螺纹完全对齐，三个滑块轴向位置的偏差也就代表了三个滚丝模具在轴向位置上的偏差。

图4为三个滚丝模具与调试工装接触时的状态，滚丝模具和调试工装接触后，三个滑块均发生了轴向位移，说明三个滚丝模具的轴向位置未对齐，对滚丝模具的轴向位置进行调整时，可以将其中一个滚丝模具端面位置看做基准，如果以活动的第三滚丝模具2的端面位置9为基准，并测量出第一滑块3和第三滑块4之间的轴向距离7，因为第一滑块3和第三滑块4之间的轴向距离也就是第一滚丝模具1和第三滚丝模具2的距离，所以将第一滚丝模具1往右边移动相同的距离，即可以将第一滚丝模具1和第三滚丝模具2的轴向位置对齐，同理，测量出第二滑块5和第三滑块4之间的轴向距离8，将第二滚丝模具6往左边移动相同的距离，即可以将第二滚丝模具6和第三滚丝模具2的轴向位置对齐。

在对三个滚丝模具的轴向位置进行调整后，重新将三个滚丝模具与调试工装接触，接触后的状态如图5所示，第一滑块3、第二滑块5和第三滑块4均未发生轴向位移，说明两个固定的滚丝模具(第一滚丝模具1和第二滚丝模具6)与活动的第三滚丝模具2的轴向位置是对齐的，三个滚丝模具的轴向位置已经调整完毕。

二、本实用新型涉及的校直装置和喷淋冷却装置

如图6和图7所示，本实用新型的校直装置20表面加工有公制螺纹21，内部加工楔形孔22，校直筒23一端开口较大，锚杆杆体加工时，可以保证摆动的锚杆杆体平顺的进入校直筒；校直筒一端开口变小，使得进入筒内的杆体被校直，杆体摆动幅度也随之减小。

由于中空杆体非常容易在热处理过程中弯曲变形，特别是冷却液不均匀的喷淋在杆体上时，本实用新型设计了一种连续喷淋装置，该喷淋冷却装置结构如图8和图9所示，在喷淋冷却装置30周向上均匀加工相同直径的小孔31，每个轴向上分布的小孔之间的间距相同，保证了喷淋装置喷出冷却液的均匀性。

校直装置20表面加工有公制螺纹，可以与加工有内螺纹41的连接圈40相配合，连接圈40的结构如图10所示。校直与喷淋冷却装置的组装如图11所示，连接圈40与喷淋冷却装置30通过焊接相连(在连接圈40和喷淋冷却装置30之间形成焊缝50)，这样便可以将校直装置20与喷淋冷却装置30组装在一起，在整个组装完成的喷淋装置上添加一个喷淋外套，并接上入水口，便可以完成外部冷却液注入，实现连续喷淋的功能。该装置在淬火过程中将恒温的冷却介质均匀喷淋至杆体表面，使杆体快速降温，淬火组织均匀，减少锚杆在淬火过程中因淬火组织不均匀而出现的变形。

本实用新型的校直装置20放置于紧挨滚丝模具出口处，由于热轧后材料具有较好的变形能力，所以杆体热轧成型后便可以将杆体快速校直，校正杆体在螺纹轧制过程中出现的变形；其次，校直装置20与喷淋冷却装置30连接为一体，具有较好的对中度，校直装置20也保证了锚杆杆体从喷淋冷却装置30的中心通过，进一步地使得锚杆杆体达到了较好的淬火条件。此外，本实用新型设计的校直装置20和喷淋冷却装置30通过螺纹连接配合，当校直装置出现磨损时，更加便于更换。

三、利用本实用新型的中空锚杆焊管连续热轧成型工装的生产工艺

将低碳钢焊管通过自动上料机无间隙进料，经过中频加热装置感应加热至变形温度，通过三轴滚丝机(采用本实用新型的调试工装对三个滚丝模具的轴向位置进行快速精确的调整后)热轧出标准的波形螺纹，经过校直引导装置后采用方舟冷却喷淋系统进行喷淋热处理，将杆体表面温度降低，最后经旋转带料架带出后空冷，即可生产出高强度的中空锚杆。

传统的锚杆杆体加工工艺流程分为两种路线：

第一种路线为：先上料，再通过感应加热装置使得杆体加热，通过滚丝设备加工锚杆杆体表面螺纹，随后锚杆杆体冷却至室温，最后生产出成品。虽然使用这种方式生产中空锚杆不需要进行热处理，但是原材料的壁厚会增加，从而增加了生产制造成本；此外，这种工艺路线，原材料大多使用无缝钢管，进一步增加了生产制造成本。

第二种路线为：先上料，再通过感应加热装置使得杆体加热，通过滚丝设备加工锚杆杆体表面螺纹，随后通过冷却液将锚杆杆体快速冷却至室温，再通过传统的回火方式进行杆体回火，最后生产出成品。虽然使用这种方式生产的中空锚杆，在壁厚较小的情况下杆体性能也能达到标准要求，但是回火工序又会增加能源的浪费。

本实用新型的成型工装可以用于锚杆杆体自回火工艺，其工艺流程包括：先上料，再通过感应加热装置使得杆体加热，通过滚丝设备加工锚杆杆体表面螺纹，通过校直装置快速校直，随后通过冷却液将锚杆杆体快速冷却至设定温度，杆体在室温便可以进行自回火，最后生产出成品。

本实用新型的具体创新点如下：

1.采用本实用新型的成型工装后，可以使用低碳钢焊管代替传统热轧无缝钢管，生产出的杆体性能符合TB/T3356-2021标准，降低了生产成本；

2.将低碳钢焊管壁厚减少，生产出的杆体性能符合TB/T3356-2021标准，减少了原材料钢材的使用，降低了生产成本；

3.采用本实用新型的成型工装后，可以将校直工序提前到热轧成型工序之后，利用热轧后材料较好的变形能力，以便在旋转过程中快速的校直，校正杆体在螺纹轧制过程中出现的变形；

4.为解决中空杆体非常容易在热处理过程中弯曲变形的问题，设计了一种连续喷淋的降温装置，该装置在淬火过程中将恒温的冷却介质均匀喷淋至杆体表面，使杆体快速降温，淬火组织均匀，减少锚杆在淬火过程中因淬火组织不均匀而出现的变形；

5.采用本实用新型的成型工装后，可以在锚杆生产中引入自回火热处理技术，锚杆杆体在淬火介质中迅速冷却时，由于杆体具有一定厚度，因此在淬火过程中锚杆表面温度迅速降低，而心部温度仍然较高，表面和心部存在着温度差，利用锚杆心部的余热，将杆体表面淬硬部分材料温度升高，在常温下即可进行回火处理；

6.采用本实用新型的滚丝模具调试工装相较于传统调试方法，减小了开机对模调整次数，提高了调试滚丝模具的效率，调试工装可以反复使用，避免了原材料浪费。

Claims (8)

1.一种用于高强度中空锚杆的成型工装，其特征在于：包括三轴滚丝机的调试工装、校直装置和冷却喷淋装置，其中：三轴滚丝机的调试工装由实心棒料加工制成，包括夹持段和观测段，所述调试工装剖切为第一滑块、第二滑块和第三滑块；所述喷淋冷却装置和校直装置通过连接圈组装在一起。

2.根据权利要求1所述的一种用于高强度中空锚杆的成型工装，其特征在于：所述喷淋冷却装置与连接圈通过焊接相连。

3.根据权利要求1所述的一种用于高强度中空锚杆的成型工装，其特征在于：所述校直装置表面加工有公制螺纹，与加工有内螺纹的连接圈相配合。

4.根据权利要求1所述的一种用于高强度中空锚杆的成型工装，其特征在于：所述校直装置的校直筒一端开口大，另一端开口小，内部形成楔形孔。

5.根据权利要求1所述的一种用于高强度中空锚杆的成型工装，其特征在于：在夹持段表面加工有用于配合滚丝模具表面的螺纹。

6.根据权利要求1所述的一种用于高强度中空锚杆的成型工装，其特征在于：所述观测段的直径小于夹持段螺纹牙底直径。

7.根据权利要求1所述的一种用于高强度中空锚杆的成型工装，其特征在于：第一滑块和第二滑块为对称设置的燕尾形滑块。

8.根据权利要求1所述的一种用于高强度中空锚杆的成型工装，其特征在于：第三滑块的小端弧度为10°至20°，大端弧度为90°。