RU2060853C1

RU2060853C1 - Method of making joining member with inner helical relief

Info

Publication number: RU2060853C1
Authority: RU
Inventors: А.С. Натапов; А.В. Ивченко; В.Г. Сова; М.Б. Ткач
Original assignee: Натапов Аркадий Соломонович
Priority date: 1991-06-27
Filing date: 1991-06-27
Publication date: 1996-05-27

Abstract

FIELD: metal pressure forming, manufacturing of couplings and nuts with helical relief for mounting of reiforcement rods. SUBSTANCE: method comprises steps of heating a hollow blank up to a hot deformation temperature and placing it in a holding device; embracing the blank along its lateral surface; introducing a rotary mandrel into a cavity of the blank, the mandrel having a shaping relief; performing formation of a helical groove by preliminary and final extrusion stages; terminating the extrusion process at a predetermined temperature and slightly cooling the relief; performing a light cooling of the helical relief in air and performing an intensive cooling of the relief by water, in the last case realizing the tempering of the member. EFFECT: enhanced mechanical properties of the member. 4 cl, 9 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к производству строительных материалов и обработке металлов давлением и может быть использовано при производстве соединительных муфт и гаек для монтажа арматурной стали с винтовым профилем в процессе изготовления железобетонных изделий и конструкций. The invention relates to the production of building materials and metal forming and can be used in the manufacture of couplings and nuts for mounting reinforcing steel with a helical profile in the manufacturing process of reinforced concrete products and structures.

Известен способ получения внутренней резьбы методом пластической деформации, а именно накатыванием роликовыми головками. A known method of obtaining internal threads by the method of plastic deformation, namely rolling by roller heads.

Этот способ имеет следующие недостатки: длительный процесс получения резьбы не дает возможности повысить производительность труда; для изготовления указанного инструмента расходуются высококачественные инструментальные стали; сравнительно сложная наладка на каждый шипоразмер нарезаемой резьбы; накатка и выдавливание резьбы в конструкционных сталях затруднительна ввиду высоких механических свойств этих сталей. This method has the following disadvantages: the lengthy process of obtaining threads does not make it possible to increase labor productivity; for the manufacture of the specified tool consumes high quality tool steels; Comparatively difficult setup for each tenon size of the cut thread; rolling and extrusion of threads in structural steels is difficult due to the high mechanical properties of these steels.

Известен способ получения внутренней резьбы пластическим деформированием, включающий нагрев заготовки с отверстием, диаметр которого больше наружного диаметра получаемой резьбы, и объемное обжатие на инструменте, который затем извлекают из заготовки свинчиванием. A known method of producing internal threads by plastic deformation, including heating the workpiece with a hole whose diameter is larger than the outer diameter of the resulting thread, and volumetric compression on the tool, which is then removed from the workpiece by screwing.

Недостатками этого способа являются низкая токсичность получаемой резьбы, обусловленная штамповкой при высокой температуре; низкое качество поверхности резьбы, обусловленное окалинообразованием при температурах штамповки; невысокая прочность резьбы, обусловленная наличием поверхностного дефектного слоя, образовавшегося вследствие его обезуглероживания при высоких температурах. The disadvantages of this method are the low toxicity of the resulting thread, due to stamping at high temperature; low quality of the thread surface due to scale formation at stamping temperatures; low thread strength due to the presence of a surface defective layer formed due to its decarburization at high temperatures.

Известен способ получения внутренних резьб, включающий штамповку заготовки с размерами, обеспечивающими необходимый объем металла для заполнения резьбы, и внутренним отверстием с диаметром, большим наружного диаметра режущего участка инструмента, нагрев заготовки до температуры обработки, установку ее в устройстве, подачу инструмента в отверстие заготовки, формирование резьбы на формирующем участке инструмента путем деформирования заготовки прессом в штампе, вывинчивание инструмента с прохождением по резьбе режущего участка для удаления дефектного слоя металла (обезуглероженного). A known method of producing internal threads, including stamping a workpiece with dimensions that provide the necessary volume of metal to fill the thread, and an internal hole with a diameter larger than the outer diameter of the cutting section of the tool, heating the workpiece to the processing temperature, installing it in the device, feeding the tool into the workpiece hole, the formation of threads on the forming section of the tool by deforming the workpiece by the press in the stamp, unscrewing the tool with the passage through the thread of the cutting section for impact dementia of a defective metal layer (decarburized).

Недостатком этого способа является большая трудоемкость и нетехнологичность процесса, а также невозможность направленного воздействия на структуру изделий непосредственно после его изготовления. The disadvantage of this method is the high complexity and low technological process, as well as the impossibility of a directed effect on the structure of products immediately after its manufacture.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ горячего выдавливания, включающий нагрев полой заготовки до температуры горячей деформации, введение в полость заготовки в зафиксированном положении оправки с формообразующим рельефом, установленной с возможностью вращения и выдавливания внутреннего рельефа на заготовке при размещении последней в охватывающем ее по боковой поверхности устройстве, при котором выдавливание внутреннего рельефа осуществляют при различной величине зазора между поверхностями удерживающего устройства и заготовки в средней и торцовых участках последней. The closest in technical essence to the proposed one is a method of hot extrusion, including heating a hollow preform to a hot deformation temperature, introducing into the cavity of the preform in a fixed position a mandrel with a shaping relief, installed with the possibility of rotation and extrusion of the inner relief on the workpiece when placing the latter in its covering the side surface of the device, in which the extrusion of the inner relief is carried out at different sizes of the gap between the surfaces neighing device and workpiece in the middle and end sections of the latter.

Недостатком этого способа является отсутствие технологических параметров процесса, способствующих формированию структурного состояния основного металла соединительного элемента, а также металла внутреннего винтового рельефа, повышающего эксплуатационную надежность соединительного элемента. При низкой температуре нагрева заготовки (600-800^оС) формирование внутреннего рельефа затруднено, а структура характеризуется высокой степенью напряженности, что может привести к хрупкому разрушению соединительного элемента в процессе эксплуатации. При высокой температуре нагрева заготовки (свыше 1150-1200^оС) происходит рост зерна металла до размеров, вызывающих охрупчивание в процессе эксплуатации.The disadvantage of this method is the lack of technological process parameters that contribute to the formation of the structural state of the base metal of the connecting element, as well as the metal of the internal helical relief, which increases the operational reliability of the connecting element. At low temperatures, heating the preform (600-800 ^C) forming the inner difficult terrain, and the structure is characterized by a high degree of tension that may lead to brittle fracture of the connecting member during operation. At a high heating temperature of the billet (over 1150-1200 ^о С), the metal grain grows to sizes that cause embrittlement during operation.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности путем увеличения статической и усталостной прочности. The aim of the invention is to increase operational reliability by increasing the static and fatigue strength.

Цель достигается тем, что в предлагаемом способе изготовления соединительных элементов с внутренним винтовым рельефом, включающим нагрев полой заготовки до температуры горячей деформации, введение в полость заготовки вращающейся оправки с формообразующим рельефом, выдавливание спиральной канавки на заготовке при размещении последней в охватывающем по ее боковой поверхности устройстве и охлаждение, заготовку нагревают до температуры, соответствующей точке структурных превращений обрабатываемой стали А_сз + (100-250^оС) со скоростью 3-10^оС/с, формирование спиральной канавки осуществляют путем предварительного и чистового выдавливания, последнее из которых завершают при температуре А_r3 + (25-100)^оС, после чего предварительно подстуживают винтовой рельеф и производят охлаждение всего элемента. При этом при подстуживании рельефа до температуры A_r3± 20 элемента охлаждают на воздухе, а при подстуживании рельефа до температуры A_r3 -(25-150)^оС элемент охлаждают водой. После охлаждения элемента водой его дополнительно подвергают отпуску при температуре 300-500^оС.The goal is achieved in that in the proposed method for the manufacture of connecting elements with an internal screw relief, including heating the hollow billet to the hot deformation temperature, introducing into the cavity of the billet a rotating mandrel with a shaping relief, extruding the spiral groove on the billet when placing the latter in a device covering its lateral surface and cooling the preform is heated to a temperature corresponding to the point of structural transformations treated steel A _sz + (100-250 ° ^C) at a speed of 3-10 C / s, the formation of the helical groove is performed by pre-finishing and extrusion, the latter of which is completed at a temperature of A + _r 3 (25-100) ^C, after which pre podstuzhivayut helical relief and produce cooling the entire element. In this case, when the relief is cooled to a temperature A _r3 ± 20, the elements are cooled in air, and when the relief is cooled to a temperature A _r3 - (25-150) ^о С, the element is cooled by water. After water cooling element it is further subjected to tempering at 300-500 ° ^C.

Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемый способ позволяет изготавливать соединительный элемент с различной структурой, строго регламентированной по сечению и отвечающей условиям его эксплуатации. The essence of the invention lies in the fact that the proposed method allows the manufacture of a connecting element with a different structure, strictly regulated by section and corresponding to the conditions of its operation.

Необходимость формирования различной структуры по сечению изделия обусловлена конструктивными особенностями соединительного элемента, характером воспринимаемых нагрузок и температурным режимом эксплуатации. Известно, что наличие спиральной канавки на внутренней поверхности соединительного элемента, служащей для навинчивания его на винтовые выступы стыкуемых арматурных стеpжней, приводит к снижению живого сечения (площади поперечного сечения, воспринимающего нагрузку) и созданию дополнительного напряженного состояния материала, т. е. спиральная канавка (резьба) является естественным фактором (надрезом), повышающим концентрацию напряжений, что в реальных условиях эксплуатации при наличии сопутствующих факторов (динамических нагрузок и пониженных температур) может приводить к разрушению соединительных элементов. Нивелирование отрицательного воздействия спиральной канавки (резьбы) на внутренней поверхности соединительного элемента на его конструктивную прочность достигается путем формирования различной структуры в материале корпуса соединительного элемента, определяет его статическую прочность, а структура по периметру спиральной канавки определяет его усталостную прочность. The need to form a different structure over the cross section of the product is due to the design features of the connecting element, the nature of the perceived loads and the temperature regime of operation. It is known that the presence of a spiral groove on the inner surface of the connecting element, which serves to screw it onto the screw protrusions of the joined reinforcing rods, leads to a decrease in the living cross section (the cross-sectional area that receives the load) and the creation of an additional stress state of the material, i.e., a spiral groove ( thread) is a natural factor (notch) that increases the stress concentration, which in real conditions of use in the presence of related factors (dynamic loads and izhennyh temperature) may lead to the destruction of the connecting elements. Leveling the negative effect of a spiral groove (thread) on the inner surface of the connecting element on its structural strength is achieved by forming a different structure in the material of the body of the connecting element, determines its static strength, and the structure around the perimeter of the spiral groove determines its fatigue strength.

Увеличение статической прочности достигается путем формирования в материале корпуса соединительного элемента феррито-пермитной структуры (балл зерна 4-7) или структуры троостита. При этом соединительные элементы с феррито-пермитной структурой используются без дополнительной обработки для стыкования стержней винтовой арматуры класса прочности А-III и А-IV, со структурой троостита после дополнительного охлаждения водой и отпуска для стыкования арматуры класса прочности А-V и А-VI (возможно А-VII). An increase in static strength is achieved by forming a ferrite-permite structure (grain score 4–7) or troostite structure in the body material of the case. In this case, connecting elements with a ferrite-permite structure are used without additional processing for joining the rods of screw fittings of strength class A-III and A-IV, with a troostite structure after additional cooling with water and tempering for joining fittings of strength class A-V and A-VI ( possibly A-VII).

Формирование указанных структур по сечению соединительного элемента достигается за счет параметров технологического процесса их изготовления, т.е. отличительных признаков способа. Так, температура нагрева заготовки, а также скорость нагрева, ответственны за величину зерен в корпусе соединительного элемента. Температура нагрева до точки А_С3 + 100^оС является минимальной для изготовления элементов из низкоуглеродистых сталей (марки сталь 10-20), так как процесс изготовления проходит с понижением температуры и по его завершению необходимо иметь достаточный запас тепла для последующих операций. Температура нагрева до точки А_с3 + 250^оС является максимальной для нагрева заготовок из среднеуглеродистых сталей (сталь 45-65). Кроме того, эти температуры выбираются из необходимости устранения полосчатости структуры при использовании в качестве заготовки холоднодеформированной трубы конструкционных сталей.The formation of these structures along the cross section of the connecting element is achieved due to the parameters of the technological process of their manufacture, i.e. distinctive features of the method. So, the heating temperature of the workpiece, as well as the heating rate, are responsible for the grain size in the housing of the connecting element. The heating temperature to point A _С3 + 100 ^о С is the minimum for the manufacture of elements from low-carbon steels (steel grades 10-20), since the manufacturing process takes place with decreasing temperature and upon completion it is necessary to have a sufficient heat supply for subsequent operations. The heating temperature to point A _c3 + 250 ^° C is the maximum for heating workpieces of medium-carbon steels (steel 45-65). In addition, these temperatures are selected from the need to eliminate the banding of the structure when structural steels are used as a cold-formed pipe billet.

Скорость нагрева выбирается из необходимости уменьшить потери в окалину, а также исключить возможность роста зерен аустенита при нагреве заготовок. Так, заготовки из низкоуглеродистых сталей, температура нагрева которых составляет А_с3 + (100-150)^оС, нагревают со скоростью 3-5^оС/c, а заготовки из среднеуглеродистых сталей, температура нагрева которых составляет А_с3 + (200-250)^оС, нагревают со скоростью 5-10^оС/с. Эти параметры обеспечивают получение в материале корпуса соединительного элемента феррито-перлитной структуры (балл зерна 4-7) при их охлаждении на воздухе по окончании процесса изготовления. Для получения более высоких прочностных свойств соединительного элемента его необходимо подвергнуть охлаждению в воде (закалке) по окончании формирования спиральной канавки.The heating rate is selected from the need to reduce losses in the scale, and also to exclude the possibility of growth of austenite grains when heating the workpieces. Thus, preforms of low-carbon steels, the heating temperature of which is A _s3 + (100-150) ^о С, are heated at a speed of 3-5 ^о С / s, and preforms of medium-carbon steels, the heating temperature of which is A _s3 + (200-250 ) ^о С, heated at a speed of 5-10 ^о С / s. These parameters ensure that the ferrite-pearlite structure (grain score 4-7) is obtained in the case material of the case material when they are cooled in air at the end of the manufacturing process. To obtain higher strength properties of the connecting element, it must be subjected to cooling in water (quenching) at the end of the formation of the spiral groove.

Соединительные элементы, охлажденные в воде, подвергаются дополнительному отпуску. Отпуск при температуре 300-350^оС применяется для низкоуглеродистых конструкционных сталей (сталь 10-20), при температуре 450-500^оС для среднеуглеродистых (сталь 50-65).Connectors chilled in water are subject to additional tempering. Tempering at a temperature of 300-350 ^{° C} is applied to low-carbon structural steels (Steel 10-20), at a temperature of 450-500 ^C for of medium (Steel 50-65).

Такая обработка позволяет получать в корпусе элемента структуру трооста, повышающую их статическую прочность. Such processing allows to obtain a structure of a cane in the element’s casing, increasing their static strength.

Увеличение усталостной прочности (предела выносливости) достигается путем измельчения феррито-пермитной структуры по периметру спиральной канавки. При этом проявляется эффект барьерного действия мелких зерен. Формирование измельченной структуры происходит за счет пластического деформирования металла (выдавливание) в аустенитном состоянии. При этом процесс выдавливания осуществляется в две стадии предварительное и чистовое. Предварительное выдавливание осуществляется двумя-пятью давящими элементами, с нарастающей степенью деформации (увеличение геометрических размеров давящих выступов). An increase in fatigue strength (endurance limit) is achieved by grinding the ferrite-permite structure along the perimeter of the spiral groove. In this case, the effect of the barrier action of small grains is manifested. The formation of the crushed structure occurs due to plastic deformation of the metal (extrusion) in the austenitic state. In this case, the extrusion process is carried out in two stages, preliminary and finishing. Preliminary extrusion is carried out by two to five pressing elements, with an increasing degree of deformation (an increase in the geometric dimensions of the pressing protrusions).

Чистовое выдавливание осуществляется одним давящим элементом при обратном ходе (вывинчивании) оправки. Необходимость чистового выдавливания обусловлена стремлением сохранения мелкозернистой структуры по периметру спиральной канавки (балл 8-10), так как осуществляется при более низкой температуре, при этом интенсивный рост аустенитного зерна конструкционных сталей не происходит. Температура завершения чистового выдавливания A_r3 + 25^оС предназначена для низкоуглеродистой стали марки сталь 10, температура A_r3 + 100^оС для среднеуглеродистой стали марки сталь 65. Для фиксирования измельченной структуры в готовом изделии необходимо, чтобы перед его охлаждением температура спиральной канавки была ниже, чем температура в центре стенки на определенную величину. При подстуживании спиральной канавки до температуры A_r3 20^оС, последующее охлаждение всего элемента осуществляется на воздухе. Это позволяет получить измельченную феррито-перлитную структуру в слое толщиной 0,25-1,5 мм (в зависимости от профилеразмеров соединительных элементов) с баллом зерна 8-10 в то время, как в материале корпуса феррито-перлитная структура имеет балл зерна 4-6. При подстуживании спиральной канавки до температуры A_r3 (25-150)^оС последующее охлаждение всего элемента осуществляется водой (с дополнительным отпуском после закалки). Это позволяет получить измельченную феррито-перлитную структуру по периметру спиральной канавки в слое толщиной 0,25-1,5 мм, а в корпусе соединительного элемента структуру троостита в слое толщиной 0,70-0,85 минимальной толщины стенки. Переохлаждение канавки перед охлажденной водой до температуры менее A_r3 25^оС приводит к негативному воздействию на структуру спиральной канавки (охрупчивание за счет выделения смешанных структур). Переохлаждение канавки до температуры ниже A_r3 -100^оС снижает статическую прочность готового элемента за счет утонения поверхностного слоя элемента, имеющего структуру троостита. Переохлаждение канавки относительно температуры средней толщины стенки на величину до 20-50^оС может быть достигнуто за счет теплоотбора оправкой при чистовом проходе. Переохлаждение канавки на величину до 150^оС достигается за счет охлаждения внутренней полости потоком воздуха.Fine extrusion is carried out by one pressing element during the reverse stroke (unscrewing) of the mandrel. The need for fine extrusion is due to the desire to maintain a fine-grained structure around the perimeter of the spiral groove (score 8-10), since it is carried out at a lower temperature, while the austenitic grain of structural steels does not grow rapidly. The finish extrusion completion temperature A _r3 + 25 ^о С is intended for mild steel of steel grade 10, the temperature A _r3 + 100 ^о С for mild steel of steel grade 65. To fix the crushed structure in the finished product, it is necessary that the temperature of the spiral groove is lower before cooling than the temperature in the center of the wall by a certain amount. When the spiral groove to podstuzhivanii A _r3 temperature ²⁰ ° C, followed by cooling of the element is carried out in air. This allows you to get a crushed ferrite-pearlite structure in a layer 0.25-1.5 mm thick (depending on the profile sizes of the connecting elements) with a grain score of 8-10, while in the case material the ferrite-pearlite structure has a grain score of 4- 6. When twisting the spiral groove to a temperature A _r3 (25-150) ^о С, the subsequent cooling of the entire element is carried out with water (with additional tempering after quenching). This allows you to get a crushed ferrite-pearlite structure around the perimeter of the spiral groove in the layer with a thickness of 0.25-1.5 mm, and in the casing of the connecting element the structure of the troostite in the layer with a thickness of 0.70-0.85 of the minimum wall thickness. Subcooling the grooves in front of chilled water to a temperature of less than A _r3 25 ^о С leads to a negative effect on the structure of the spiral groove (embrittlement due to the allocation of mixed structures). Subcooling groove to a temperature below the A _r3 -100 ^{° C} reduces the static strength of the finished member by thinning surface element layer having a structure of troostite. Subcooling of the groove relative to the temperature average wall thickness of up to 20-50 ^{° C} can be achieved by teplootbora mandrel at the finishing pass. Subcooling the grooves up to 150 ^° C is achieved by cooling the internal cavity with an air stream.

Изобретение позволяет повысить эксплуатационную надежность путем увеличения статической и усталостной прочности (конструкционной прочности) изделий. The invention improves operational reliability by increasing the static and fatigue strength (structural strength) of products.

На фиг. 1 показан соединительный элемент для стыкования арматурных стержней с винтовым профилем; на фиг.2 вид А на фиг.1; на фиг.3 охватывающее устройство с заготовкой; на фиг.4 сечение Б-Б на фиг.3 и оправка с формообразующим рельефом перед формированием спиральной канавки; на фиг.5 то же, в момент предварительного выдавливания спиральной канавки; на фиг.6 то же, в момент окончания предварительного выдавливания спиральной канавки; на фиг.7 то же, в момент чистового выдавливания спиральной канавки; на фиг.8 Б-Б в момент окончания формирования спиральной канавки; на фиг.9 стыковое соединение двух арматурных стержней винтового профиля при помощи соединительного элемента в сборе. In FIG. 1 shows a connecting element for joining reinforcing bars with a screw profile; figure 2 view a in figure 1; figure 3 covering the device with the workpiece; in Fig. 4, section B-B in Fig. 3 and a mandrel with a shaping relief before forming a spiral groove; figure 5 is the same, at the time of preliminary extrusion of the spiral groove; Fig.6 is the same, at the end of the preliminary extrusion of the spiral groove; Fig.7 is the same, at the time of the extrusion of the spiral groove; in Fig.8 BB at the end of the formation of the spiral groove; Fig.9 butt joint of two reinforcing rods of a screw profile using a connecting element assembly.

Соединительный элемент (фиг.1) содержит корпус 1 в виде, например, шестигранной трубы (возможна любая другая четырехгранная, круглая и т.п.) из конструкционной стали марок сталь 10-65 со спиральными канавками 2 на внутренней поверхности. Форма и размеры спиральной канавки регламентированы нормативным документом (ТУ 14-283-19-86) и соответствуют размерам стыкуемых стержней с необходимым припуском. Равнопрочность стыкового соединения и исходных арматурных стержней обусловлена площадью "живого сечения" соединительного элемента, заключенной между внешней поверхностью и максимальным диаметром спиральной канавки (фиг.2), а также структурным состоянием материала. Статическая прочность соединительного элемента обуславливается структурой металла в корпусе 1, хладостойкость и усталостную прочность формирует структура металла в области спиральной канавки 2. Формирование необходимых структурных состояний по зонам соединительного элемента осуществляется в процессе его изготовления по предлагаемому способу. The connecting element (figure 1) contains a housing 1 in the form of, for example, a hexagonal tube (any other tetrahedral, round, etc., is possible) made of structural steel grades steel 10-65 with spiral grooves 2 on the inner surface. The shape and dimensions of the spiral groove are regulated by the regulatory document (TU 14-283-19-86) and correspond to the dimensions of the joined rods with the necessary allowance. The equal strength of the butt joint and the initial reinforcing bars is due to the area of the "live section" of the connecting element, enclosed between the outer surface and the maximum diameter of the spiral groove (figure 2), as well as the structural state of the material. The static strength of the connecting element is determined by the structure of the metal in the housing 1, cold resistance and fatigue strength forms the metal structure in the region of the spiral groove 2. The formation of the necessary structural states along the zones of the connecting element is carried out in the process of its manufacture by the proposed method.

На фиг.3 изображена схема устройства, которое представляет собой разъемный корпус, содержащий две полуобоймы 3 и 4, связанные с одной стороной шарниром 5, а с другой замком 6. На каждой полуобойме со стороны разъема выполнены углубления, образующие рабочее пространство в виде шестигранной призмы, размеры которой соответствуют горячим размерам заготовки 7 с учетом зазора для ее свободной установки. Задняя по отношению к оправке 8 сторона устройства (фиг. 4) имеет упор 10. Устройство устанавливается на суппорт токарно-винторезного станка взамен резцедержателя. Figure 3 shows a diagram of a device, which is a detachable housing containing two half-holders 3 and 4, connected to one side by a hinge 5, and the other lock 6. On each half-hollow from the side of the socket, recesses are made, forming a working space in the form of a hexagonal prism , the dimensions of which correspond to the hot dimensions of the workpiece 7, taking into account the gap for its free installation. The back side of the device with respect to the mandrel 8 (Fig. 4) has a stop 10. The device is mounted on a support of a screw-cutting lathe instead of a tool holder.

На фиг. 4-8 изображена технологическая последовательность изготовления соединительных элементов. Процесс выдавливания спиральной канавки происходит следующим образом: устройство с заготовкой, нагретой до температуры 850-1150^оС, установленное на суппорте токарного станка, начинает движение в направлении вращающего шпинделя с закрепленной в нем оправкой 8 (фиг.4). На поверхности оправки (инструмента) по винтовой линии с заданным шагом расположены два-пять сменных твердосплавных давящих элементов 9 (формообразующий рельеф), форма и размеры которых последовательно приближаются к размерам и профилю требуемой спиральной канавки. Устройство движется со скоростью, при которой за один оборот оправки оно перемещается на расстояние, равное шагу получаемой спиральной канавки. Вращающаяся оправка входит внутрь заготовки и выдавливает на ее внутренней поверхности спиральную канавку (фиг. 5). После выхода последнего давящего элемента 9 из заготовки (фиг. 6) происходит реверс привода, а оправка и устройство начинают противоположное движение. При этом за счет сокращения размеров заготовки из-за ее остывания происходит повторное деформирование имеющейся спиральной канавки одним давящим элементом (фиг.7). Поэтапное выдавливание спиральной канавки двумя-пятью давящими элементами (фиг.6) представляет собой предварительное выдавливание, движение одного давящего элемента по имеющейся канавке при реверсе оправки и устройства представляет собой чистовое выдавливание, так как является окончательным. Суппорт с устройством возвращаются в исходное положение (фиг.8), после чего извлекается готовый элемент, производится подстуживание внутреннего винтового рельефа (подстуживание можно осуществлять при нахождении готового изделия в устройстве, т.е. до его измельчения) и последующее охлаждение всего изделия. Среднемассовая температура изделия в момент окончания деформирования составляет 850-900^оС.In FIG. 4-8 shows the technological sequence of manufacturing the connecting elements. The process of extruding helical grooves is as follows: the device with the workpiece heated to a temperature of 850-1150 ^{° C,} installed on a support of a lathe, starts moving in the direction of the rotating spindle with clamped therein mandrel 8 (Figure 4). On the surface of the mandrel (tool) along a helical line with a given step are two to five interchangeable hard-alloy pressure elements 9 (forming relief), the shape and dimensions of which are successively approaching the dimensions and profile of the desired spiral groove. The device moves at a speed at which, in one revolution of the mandrel, it moves a distance equal to the pitch of the resulting spiral groove. A rotating mandrel enters the workpiece and extrudes a spiral groove on its inner surface (Fig. 5). After the release of the last pressing element 9 from the workpiece (Fig. 6), the drive is reversed, and the mandrel and the device begin the opposite movement. In this case, due to the reduction in the size of the workpiece due to its cooling, the existing spiral groove is re-deformed by one pressing element (Fig. 7). Stage-by-stage extrusion of a spiral groove by two to five pressing elements (Fig. 6) is a preliminary extrusion, the movement of one pressing element along an existing groove during the reversal of the mandrel and the device is a final extrusion, since it is final. The support with the device is returned to its original position (Fig. 8), after which the finished element is removed, the internal screw relief is reinforced (the reinforcement can be touched when the finished product is in the device, i.e. before it is crushed) and the entire product is subsequently cooled. The mass-average temperature of the product at the time of deformation is 850-900 ^about C.

Подстуживание внутреннего рельефа до температуры 800-830^оС осуществляется самопроизвольно за счет теплоотбора оправкой, подстуживание до температуры 700-800^оС осуществляют воздушным потоком. Соединительные элементы, предназначенные для стыкования арматурных стержней класса А-III-А-IV, подвергаются охлаждению на воздухе, элементы, предназначенные для стыкования арматуры класса А-V-A-VI, после соответствующего подстуживания внутреннего рельефа воздушным потоком подвергаются охлаждению в воде (закалке) с последующим отпуском при температуре 300-500^оС.Podstuzhivanie internal relief to a temperature of 800-830 ^{° C} is carried out spontaneously due teplootbora mandrel podstuzhivanie to a temperature of 700-800 ^{° C} is carried out by air flow. The connecting elements intended for joining reinforcing bars of class A-III-A-IV are subjected to air cooling, the elements intended for joining reinforcing bars of class A-VA-VI, after appropriate reinforcement of the internal relief by air flow, are cooled in water (quenching) with subsequent vacation at a temperature of 300-500 ^about C.

На фиг.9 показано стыковое соединение двух арматурных стержней винтового профиля при помощи соединительного элемента в сборе. Монтаж стержней при этом осуществляется следующим образом: на конец одного из арматурных стержней 11 навинчивается контргайка 12, представляющая укороченный в 3-4 раза соединительный элемент. Затем на этот стержень навинчивается непосредственно соединительный элемента, который впоследствии свинчивается на конец подведенного второго стержня, имеющего аналогичную гайку 12. После того, как концы стержней 11 состыкованы в соединительном элементе с зазором, не превышающим 1 мм, соединение затягивается контргайками и состыкованная плеть готова к укладке и бетонированию. Figure 9 shows the butt joint of two reinforcing rods of a screw profile using a connecting element assembly. The installation of the rods in this case is carried out as follows: at the end of one of the reinforcing rods 11, a lock nut 12 is screwed, which represents a shortened connecting element 3-4 times. Then, the connecting element is screwed directly onto this rod, which is subsequently screwed onto the end of the second rod, which has a similar nut 12. After the ends of the rods 11 are joined in the connecting element with a gap not exceeding 1 mm, the connection is tightened with locknuts and the docked lash is ready to laying and concreting.

П р и м е р. Осуществляли выпуск опытной партии соединительных элементов для высокопрочной арматуры винтового профиля классов А_т-IV и А_т-VI (по ГОСТ 10884-81) диаметром 25 мм. Заготовкой для соединительных элементов служила шестигранная холоднодеформированная труба из стали марки сталь 35 (A_с3 800^оС, A_r3 790^оС с размером "под ключ" 41 мм с внутренним отверстием диаметром 26,5 мм.PRI me R. The pilot batch of connecting elements for high-strength screw fittings of the profile of classes A _t- IV and A _t- VI (according to GOST 10884-81) with a diameter of 25 mm was produced. A blank for the connecting elements was a cold-formed hexagonal pipe made of steel grade 35 steel (A _c3 800 ^о С, A _r3 790 ^о С with a turn-key size of 41 mm with an internal hole of 26.5 mm in diameter.

Нагрев заготовок длиной, равной длине соединительного элемента, осуществляли в индукционной печи до температуры аустенитного состояния в течение 1,5-6 мин. Затем их переносили в удерживающее устройство и осуществляли формирование спиральных канавок на внутренней поверхности вращающейся оправкой с формообразующим рельефом. Процесс формирования спиральных канавок осуществляли на токарно-винторезном станке при скорости вращения оправки 100 об/мин, подача суппорта с закрепленным устройством 12 мм/оборот. Оправка диаметром 25 мм имела на поверхности давящие выступы из сплава ВК-6, которые по форме соответствовали профилю требуемой спиральной канавки. The preforms were heated with a length equal to the length of the connecting element in an induction furnace to an austenitic temperature for 1.5–6 min. Then they were transferred to a holding device and spiral grooves were formed on the inner surface with a rotating mandrel with a forming relief. The process of forming spiral grooves was carried out on a screw-cutting lathe with a mandrel rotation speed of 100 rpm, a caliper feed with a fixed device of 12 mm / revolution. The mandrel with a diameter of 25 mm had pressurizing protrusions made of VK-6 alloy on the surface, which in shape corresponded to the profile of the desired spiral groove.

Температуру нагрева заготовок изменяли от 870 до 1050^оС, температуру завершения чистового выдавливания от 750 до 820^оС, подстуживание винтового рельефа элементов, охлаждаемых на воздухе, осуществляли до 740-700^оС, элементов подвергаемых закалке до 700-620^оС.Heating the preforms temperature was changed from 870 to 1050 ^C, the temperature of completion of the finishing extrusion from 750 to 820 ^{° C,} screw podstuzhivanie relief elements, cooled in air, was performed to 740-700 ^{° C,} cells were subjected to quenching to 700-620 ° ^C.

Соединительные элементы, подвергаемые охлаждению в воде (закалке), предварительно продувались потоком воздуха через внутреннюю полость для снижения температуры спиральной канавки и фиксирования измельченной феррито-перлитной структуры. The connecting elements subjected to cooling in water (quenching) were preliminarily blown with a stream of air through the internal cavity to lower the temperature of the spiral groove and fix the crushed ferrite-pearlite structure.

После завершения процесса выдавливания резьбы соединительные элементы извлекались из устройства и далее подвергались охлаждению на воздухе и в воде. After completion of the extrusion process, the connecting elements were removed from the device and then subjected to cooling in air and in water.

Готовые соединительные элементы служили для стыкования стержней класса прочности А_т-Nи А_т-VI арматурной стали марки 20 ГС диаметром 25 мм. Стыковые соединения подвергали стендовым испытаниям при статических (растяжение), циклических (знакопеременный изгиб) и динамических (удар) нагрузках. Результаты испытания представлены в таблице.Ready-made connecting elements were used for joining rods of strength class А _t -Ni А _t -VI of reinforcing steel of grade 20 GS with a diameter of 25 mm. Butt joints were subjected to bench tests under static (tensile), cyclic (alternating bending) and dynamic (impact) loads. The test results are presented in the table.

Для сравнительных испытаний изготавливали соединительные элементы по известному способу, при котором заготовку, нагретую до температуры 1200^оС, помещали в устройство и осуществляли формирование спиральных канавок на внутренней поверхности за счет прохода оправки в одну сторону с последующим извлечением оправки. Соединительные элементы сравнительной партии подвергали аналогичным охлаждению и испытаниям.For comparative tests were made for connecting elements to a known method in which the preform is heated to a temperature of 1200 ^{° C,} placed in the apparatus and carrying out the forming spiral grooves on the inner surface due to the passage of the mandrel in one direction, followed by removing the mandrel. The connecting elements of the comparative batch were subjected to similar cooling and testing.

Как видно из приведенных данных, показатели конструкционной прочности (статическая прочность, ударная вязкость, усталостная прочность) соединительных элементов, изготовленных по предлагаемому способу, превосходят в 1,2-1,5 раза аналогичные характеристики соединительных элементов, изготовленных по известному способу, что свидетельствует об их повышенной эксплуатационной надежности. As can be seen from the above data, the structural strength indicators (static strength, impact strength, fatigue strength) of the connecting elements made by the proposed method are 1.2-1.5 times higher than the similar characteristics of the connecting elements made by the known method, which indicates their increased operational reliability.

Claims

1. A method of manufacturing a connecting element with an internal helical relief in the form of a spiral groove, mainly made of structural steel, comprising heating a hollow workpiece to a hot deformation temperature, introducing a rotating mandrel with a forming relief into the cavity of the workpiece, extruding a spiral groove on the workpiece when the latter is placed in the covering its side surface to the device and heat treatment, characterized in that, in order to increase operational reliability by increasing the static oh and fatigue strength, the workpiece is heated to a temperature corresponding to the point of structural transformations treated steel _Ac3 + (100 250) ^o C at a rate March 10 ^o C / s, the formation of the helical groove is performed by preliminary and finishing extrusion, the latter of which is completed at temperature Ar ₃ + (25 100) ^o С, after which the screw relief is pre-conditioned and the entire element is cooled.

2. The method according to claim 1, characterized in that the helical relief is cooled to a temperature of Ar ₃ ± 20 ^o C, and the element is cooled in air.

3. The method according to claim 1, characterized in that the screw relief is cooled to a temperature of Ar ₃ (25 150) ^o C, and the element is cooled with water.

4. The method according to PP. 1 and 3, characterized in that after cooling with water the element is further subjected to tempering at 300 500 ^o C.