Проволока из углеродистой стали для армирования предварительно напряженных железобетонных шпал

Полезная модель относится к обработке металлов давлением, в частности к производству арматурной проволоки в прутках или мотках с профилированной поверхностью. Данная арматурная сталь может изготавливаться холодной прокаткой, или методом волочения через неприводные ролики в холодном или горячем состоянии с последующим термическим упрочнением (в потоке). В предложенном техническом решении определены геометрические параметры арматурной проволоки - глубина и шаг вмятин, их взаимное расположение по диаметрально противоположным сторонам проволоки и относительно осевой линии проволоки, определены также масса погонного метра и возможность углового расположения вмятин к оси проволоки. Использование предложенной проволоки обеспечивает снижение расхода металла при изготовлении железобетонных шпал и улучшение технологичности ее производства.

Заявляемое техническое решение относится к обработке металлов давлением, в частности к производству арматурной проволоки в прутках или мотках с профилированной поверхностью. Данная арматурная сталь может изготавливаться холодной прокаткой, или методом волочения через неприводные ролики в холодном или горячем состоянии с последующим термическим упрочнением (в потоке). Роликовые волоки и прокатные клети могут иметь два или более (три, четыре и т.д.) ролика, которые обеспечивают профилирование проката.

Известна проволока из углеродистой стали для армирования предварительно напряженных железобетонных конструкций по ГОСТ 7348-81 с гладкой поверхностью (В) и периодическим профилем (Вр).

Недостатком проволоки с гладкой поверхностью (исполнение В по ГОСТ 7348-81) являются низкие анкерные свойства, что вызывает недостаточную прочность сцепления проволоки с бетоном.

Недостатком проволоки из углеродистой стали для армирования предварительно напряженных железобетонных конструкций с периодическим профилем (исполнение Вр по 7348-81) является ее пониженная прочность в области диаметрально расположенных вмятин. Поперечное сечение проволоки при профилировании в области диаметрально противоположно расположенных вмятин уменьшается до 12% от площади поперечного сечения круглой проволоки с гладкой поверхностью. Последнее видно на рисунке (фиг.1), где представлена поверхность проволоки ВрД диаметром 3,0 мм. Из рисунка 1 (фиг.1) видно, что диаметрально противоположные вмятины имеют некоторое смещение относительно друг друга.

При этом ГОСТ 7348-81 допускает смещение вмятин только на 2 мм не более. Последнее ограничивает возможности компенсации уменьшения площади поперечного сечения проволоки смещением диаметрально противоположных вмятин. ГОСТ 7348-81 жестко нормирует шаг вмятин (для проволоки диаметром 3,0; 4,0 и 5,0 мм шаг вмятин 6,5 мм, для проволоки диаметром 6,0; 7,0 и 8,0 мм шаг вмятин 7,0 мм) и предельные отклонения на этот показатель равны +0,5 мм и -1,0 мм. Геометрические параметры проволоки по ГОСТ 7348-81 приведены на рисунке 2 (фиг.2) и в таблице 1.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является проволока из углеродистой стали для армирования железобетонных шпал по ТУ 14-4-1681-91. Данное ТУ 14-4-1681-91 предусматривает следующие исполнения арматурной проволоки:

- диаметром 2,9 мм с трехсторонним и четырехсторонним профилем;

- диаметром 3,0 мм с двухсторонним профилем.

Арматурная проволока с трехсторонним и четырехсторонним периодическим профилем требует использование специализированного оборудования и сложного технологического инструмента. Из-за повышенного уровня затрат изготовление проволоки с трехсторонним и четырехсторонним периодическим профилем не получило развития.

Арматурная проволока с двухсторонним периодическим профилем по ТУ 14-4-1681-91 имеет следующие недостатки:

1 Глубина вмятин на проволоке с двухсторонним периодическим профилем имеет односторонне ограничение (не менее 0,15 мм), при этом глубина вмятины может быть 0,20 мм и даже 0,25-0,29 мм. Когда глубина вмятин превышает значение 0,20 мм возникает опасность разрушения арматурной проволоки (фиг.3). Увеличение глубины вмятин приводит также к повышенному расходу арматурной проволоки при изготовлении шпал.

Последнее объясняется тем, что при предварительном напряжении арматуры пакет арматурной проволоки нагружается растягивающей нагрузкой. Эти нагрузки рассчитаны на проволоку с глубиной вмятин 0,15-0,25 мм. В случае использования проволоки с более чем 0,25 мм глубиной вмятин образуется перенапряжение отдельных проволок, что в свою очередь приводит к обрыву проволок и к браку уже готовых железобетонных шпал.

Неблагоприятные условия деформации металла при профилировании определяются также тем, что в соответствии с ТУ 14-4-1681-91 вмятины расположены перпендикулярно продольной оси проволоки. Последнее определяет значительную неравномерность деформации по поперечному сечению проволоки. Очевидно, что металл по краям очага деформации (зона А на рис.4) имеет меньшую степень деформации, чем металл по середине очага деформации (зона В на рисунке 4 (фиг.4)). Зоны А и В в очаге деформации находятся в одной перпендикулярной к оси проволоки плоскости. Для снижения этого неблагоприятного явления вмятины должны иметь угловое расположение к оси проволоки в интервале от 15 до 45° На рисунке 5 (фиг.5) представлены общие виды вмятин при их угловом расположении к оси проволоки под углом 15, 30 и 45°. Для формирования вмятин с угловым расположением к оси проволоки требуются деформирующие ролики с таким же угловым расположением выступов. Однако, пластическая деформация проволоки в таких роликах сопровождается контактными усилиями направленными вдоль оси роликов. Для компенсации этих осевых усилий вмятины на диаметрально противоположных сторонах проволоки располагают под углом 90° друг относительно друга. На рисунке 6 (фиг.6) представлен общий вид углового расположения вмятин относительно продольной оси проволоки при одновременном расположении диаметрально противоположных впадин под углом 90° друг относительно друга.

2 Шаг вмятин (параметра А на рисунке 2 (фиг.2)) нормируется в интервале от 5,5 до 7,0 мм. При этом в соответствии с п.1.1.3 в ТУ 14-4-1681-91 допускается относительное смещение диаметрально противоположных вмятин до 2 мм. В то же время в соответствии с данными Учебного пособия «Производство высокопрочной арматурной проволоки», Свердловск, 1982 г., авторов Б.А.Никифоров, В.А.Харитонов, Е.М.Киреев, стр.67: вмятины наносят на диаметрально противоположные стороны проволоки так, чтобы на одной ее стороне они не находились против вмятин на противоположной стороне.

Исходя из последнего вмятины на поверхности арматурной проволоки по диаметрально противоположным сторонам должны позиционироваться как показано на рисунке 7 (фиг.7).

То есть вмятины на одной из диаметрально противоположных сторон проволоки располагаются симметрично выступам на другой стороне арматурной проволоки. Причем шаг вмятин и выступов (параметр А) находится в интервале от 3d₀ до 4d₀, где d₀ - номинальный диаметр проволоки.

3 Предельные отклонения по диаметру проволоки в соответствии с ТУ 14-4-1681-91 должны находиться в интервале от -0,06 до +0,06 мм и на практике контролируется замерами диаметра гладкой проволоки до профилирования. Следует отметить, что для других видов стальной проволоки поле допусков гораздо уже: так для проволоки из углеродистой конструкционной стали по ГОСТ 17305-91 диаметром 3,0 мм предельные отклонения составляют - 0,06 мм; а для проволоки стальной канатной без покрытия по ГОСТ 7372-79 предельные отклонения составляют ±0,03 мм.

Очевидно, что расширенный интервал предельных отклонений по ТУ 14-4-1681-91 приводит к повышенной металлоемкости готовых железнодорожных железобетонных шпал.

Контроль размеров готовой арматурной проволоки замерами диаметра проволоки-заготовки до профилирования не позволяет разрешать спорные моменты между изготовителем арматурной проволоки и потребителями.

Наиболее объективным критерием контроля геометрических параметров арматурной проволоки является масса погонного метра, которая для профилированной двухсторонней арматурной проволоки должна находиться в интервале от 53,3 до 57,7 гр.

4 Поверхность вмятин (параметр А по чертежу 1 в ТУ 14-4-1681-91) обозначаются цилиндрическим радиусом равным от 7,5 до 8,5 мм. Последнее не соответствует фактическому положению дел, так как при деформации проволоки в не приводных роликах имеются зоны проскальзывания поверхности проволоки относительно поверхности деформирующих роликов - это зоны опережения и отставания (см. В.И.Гулько, В.А.Войцеховский, А.К.Григорьев «Производство профилей и проволоки в роликовых волоках», Ижевск: Удмуртия, 1989. - 132 с.).

С целью повышения прочностных свойств проволоки и ее надежности при эксплуатации в железобетонных шпалах, радиус вмятин должен находиться в интервале от 3d ₀ до 4d₀, где d₀ - номинальный диаметр проволоки.

Таблица 1мм
Номинальный диаметр, d	Проволока круглая и периодического профиля	Проволока периодического профиля
Предельные отклонения	Глубина вмятин h, не менее	Шаг вмятин А
Группа 1	Группа 2	Группа 3	номин.	предельные отклонения
3,0	±0,04	±0,06	-0,12	0,15
4,0	±0,04	±0,08	-0,16	0,19	6,5
5,0	±0,05	±0,08	-0,16	0,24
6,0	±0,05	±0,08	-0,16	0,30		+0,5
7,0	±0,05	±0,10	-0,20	0,35	7,0	-1,0
8,0	±0,06	±0,10	-0,20	0,45

Примечания.

1 Номинальный диаметр проволоки периодического профиля соответствует номинальному диаметру круглой проволоки до нанесения на ее поверхность профиля.

2 Радиус цилиндрической поверхности вмятин R для проволоки всех диаметров класса Вр должен быть равен (8±0,5) мм. Допускается относительное смещение диаметрально противоположных вмятин до 2 мм.

3. Овальность сечения круглой проволоки не должна превышать предельных отклонений диаметра.

1. Проволока из углеродистой стали для армирования предварительно напряженных железобетонных шпал, имеющая круглое поперечное сечение с периодическим профилем по образующей поверхности, отличающаяся тем, что глубина вмятин находится в интервале от 0,05d₀ до 0,08d₀, где d₀ - номинальный диаметр проволоки.

2. Проволока по п.1, отличающаяся тем, что шаг вмятин на поверхности проволоки находится в интервале от 3d ₀ до 5d₀, где d₀ - номинальный диаметр проволоки.

3. Проволока по п.1, отличающаяся тем, что радиус поверхности вмятин находится в интервале от 3d₀ до 5d₀, где d₀ - номинальный диаметр проволоки.

4. Проволока по п.1, отличающаяся тем, что вмятины с одной из сторон проволоки располагаются симметрично (напротив) выступов на диаметрально противоположной стороне проволоки.

5. Проволока по п.1, отличающаяся тем, что масса одного погонного метра находится в интервале от 53,0 до 58,0 г.

6. Проволока по п.1, отличающаяся тем, что вмятины на ее поверхности имеют угловое расположение к ее оси в интервале от 15 до 45°.

7. Проволока по п.1, отличающаяся тем, что вмятины на диаметрально противоположных сторонах проволоки расположены под углом 90° относительно друг друга.