范淑琴，王可心，丘銘軍,2，趙升噸,，王永飛，陳超

先進成形技術(shù)與裝備專題

建筑用鋼筋端頭螺紋的高效精密滾壓工藝及設(shè)備特性的研究現(xiàn)狀

范淑琴1，王可心1，丘銘軍1,2，趙升噸1,3，王永飛1，陳超3

（1.西安交通大學 機械工程學院，西安 710049；2.中國重型機械研究院股份公司，西安 710032；3.中南大學 輕合金研究院，長沙 410083）

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在大型建筑、道路橋梁、機場碼頭、核電等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，市場上高大工程建筑對大直徑、超長鋼筋的需求持續(xù)增加，超長鋼筋由多根鋼筋通過螺紋連接構(gòu)成，實現(xiàn)每根鋼筋連接端頭螺紋的高效精密成形至關(guān)重要，是目前迫切需要解決的難題。分析了國內(nèi)外鋼筋兩端螺紋的制造工藝，論述了鋼筋端頭螺紋滾壓塑性成形的基本原理和工藝過程，對鋼筋連接端頭的剝肋尺寸、滾壓模具的結(jié)構(gòu)、工件與滾壓模具之間的軸向運動以及滾壓成形前模具的相位要求等多方面的問題進行了總結(jié)；對目前國內(nèi)外鋼筋端頭螺紋滾壓設(shè)備的基本原理、工作過程及其特點進行了總結(jié)，從而為建筑用鋼筋兩端螺紋的高效精密滾壓成形工藝和設(shè)備技術(shù)的提升與推廣奠定良好的基礎(chǔ)。

建筑工業(yè)；鋼筋；螺紋；滾壓工藝；設(shè)備

2009年，我國的鋼鐵產(chǎn)量躍居到了世界第1位。我國每年都會消耗大量的鋼材，其中，鋼筋的消耗量于2020年達到了26 639.1萬t。與其他的建筑結(jié)構(gòu)相比，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有較好的抗震、抗腐蝕以及抗疲勞性能，且成本更低、質(zhì)量穩(wěn)定性更好。近年來，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在我國獲得了廣泛應(yīng)用（如圖1所示），采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的房屋建筑比例高達90%以上[1]。

圖1 鋼筋的應(yīng)用

在使用鋼筋搭建混凝土結(jié)構(gòu)時，為了保證力傳遞的連續(xù)性，需要將鋼筋進行連接，以形成完整的受力體系，鋼筋連接形式有綁扎搭接、焊接和機械連接。在機械連接方式中，只有螺紋連接可以適應(yīng)不同方向上鋼筋高性能快速連接的需求[2]，滿足粗鋼筋的傳力性能要求。而在相同的強度要求下，采用大直徑鋼筋能夠有效地減少鋼筋的消耗量[3]，提高建筑空間的利用率，提升工程質(zhì)量，從而提高經(jīng)濟效益，加速鋼筋產(chǎn)業(yè)升級。因此，目前市場上高大工程建筑對大直徑、超長鋼筋的需求持續(xù)增加[4-8]。

傳統(tǒng)切削加工螺紋割斷了鋼材纖維傳力的方向，影響了鋼筋端頭強度，難以滿足大直徑鋼筋螺紋的加工要求，迫切需要一種高效精密的鋼筋端頭螺紋塑性成形工藝及設(shè)備[9]。為此，文中論述了鋼筋端頭螺紋滾壓塑性成形工藝的基本原理和工藝過程，針對鋼筋剝肋、滾壓模具結(jié)構(gòu)、工件與滾壓模具之間的軸向運動、滾壓成形前模具的相位要求等問題進行了系統(tǒng)研究，并對目前國內(nèi)外鋼筋端頭螺紋滾壓設(shè)備的基本原理、工作過程及其特點進行了分析，從而為建筑鋼筋端頭螺紋的高效精密滾壓成形工藝和設(shè)備技術(shù)的推廣與提升奠定良好的基礎(chǔ)。

1 鋼筋端頭螺紋連接方式

目前，國內(nèi)常見的鋼筋機械連接方式有錐螺紋連接、鐓粗直螺紋連接和滾壓直螺紋連接[10]，如圖2所示。其中，滾壓直螺紋連接比另外2種更具優(yōu)勢，其原理是在鋼筋端頭滾壓制作直螺紋并和套筒螺紋咬合形成接頭，滾壓直螺紋包括直接滾壓螺紋、擠壓肋滾壓螺紋和剝肋滾壓螺紋3種類型[11]。

1.1 錐螺紋連接

錐螺紋連接依靠鋼筋端部的錐狀外螺紋以及套筒內(nèi)相應(yīng)的錐狀內(nèi)螺紋實現(xiàn)咬合傳力，可以適應(yīng)不同條件下的鋼筋連接，例如正反絲扣型、異徑型等接頭形式，提高了施工適應(yīng)性，如圖2a所示。但是錐螺紋的螺紋直徑不是定值而是漸變的，螺紋加工的形狀和尺寸偏差較難控制，配合精度較差，且在錐螺紋連接時對擰緊力矩的要求較高。此外，切削加工切斷了金屬材料的纖維組織，也影響了螺紋處材料的強度。因此錐螺紋傳力的可靠性差，易發(fā)生“倒牙”和“拔出”等情況。

圖2 鋼筋機械連接形式[12]

1.2 鐓粗直螺紋連接

鐓粗直螺紋連接是一種將鋼筋端部進行鐓粗，加大鋼筋端部截面積23%～45%后再切削加工螺紋，最后將鋼筋端部旋入帶有與之配合的內(nèi)螺紋的鋼制套筒內(nèi)實現(xiàn)鋼筋連接的方法，如圖2b所示。鐓粗直螺紋連接可以克服錐螺紋連接的缺陷，由于預(yù)先采用了鐓粗的方法，鋼筋端頭外徑加大，克服了由于減小鋼筋截面而造成的接頭處鋼筋強度下降的問題，從而提高了承載力。但是鐓粗改變了鋼材的微觀組織，切削加工又切斷了纖維組織，影響了傳力性能，導致鋼筋延性降低，易在接頭區(qū)域的鐓粗段發(fā)生脆斷。

1.3 滾壓直螺紋連接

滾壓直螺紋連接是通過在鋼筋端頭滾壓直螺紋并和套筒螺紋咬合形成接頭的方法，如圖2c所示。螺紋滾壓是一種無切削加工方法，金屬在滾壓模具的作用下產(chǎn)生塑性變形。與傳統(tǒng)的切削螺紋相比，滾壓螺紋表面存在冷作硬化層，使疲勞強度提高了20%～40%，抗拉強度提高了20%～30%，抗剪強度提高了5%[12-13]。此外，滾壓螺紋的表面質(zhì)量較好，生產(chǎn)效率也較高，適合大批量生產(chǎn)。

目前，國內(nèi)常見的鋼筋連接接頭的滾壓直螺紋有3種類型：直接滾壓螺紋、擠壓肋滾壓螺紋和剝肋滾壓螺紋[14]。鋼筋端頭直螺紋連接實物見圖3。

1）直接滾壓直螺紋。直接滾壓直螺紋成形技術(shù)是將2根待連接鋼筋的兩端直接滾壓成形直螺紋，并與套筒內(nèi)螺紋咬合形成連接的加工方法[15]。由于鋼筋肋的存在，成形出的螺紋精度差，存在虛假螺紋現(xiàn)象，并且會降低滾壓模具的使用壽命。此外，鋼筋的實際直徑與公稱直徑存在偏差，導致螺紋直徑大小不一致，套筒與鋼筋端頭連接時松緊不一，影響連接質(zhì)量。

2）擠壓肋滾壓直螺紋。擠壓肋滾壓直螺紋成形技術(shù)是預(yù)先對鋼筋表面的縱、橫肋壓平后再進行滾壓螺紋的加工方法。與直接滾壓相比，它減輕了鋼筋肋對成形螺紋精度和質(zhì)量的影響[16]，但仍不能從根本上解決鋼筋實際直徑存在的偏差對螺紋質(zhì)量的影響。

圖3 鋼筋端頭直螺紋連接實物

3）剝肋滾壓直螺紋。剝肋滾壓直螺紋成形技術(shù)是先將鋼筋端部的橫肋和縱肋進行剝切處理，使鋼筋滾絲前的柱體直徑達到同一尺寸，然后再進行螺紋滾壓成形的加工方法，如圖4所示。其原理如下[17]：利用滾壓模具的作用使鋼筋端部產(chǎn)生塑性變形，在冷作硬化作用下，塑性變形后的鋼筋端頭強度比母材強度有所提高。該技術(shù)可廣泛應(yīng)用于直徑16～50 mm的HRB400、HRB500高強鋼筋的連接[18]。

圖4 鋼筋端頭剝肋與螺紋滾壓成形過程

剝肋滾壓直螺紋與直接滾壓直螺紋、擠壓肋滾壓直螺紋成形技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：（1）螺紋牙型好、精度高，螺紋直徑大小一致，易于裝配，連接質(zhì)量高，螺紋具有良好的抗疲勞性能；（2）滾壓模具壽命長，相比直接滾壓工藝，其壽命可提高8～10倍；（3）抗低溫性能好，在?40 ℃低溫下試驗時，接頭仍可實現(xiàn)與母材等強度連接。

2 鋼筋端頭剝肋滾壓直螺紋

2.1 剝肋尺寸求解方法

在鋼筋端頭剝肋與螺紋滾壓成形中，剝肋尺寸（滾壓螺紋前的端頭光圓鋼筋直徑）對滾壓成形過程中的穩(wěn)定性和成形質(zhì)量具有決定性影響。

剝肋尺寸過小，螺紋牙型填充不飽滿，無法實現(xiàn)鋼筋的等強度連接；剝肋尺寸過大，模具所受滾壓力、滾壓扭矩劇增，造成滾壓模具壽命下降和設(shè)備損壞等問題。因此，滾壓前的剝肋尺寸需滿足一定條件。

圓頂圓底滾壓模具螺紋示意圖如圖5所示，根據(jù)塑性變形體積不變原則，認為處的材料被不斷地移動到處[19-21]。為適應(yīng)不同的生產(chǎn)條件和不同的螺紋滾壓要求，滾壓模具牙型分為圓頂平底形、平頂平底形和圓頂圓底形，剝肋尺寸的計算公式也有所不同[22-25]。

圖5 圓頂圓底滾壓模具螺紋示意圖[21]

圓頂圓底滾絲輪剝肋尺寸的計算見式（1）。

式中：0為剝肋尺寸，mm；2為工件螺紋中徑，mm；為工件螺距，mm；m為牙頂圓弧半徑，mm；n為牙底圓弧半徑，mm；w為工件螺紋大徑，mm；為材料系數(shù)，對于鋼筋材料=0.1；為被滾壓螺紋毛坯直徑公差，mm。

2.2 滾壓模具設(shè)計

在滾壓工藝系統(tǒng)中，模具數(shù)量對螺紋件成形質(zhì)量、工作扭矩、模具壽命及成形穩(wěn)定性等有一定影響[26-28]。在三滾絲輪滾壓時，滾壓模具沿坯料圓周均布，坯料在滾壓過程中受力平衡，不需要定位支撐，具有自定心優(yōu)勢[29]。

當滾壓模具個數(shù)≥3時，滾壓模具直徑會受到一定的尺寸限制，對于三滾絲輪滾壓螺紋，可能在滾絲輪還沒有達到工件牙底時，直徑小的工件的滾絲輪就已經(jīng)互相干涉[30]。如圖6所示，三滾絲輪不發(fā)生干涉的條件為：

(4)

圖6 三滾絲輪滾壓示意圖

2.3 工件與滾壓模具的相對滑動

當采用有軸向送進的螺紋滾壓方法時，滾壓模具的螺紋升角和工件的螺紋升角必須不同，滾壓模具與工件之間才會產(chǎn)生相對軸向運動[31-33]。

圖7展示了工件與滾壓模具之間的相對軸向運動，圖中實線代表工件，虛線代表滾壓模具，當工件的自轉(zhuǎn)速度為s時，滾壓模具自轉(zhuǎn)速度的計算見式（5）[34]。

式中：nd為滾壓模具自轉(zhuǎn)速度，r/min；d2為工件螺紋中徑，mm；D2為滾壓模具中徑，mm；ns為工件自轉(zhuǎn)速度，r/min。

在鋼筋端頭螺紋滾壓成形時，由于鋼筋的長度較大，將鋼筋固定不動更方便，此時上述工件自轉(zhuǎn)速度s等效為滾壓模具繞工件公轉(zhuǎn)的速度，滾壓模具與工件螺紋升角的差異使?jié)L壓成形過程中滾壓模具在工件摩擦力的帶動下做軸向自進給運動，滾壓模具每公轉(zhuǎn)一周與工件產(chǎn)生的軸向位移見式（6）。

式中：1為工件螺紋的頭數(shù)；2為滾壓模具螺紋的頭數(shù)；為滾壓模具與工件螺紋螺距，mm；1為工件螺紋升角；2為滾壓模具螺紋升角。

滾壓模具與工件之間的軸向進給速度的計算見式（7）。

2.4 滾壓成形前模具的位置要求

當采用多模具螺紋滾壓時，每個模具都會在工件表面滾壓出一條螺旋線，如圖8a所示，未對牙的滾壓模具會在工件表面產(chǎn)生錯齒，為了保證每個模具滾壓的螺紋都能夠良好銜接，滾壓成形前需對模具進行初始位置的調(diào)整，即“對牙”，圖8b為對牙后的模具滾壓成形的螺紋[35]。

圖8 不同滾壓模具牙型位置下滾壓出的螺紋成形結(jié)果[14]

當工件螺紋頭數(shù)為w時，滾壓模具上任意一點沿軸向移動一個螺距，則滾壓模具的公轉(zhuǎn)角度為：

個滾壓模具沿工件圓周均勻分布，相鄰兩模具間的圓周角為：

滾壓模具公轉(zhuǎn)過角度后，相對于工件沿軸向產(chǎn)生的位移1的計算見式（10）。

為了使?jié)L壓模具公轉(zhuǎn)過角度后，上一滾壓模具的嚙合點與下一滾壓模具的嚙合點重合，下一滾壓模具相對上一滾壓模具的螺紋應(yīng)該沿工件軸線方向錯開距離1。常用調(diào)整滾壓模具初始位置的方法有軸向偏移法和模具旋轉(zhuǎn)法2種[36-37]。軸向偏移法是在滾壓模具端面放置厚度為1的墊片以改變不同模具的相對軸向位置[38]，這種方法操作簡便，但當滾壓模具螺距、頭數(shù)、個數(shù)改變時，則需要準備不同厚度的墊片，且在加工過程中由于滾壓模具受到軸向力，墊片產(chǎn)生一定的磨損，墊片厚度改變會影響加工精度[39]。模具旋轉(zhuǎn)法是在多模具滾壓中，在滾壓成形開始前旋轉(zhuǎn)滾壓模具至一定角度，改變其相位使多個模具間產(chǎn)生一定的相位差，以實現(xiàn)對牙。范淑琴等[40]基于螺紋滾壓成形過程中模具和工件螺紋嚙合點的運動特征，推導出不同參數(shù)下滾絲輪相位調(diào)整角的計算公式，如式（11）所示，圖9為模具相位調(diào)整位置圖，其中實線表示滾壓模具的初始位置、虛線表示調(diào)整后的最終滾壓位置。

式中：w為工件螺紋頭數(shù)；d為滾壓模具螺紋頭數(shù)；為滾壓模具個數(shù)。

圖9 模具相位調(diào)整位置圖

3 鋼筋端頭螺紋成形設(shè)備

現(xiàn)有大型鋼筋滾絲機的工作原理是采用工件固定不動，剝肋機構(gòu)和滾壓機構(gòu)分別由2個電動機驅(qū)動，依次完成剝肋和滾壓2道工序。德國AKEA公司Akea GA全自動和Akea GEM系列半自動鋼筋端頭螺紋滾壓設(shè)備如圖10所示，Akea GEM系列是高效半自動金屬加工設(shè)備，用于在管材、鋼筋上進行倒角、剝肋、滾壓和端面加工，可滾壓12～56 mm直徑的材料，工件經(jīng)操作員手動裝載后由機器自動執(zhí)行車削和螺紋滾壓操作，其中車削與螺紋滾壓機構(gòu)分別固定在可平移的機構(gòu)上，完成車削工藝后車削裝置退出，平臺移動完成下一步的螺紋滾壓工藝。Akea GA系列是高生產(chǎn)率全自動金屬加工機，可滾壓直徑為12～100 mm的鋼筋，工件經(jīng)分揀裝置自動分揀后分別完成車削與滾壓操作，完成后自動碼垛，該設(shè)備大大提高了螺紋滾壓的自動化程度和生產(chǎn)效率。

圖10 德國阿凱亞（AKEA）公司滾壓設(shè)備

Fig.10Rolling equipment of Germany Akea (AKEA) Company

通過標準車床或加工中心也可實現(xiàn)鋼筋端頭螺紋的滾壓加工，標準車床鋼筋端頭螺紋滾壓設(shè)備如圖11所示，工件由三爪卡盤夾持并旋轉(zhuǎn)，車刀與滾壓頭安裝在同一圓盤上沿直線向卡盤移動[41]。該設(shè)備適合加工短棒料，加工旋轉(zhuǎn)長桿時安全性低，會產(chǎn)生機器損壞等問題，并且由于鋼筋肋的存在，鋼筋表面形狀的不規(guī)則會產(chǎn)生動量沖擊，即使在較低的轉(zhuǎn)速下也無法保證加工質(zhì)量。

圖11 標準車床鋼筋端頭螺紋滾壓設(shè)備

Wang等[42]設(shè)計了一種帶有預(yù)壓裝置的鋼筋剝肋滾絲機，預(yù)壓裝置通過在未加工鋼筋的一端壓縮形成預(yù)壓環(huán)形槽，在控制單元的控制下，基座將車削與滾壓機構(gòu)移動到鋼筋的端部，依次執(zhí)行車削和滾絲工藝。預(yù)壓環(huán)形槽有助于現(xiàn)場檢查螺紋質(zhì)量，并防止加工機構(gòu)中的滾絲模具與鋼筋發(fā)生肋接觸而因此受到損壞。

我國在剝肋滾壓直螺紋接頭加工設(shè)備、工藝等方面也取得了較多創(chuàng)新成果[43-46]，研發(fā)的鋼筋端頭剝肋滾壓直螺紋設(shè)備的質(zhì)量及體積僅為國外的1/4～1/3，方便在施工現(xiàn)場對鋼筋完成快速連接，可以有效縮短工期，在國際市場中具有較強競爭力。

由中國建筑科學研究院凱博公司研發(fā)的鋼筋螺紋自動化成套加工生產(chǎn)線如圖12所示，該生產(chǎn)線將鋼筋剝肋和螺紋滾壓2個工藝在不同的設(shè)備上完成，形成了自動化流水線作業(yè)，實現(xiàn)了每分鐘加工4～6根絲頭的高效自動化生產(chǎn)[47-48]。張敏等[49]就鋼筋滾壓直螺紋絲頭長度精準控制技術(shù)進行了研究，在傳統(tǒng)滾絲機基礎(chǔ)上增加了氣缸、限位卡具、電磁閥、PLC和繼電器等裝置，實現(xiàn)了直螺紋絲頭智能化加工，解決了鋼筋在滾壓后直螺紋絲頭長度不一的問題。

圖12 鋼筋螺紋自動化生產(chǎn)加工線[47]

我國邦程機械開發(fā)的HGS45型鋼筋滾絲機如圖13所示，剝肋機構(gòu)和滾壓機構(gòu)安裝在同一主軸上，電機、減速器帶動剝肋滾壓機構(gòu)旋轉(zhuǎn)，進給機構(gòu)帶動剝肋滾壓機構(gòu)移動對鋼筋進行加工，可加工16～ 40 mm直徑的鋼筋[50]。大同市建航機械制造有限公司提供了一種外螺紋滾壓設(shè)備及其螺紋滾壓方法，能夠滿足不同直徑工件（如鋼筋滾絲）的加工需求。

圖13 HGS45型鋼筋剝肋滾絲機

圖14為臺灣LIKEST公司開發(fā)的鋼筋端頭滾壓設(shè)備，該設(shè)備的剝肋機構(gòu)和滾壓機構(gòu)是相互獨立的，剝肋機構(gòu)完成鋼筋剝肋后就退出工位，滾壓機構(gòu)開始工作，完成鋼筋螺紋滾壓成形，螺紋滾壓直徑的加工范圍為10～40 mm。

對國內(nèi)外典型設(shè)備的技術(shù)指標進行總結(jié)，如表1所示，可以看出，國外設(shè)備的自動化程度更高，集合了倒角、剝肋、滾壓和端面加工工序，但設(shè)備龐大，不適合建筑工地的環(huán)境，并且對工人的技術(shù)要求更高，而我國研發(fā)的鋼筋端頭剝肋滾壓直螺紋設(shè)備的質(zhì)量及體積僅為國外的1/4～1/3，更適合建筑工地鋼筋端頭螺紋隨用隨滾的需求。

圖14 臺灣LIKEST公司的鋼筋螺紋滾壓設(shè)備

表1 國內(nèi)外鋼筋螺紋滾壓設(shè)備的指標對比

Tab.1 Index comparison of steel bar thread rolling equipment at home and abroad

4 結(jié)論

1）與直接滾壓直螺紋、擠壓肋滾壓直螺紋成形技術(shù)相比，鋼筋端頭剝肋滾壓直螺紋成形工藝下的螺紋牙型好、精度高，具有更好的表面質(zhì)量，螺紋直徑大小一致性提高，易于裝配，能夠保證連接質(zhì)量。

2）在鋼筋端頭剝肋與螺紋滾壓成形時，滾壓前的剝肋尺寸需滿足一定條件，此外采用三滾絲輪滾壓時，滾壓模具沿坯料圓周均布，坯料在滾壓過程中受力平衡，不需要定位支撐，具有自定心優(yōu)勢，設(shè)計模具時應(yīng)滿足滾絲輪不發(fā)生干涉的條件。

3）采用有軸向送進的螺紋滾壓方法時，滾壓模具的螺紋升角和工件的螺紋升角必須不同，滾壓模具與工件之間才會產(chǎn)生相對軸向運動；采用多模具螺紋滾壓時，為了保證每個模具滾壓出的螺紋都能夠良好銜接，滾壓成形前需對模具進行初始位置的調(diào)整。

4）鋼筋端頭剝肋滾壓直螺紋設(shè)備主要有2種類型：一種是將鋼筋剝肋機構(gòu)和螺紋滾壓機構(gòu)相互獨立設(shè)置，剝肋機構(gòu)完成鋼筋剝肋后退出，然后滾壓裝置開始工作，完成鋼筋端頭的螺紋加工；另外一種是將剝肋機構(gòu)和滾壓機構(gòu)安裝在同一主軸上，電機、減速器帶動剝肋滾壓機構(gòu)旋轉(zhuǎn)，進給機構(gòu)帶動剝肋滾壓機構(gòu)移動，完成鋼筋端頭的剝肋滾壓成形。

5）國外發(fā)達國家的半自動鋼筋端頭螺紋滾壓設(shè)備對移動臺行程精度要求較高，移動臺需要精確地停在工件前面，這大大增加了設(shè)備成本，對建筑工業(yè)來說設(shè)備價格過于昂貴。此外，該設(shè)備復(fù)雜程度高，需要在建筑工地配備專業(yè)技術(shù)人員，且設(shè)備體積龐大，無法適應(yīng)建筑工地的惡劣環(huán)境。我國鋼筋端頭剝肋滾壓直螺紋設(shè)備的質(zhì)量及體積僅為國外的1/4～1/3，方便在施工現(xiàn)場完成快速連接，有效縮短了工期，在國際市場中具有較強競爭力。

[1] 趙基達, 馮大斌, 冷發(fā)光, 等. 《建筑業(yè)10項新技術(shù)(2017版)》鋼筋與混凝土技術(shù)綜述[J]. 建筑技術(shù), 2018, 49(3): 241-243.

ZHAO Ji-da, FENG Da-bin, LENG Fa-guang, et al. Overview for Reinforcement and Concrete Technology in the Ten New Technologies for Construction Industry(2017 Edition)[J]. Architecture Technology, 2018, 49(3): 241-243.

[2] 謝建林. 剝肋滾壓直螺紋鋼筋連接技術(shù)在龍灘水電站工程中的應(yīng)用[J]. 城市建設(shè)理論研究, 2014(28): 3651-3652.

XIE Jian-lin. Application of Ribbed Rolling Straight Thread Steel Bar Connection Technology in Longtan Hydropower Station [J]. Chengshi Jianshe Lilun Yanjiu, 2014(28): 3651-3652.

[3] 呂穎, 紀曉東, 韓文龍, 等. 各規(guī)范鋼筋間接搭接設(shè)計方法對比研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu), 2019, 49(11): 20-27.

LYU Ying, JI Xiao-dong, HAN Wen-long, et al. Comparative Study on Design Methods for Noncontact Lap Splice of Rebars in Different Codes[J]. Building Structure, 2019, 49(11): 20-27.

[4] 張衡. 剝肋滾壓直螺紋連接技術(shù)在核電工程中的應(yīng)用[J]. 山西建筑, 2016, 42(34): 99-101.

ZHANG Heng. The Application of Rib-Peeling Roll-Press Thread Conjunction Technology in Nuclear Power Engineering[J]. Shanxi Architecture, 2016, 42(34): 99-101.

[5] 商寶川, 任寶泉. 淺析鋼筋的焊接連接與機械連接技術(shù)[J]. 建材發(fā)展導向, 2015(11): 97-98.

SHANG Bao-chuan, REN Bao-quan. Analysis of Welding Connection and Mechanical Connection Technology of Steel Bars[J]. Development Guide to Building Materials, 2015(11): 97-98.

[6] 朱國梁, 趙志生. 鋼筋鐓粗式等強直螺紋連接技術(shù)在高層建筑中的應(yīng)用[J]. 建筑技術(shù), 1999, 30(10): 686-687.

ZHU Guo-liang, ZHAO Zhi-sheng. Application of Upsetting Equal-Rigidity Threaded Connection Technology of Steel Bar in High-Rise Buildings[J]. Architecture Technology, 1999, 30(10): 686-687.

[7] 張洪濤. 鋼筋滾壓直螺紋連接技術(shù)在建筑工程的應(yīng)用分析[J]. 黑龍江科技信息, 2014(6): 221.

ZHANG Hong-tao. Application Analysis of Rolling Straight Thread Connection Technology of Steel Bar in Construction Engineering[J]. Heilongjiang Science and Technology Information, 2014(6): 221.

[8] 郝北一. 橋梁施工中鋼筋螺紋連接新工藝的運用[J]. 中國公路, 2021(3): 82-83.

HAO Bei-yi. Application of New Technology of Steel Bar Threaded Connection in Bridge Construction[J]. China Highway, 2021(3): 82-83.

[9] 彭志強, 林進華, 馬文良. 一種新型鋼筋錐螺紋連接技術(shù)[J]. 建筑機械, 2021(6): 57-60.

PENG Zhi-qiang, LIN Jin-hua, MA Wen-liang. A New Technology of Steel Bar Taper Thread Connection[J]. Construction Machinery, 2021(6): 57-60.

[10] 鄭祖威. 高強鋼筋螺紋加工關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 石家莊: 河北科技大學, 2021: 12-14.

ZHENG Zu-wei. Research on the Key Technology of High-Strength Steel Bar Thread Processing[D]. Shijiazhuang: Hebei University of Science and Technology, 2021: 12-14.

[11] 劉翊安, 龐國星, 王振豐, 等. HRB500鋼筋直螺紋機械連接失效研究與工藝優(yōu)化[J]. 鍛壓技術(shù), 2021, 46(3): 138-145.

LIU Yi-an, PANG Guo-xing, WANG Zhen-feng, et al. Failure Study and Process Optimization on Straight Thread Mechanical Connection on HRB500 Rebar[J]. Forging & Stamping Technology, 2021, 46(3): 138-145.

[12] 黃晟霖. 500 MPa高強鋼筋機械連接技術(shù)研究[D]. 南京: 南京航空航天大學, 2016: 6-9.

HUANG Sheng-lin. Research on Mechanical Connection of 500 MPa High Strength Rebars[D]. Nanjing: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, 2016: 6-9.

[13] 張書博. 鋼筋機械連接技術(shù)概況[J]. 科教導刊-電子版, 2018(4): 290.

ZHANG Shu-bo. General Situation of Reinforcing Bar Mechanical Connection Technology[J]. The Guide of Science & Education , 2018(4): 290.

[14] 彭志強, 林進華, 蔣濤. 數(shù)控加工在鋼筋錐螺紋連接套筒加工中的應(yīng)用[J]. 建筑機械, 2022(1): 89-92.

PENG Zhi-qiang, LIN Jin-hua, JIANG Tao. Application of CNC in the Machining of Steel Cone Screw Connection Sleeve[J]. Construction Machinery, 2022(1): 89-92.

[15] 張少純, 馬云超, 王巨星. 鋼筋滾軋直螺紋連接施工技術(shù)質(zhì)量控制[J]. 黑龍江交通科技, 2021, 44(8): 110-111.

ZHANG Shao-chun, MA Yun-chao, WANG Ju-xing. Quality Control of Steel Rolling Straight Thread Connection Construction Technology[J]. Communications Science and Technology Heilongjiang, 2021, 44(8): 110-111.

[16] KUKIELKA K, KALDUNSKI P, KUKIELKA L, et al. Prediction of the Metric Thread Quality after Axial Thread Rolling Process on Cold Using of Finite Element Methods[J]. AIP Conference Proceedings, 2019, 2078(1): 020076.

[17] KOEPFER C. Rolling Threads Has Advantages[J]. Modern Machine Shop, 2003(9): 92-96

[18] DOMBLESKY J, FENG F. Two-Dimensional and Three-Dimensional Finite Element Models of External Thread Rolling[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture, 2002, 216(4): 507-517.

[19] 宋歡, 李永堂, 齊會萍. 螺紋冷滾壓和切削加工的金屬組織變形研究[J]. 鍛壓裝備與制造技術(shù), 2010, 45(3): 58-61.

SONG Huan, LI Yong-tang, QI Hui-ping. Deformation Study on Metal Structure in the Thread Cold Rolling and Cutting Process[J]. China Metal Forming Equipment & Manufacturing Technology, 2010, 45(3): 58-61.

[20] 王祖唐. 金屬塑性成形理論[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1989: 46-47.

WANG Zu-tang. Metal Plastic Forming Theory[M]. Beijing: China Machine Press, 1989: 46-47.

[21] 宋歡. 螺紋冷滾壓模擬及實驗研究[D]. 太原: 太原科技大學, 2010: 5-10.

SONG Huan. Simulation and Experimental Study on Cold Rolling of Thread[D]. Taiyuan: Taiyuan University of Science and Technology, 2010: 5-10.

[22] DOMBLESKY J P, FENG Feng. A Parametric Study of Process Parameters in External Thread Rolling[J]. Journal of Materials Processing Tech, 2001, 121(2): 341-349.

[23] KRAMER P, GROCHE P. Defect Detection in Thread Rolling Processes-Experimental Study and Numerical Investigation of Driving Parameters[J]. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2018, 129: 27-36.

[24] KUKIELKA K, KALDUNSKI P, KUKIELKA L. Prediction of the Metric Thread Quality after Axial Thread Rolling Process on Cold Using of Finite Element Methods[J]. AIP Conference Proceedings, 2019, 2078(1): 1-6.

[25] 陳飛, 雷步芳, 齊會萍. 滾壓參數(shù)對螺紋成形影響的實驗研究[J]. 鍛壓裝備與制造技術(shù), 2012, 47(5): 76-79.

CHEN Fei, LEI Bu-fang, QI Hui-ping. Experimental Study on Influence of Rolling Parameters on Thread Forming Process[J]. China Metal Forming Equipment & Manufacturing Technology, 2012, 47(5): 76-79.

[26] 張大偉, 趙升噸, 吳士波. 一種確定螺紋花鍵同時滾壓成形用模具結(jié)構(gòu)的方法: CN201310466295.7[P]. 2015-06-03.

ZHANG Da-wei, ZHAO Sheng-dun, WU Shi-bo. A Method for Determining Die Structure for Simultaneous Rolling Forming of Thread Splines: CN103521665A[P]. 2015-06-03.

[27] BUDZISZEK B L. High Performance Thread Rolling and Thread Locking Fastener: US15671737[P]. 2018-02-22.

[28] ZHELEZKOV O, MALAKANOV S, SEMASHKO V. Prediction of Thread Rolling Tools Wear Resistance[J]. Procedia Engineering, 2017, 206: 630-635.

[29] 高博, 蓋文, 王青川, 等. 大直徑高強度螺栓螺紋滾壓方案[J]. 金屬加工(冷加工), 2021(8): 38-39.

GAO Bo, GAI Wen, WANG Qing-chuan, et al. Rolling Scheme of Big-Diameter High-Strength Bolt Thread[J]. Metal Working (Metal Cutting), 2021(8): 38-39.

[30] 宋建麗, 劉志奇, 李永堂. 軸類零件冷滾壓精密成形理論與技術(shù)[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2013: 1-5.

SONG Jian-li, LIU Zhi-qi, LI Yong-tang. Theory and technology on Cold Rolling Precision Forming of Shaft Parts[M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2013: 1-5.

[31] 楊中桂, 劉萍, 王建楹, 等. 圓弧螺紋滾壓過程仿真研究[J]. 機電工程技術(shù), 2019, 48(10): 62-64.

YANG Zhong-gui, LIU Ping, WANG Jian-ying, et al. Simulation Study on Rolling Process of Arc Thread[J]. Mechanical & Electrical Engineering Technology, 2019, 48(10): 62-64.

[32] 李貴長. 花鍵、螺紋冷滾壓成形計算機數(shù)值模擬系統(tǒng)[D]. 太原: 太原科技大學, 2008: 15-18.

LI Gui-chang. System of Computer Numerical Simulation on Cold Rolling Forming of Splines and Threads[D]. Taiyuan: Taiyuan University of Science and Technology, 2008: 15-18.

[33] 趙玉民, 倪俊義. 基于Deform-3D的外螺紋三輥斜軋成形有限元分析[J]. 熱加工工藝, 2010, 39(21): 96-98.

ZHAO Yu-min, NI Jun-yi. Finite Element Analysis on Outer Thread Three Cross Rolling Forming Based on Deform-3D[J]. Hot Working Technology, 2010, 39(21): 96-98.

[34] 陳飛. 螺紋冷滾壓參數(shù)實驗研究[D]. 太原: 太原科技大學, 2012: 25-28.

CHEN Fei. Experimental Study on Cold Rolling Parameters of Thread[D]. Taiyuan: Taiyuan University of Science and Technology, 2012: 25-28.

[35] ZHANG Shuo-wen, ZHAO Sheng-dun, JIANG Fei, et al. Analysis of Thread Rolling Process Using an Analytical Single Tooth Rolling Model Based on the Slip Line Field Theory and Slab Method[J]. Journal of Manufacturing Processes, 2022, 76: 675-686.

[36] KUKIELKA K, KUKIELKA L. Modeling and Numerical Analysis of the Thread Rolling Process[J]. Proceedings in Applied Mathematics and Mechanics, 2006, 6(1): 745-746.

[37] 趙玉民，宋黎，袁明月. 釬桿波形螺紋滾壓成形的數(shù)值模擬與實驗研究[J]. 鍛壓技術(shù), 2011, 40(5): 94-96.

ZHAO Yu-min, SONG Li, YUAN Ming-yue. Numerical Simulation and Experimental Research on Roll Forming for Waveform Thread of Drill Rod[J]. Hot Working Technology, 2011, 40(5): 94-96.

[38] 齊會萍. 螺紋冷滾壓理論與工藝參數(shù)研究[D]. 太原: 太原科技大學, 2007: 5-7.

QI Hui-ping. Research on the Theory and Process Parameter of Cold Thread Rolling[D]. Taiyuan: Taiyuan University of Science and Technology, 2007: 5-7.

[39] 蔣飛, 趙升噸, 張碩文, 等. 用于形成內(nèi)螺紋的軸向自進給三滾壓模具成形方式[J]. 重型機械, 2021(5): 42-48.

JIANG Fei, ZHAO Sheng-dun, ZHANG Shuo-wen, et al. Axial Self-Feeding Three-Rolling Die Forming Method for Forming Internal Threads[J]. Heavy Machinery, 2021(5): 42-48.

[40] 范淑琴, 王琪, 趙升噸, 等. 外螺紋滾壓成形的多個滾絲輪的相位調(diào)整角的研究[J]. 鍛壓裝備與制造技術(shù), 2018, 53(4): 73-78.

FAN Shu-qin, WANG Qi, ZHAO Sheng-dun, et al. Study on the Phase Adjustment Angle of Multiple Thread Rollers with External Thread Roll Forming Process[J]. China Metalforming Equipment & Manufacturing Technology, 2018, 53(4): 73-78.

[41] 曾賢凱. 鋼筋剝肋滾軋直螺紋機械連接技術(shù)在施工中的應(yīng)用[J]. 建筑工程技術(shù)與設(shè)計, 2016(17): 208-210.

ZENG Xian-kai. Application of Rebar Stripping Rib Rolling Straight Thread Mechanical Connection Technology in Construction[J]. Architectural Engineering Technology and Besign, 2016(17): 208-210.

[42] WANG T F. Automatic Steel-Bar Coupling Head Making Machine: US9713863[P]. 2017-07-25.

[43] 王學源. 螺紋滾絲機加工技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用[J]. 科學技術(shù)創(chuàng)新, 2020(20): 162-163.

WANG Xue-yuan. Development and Application of Thread Rolling Machine Processing Technology[J]. Scientific and Technological Innovation, 2020(20): 162-163.

[44] 鄭勐. 建筑鋼筋滾絲機滾輪的改進設(shè)計[J]. 現(xiàn)代制造工程, 2004(3): 80-81.

ZHENG Meng. Improved Design of Roller of Building Steel Bar Rolling Machine[J]. Machinery Manufacturing Engineer, 2004(3): 80-81.

[45] 徐曉桐. 一種外螺紋滾壓設(shè)備及其螺紋滾壓方法: CN113290177A[P]. 2021-08-24.

XU Xiao-tong. Roller Brush Molding Pipe Thread Cutting Machine and Method for Manufacturing Thread: CN113290177A[P]. 2021-08-24.

[46] 于金利. 鋼筋剝肋滾絲機: CN202447566U[P]. 2012-09-26.

YU Jin-li. Rib Stripping Rolling Machine for Reinforced Steel Bars: CN202447566U[P]. 2012-09-26.

[47] 劉子金, 趙紅學, 汶浩. 鋼筋螺紋自動化加工生產(chǎn)線的研制[J]. 建筑機械化, 2014, 35(2): 83-87.

LIU Zi-jin, ZHAO Hong-xue, WEN Hao. Development of the Steel Threaded Automation Processing Production Line[J]. Construction Mechanization, 2014, 35(2): 83-87.

[48] 汶浩. 鋼筋直螺紋自動加工機構(gòu)的研制[J]. 建筑機械化, 2017, 38(7): 43-45.

WEN Hao. Development of Reinforced Straight Thread Automatic Processing Mechanism[J]. Construction Mechanization, 2017, 38(7): 43-45.

[49] 張敏, 陳文, 汪祥國. 鋼筋滾軋直螺紋絲頭長度精準控制技術(shù)[J]. 江西公路科技, 2019(4): 31-33.

ZHANG Min, CHEN Wen, WANG Xiang-guo. Precise Control Technology of Straight Thread Head Length in Steel Bar Rolling[J]. Jiangxi Highway Technology, 2019(4): 31-33.

[50] 程明龍, 賈延奎, 張德遠. 高強螺紋滾壓工藝的有限元模擬及試驗研究[J]. 工具技術(shù), 2017, 51(5): 18-22.

CHENG Ming-long, JIA Yan-kui, ZHANG De-yuan. Numerical and Experiment Study of Cold Rolling Processing for High-Strength Thread[J]. Tool Engineering, 2017, 51(5): 18-22.

Research Status of High-efficient and Precise Rolling Process and Equipment of Steel Bar End Threads for Construction

FAN Shu-qin1, WANG Ke-xin1, QIU Ming-jun1,2, ZHAO Sheng-dun1,3, WANG Yong-fei1, CHEN Chao3

(1. School of Mechanical Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049, China; 2. China National Heavy Machinery Research Institute Co., Ltd., Xi'an 710032, China; 3. Light Alloy Research Institute, Central South University, Changsha 410083, China)

Reinforced concrete structures are widely used in large buildings, roads and bridges, airport terminals, nuclear power stations, and other famous architectural fields. With the continuous growth of the demand for large-diameter and extra-long steel bars in tall engineering buildings on the market, it is urgent and vital to realize the high-efficient and precise manufacturing of threads at both ends of each steel bar since multiple steel bars are connected through threads. The manufacturing process of threads at both ends of steel bar at home and abroad was analyzed. The basic principle and process of rolling and plastic forming of steel bar end threads were discussed. The problems such as the stripping rib size of steel bar connection end, the structure of rolling die, the axial movement between workpiece and rolling die, and the phase requirement of die before rolling forming were summarized. The basic principle, working process and characteristics of the rolling equipment for steel bar end threads at home and abroad were further concluded, thus laying a good foundation for the promotion and popularization of high-efficient and precise rolling forming technology and equipment technology for two end threads of building steel bars.

construction industry; steel bar; thread; rolling process; equipment

10.3969/j.issn.1674-6457.2022.07.001

TG335

A

1674-6457(2022)07-0001-10

2022–03–23

國家自然科學基金聯(lián)合重點基金項目（U1937203）；國家自然科學基金青年項目（52105397）；西安交通大學金屬材料強度國家重點實驗室開放研究項目（1991DA105206）；湖南省“湖湘高層次人才”項目（2021RC5001）

范淑琴（1977—），女，博士，副教授，主要研究方向為塑性加工工藝與設(shè)備。

趙升噸（1962—），男，博士，教授，主要研究方向為塑性加工工藝與設(shè)備。

責任編輯：蔣紅晨