2. Механическая обработка сталей

2.1. Заготовка арматурной стали, поставляемой в мотках (в бухтах).

2.2. Заготовка арматурной стали, поставляемой в прутках.

2.3. Резка сортового и фасонного проката.

2.4. Гибка арматуры.

2.5. Изготовление арматурных сеток и каркасов.

2.6. Виды сварных соединений.

2.7. Изготовление закладных деталей.

2.8. Виды закладных деталей.

Механическая обработка стали для арматурных изделий включает в себя:

-         размотку;

-         правку;

-         отмеривание и резку стали;

-         гибку отдельных стержней;

-         гибку сеток и каркасов;

-         изготовление монтажных петель и другие операции.

2.1. Заготовка арматурной стали, поставляемой в мотках (в бухтах).

В бухтах поставляется арматурная сталь D=3 – 12 мм классов В500, Вр500, A240, A300, A400, Aт400с.

Заготовка производится на правильно-отрезных станках и автоматах.

 Одновременно производятся следующие операции:

-         правка и чистка.

Отклонения от прямолинейности стержней не должны превышать:

-  для D<10 мм – 3 мм на 1 м длины;

-  для D³10 мм – 6 мм на 1 м длины.

В настоящее время на заводах ЖБК широко используются правильно-отрезные станки:

-         СМЖ – 357 (См. рис. 5);

-         И – 6118;

-         И – 6022 А;

-         ГД – 162.

Принцип работы этих станков одинаков.

Станки имеют:

-         подающие ролики, с помощью которых арматура сматывается с бухты;

-         вращающийся правильный барабан, где арматурная сталь выпрямляется правильными планками и одновременно очищается;

-         отрезное устройство гильотинного типа;

-         приемно-выдающее устройство с продольными канавками для направления выправленных стержней и поворотной планкой, закрывающей канавку при приеме стержня и откидывающейся при его сбросе.

-         размоточное устройство;

-         ограждение.

Установку СМЖ – 357 (рис. 5) выпускают с приемно-выдающим устройством длиной 6 м. Для получения стержней большей длины применяют дополнительные секции этого устройства длиной 2 м. Установка СМЖ – 357 имеет высокую производительность (скорость подачи арматуры 30 – 90 м/мин), позволяет править сталь периодического профиля.

Длина заготовляемых стержней на установке СМЖ –357 от 1000 мм до 9000 мм.

Рис. 5. Установка СМЖ-357 для правки и резки арматурной стали

1 – сборник арматуры; 2 – приемно-сбрасывающее устройство; 3 – электрооборудование; 4 – станок; 5 – ограждение с приспособлением для заправки; 6 – размоточное устройство

Рис. 6. Станок СМЖ-322А для резки арматурной стали

1 – станина; 2 – гидроцилиндр механизма подпора; 3, 9 – подвижный и неподвижный ножи, 4 – пульт управления; 5 – электродвигатель, 6 – электрошкаф, 7 – переключатель; 8 – напорный гидрораспределитель гидросистемы

Технологическая производительность правильно-отрезных станков зависит от коэффициента использования их по времени, который при хорошей организации труда может быть 0,75 – 0,85.

1) Расчетно-конструктивная производительность станков, работающих по принципу непрерывной подачи арматуры:

2) Производительность станков, у которых на период резки стержней подача арматуры прекращается, зависит от длины отрезаемого стержня:

 ,                                               (3)

где      D – диаметр тянущих роликов, м;

n – частота вращения тянущих роликов, мин^-1;

n₁ – частота вращения тянущих роликов соответствующая длине отрезаемых прутков, мин^-1;

а – масса 1 м круглой арматуры, т;

с – число оборотов ролика за период резки;

К – коэффициент, учитывающий проскальзывание тянущих роликов, равный 0,95 – 0,98.

Для практических расчетов при выборе технологического оборудования используется формула, учитывающая технические характеристики станков:

,                                                    (4)

где   t - продолжительность смены, ч;

u - скорость подачи и правки, м/мин;

а – масса 1 м арматуры, кг;

К_в – коэффициент использования во времени в течение смены;

a - коэффициент снижения производительности при перерыве подачи арматуры на период резки.

 ,                                                              (5)

где       t_п – время правки стержня определенной длины, мин;

 t_Р – время резки, мин.

2.2.         Заготовка арматурной стали, поставляемой в прутках.

В прутках поставляется горячекатаная арматурная сталь D=10 – 40 мм, классов A240, A300, A400, A600, A800, A1000, A12000.

Заготавливается такая арматура на механических и гидравлических приводных станках для резки арматурной стали.

Заготовляемые стержни должны быть прямыми, без заусенцев и загибов по концам.

Отклонения от прямолинейности на 1 м длины не должны превышать 6 мм.

Серийно выпускаемые станки для резки арматуры по принципу работы разделяются на 2 группы:

-         механические: - СМЖ – 172Б;

                                 - СМЖ – 322А (см. рис. 6);

-    гидравлические: - СМЖ –133А;

                                  - СМЖ – 175А;

                                  - СМЖ – 214А.

По эксплуатационным качествам наиболее эффективен механический станок СМЖ – 322А.

В одном из исполнений станок комплектуется механизмом противодавления резке, обеспечивающим ровный срез стержня, перпендикулярный к его оси без заусенцев и отгиба конца.

Большая толщина ножей повышает их износостойкость и позволяет работать несколькими гранями с поворотом ножей при износе.

Для особо чистой резки стали, могут устанавливаться ножи с полукруглыми режущими гранями.

2.3.  Резка сортового и фасонного проката.

Для резки сортового и фасонного проката, листа и пробивки отверстий при изготовлении закладных сталей следует применять комбинированные пресс-ножницы:

-         СМЖ – 229А (см. рис. 7);

-         НБ – 633;

-         Н – 5222.

Пресс-ножницы СМЖ – 229А предназначены для резки круглого, уголкового, швеллерного и квадратного проката, листа, а также пробивки отверстий и треугольной высечки, необходимых при заготовке элементов закладных деталей.

Пресс-ножницы НБ – 633 и Н – 5222 близки по конструкции и принципу действия пресс-ножницам СМЖ – 229А. Они отличаются в основном повышенной мощностью электродвигателя и некоторыми другими показателями.

Рис. 7. Комбинированные пресс-ножницы СМЖ-229А

1 – станина; 2 – плита; 3, 6 – механизм передачи; 4, 10 – пусковые рычаги; 5 – ползун; 7 – электродвигатель; 8 – пакетный выключатель, 9, 11 – верхний и нижний упоры, 12, 13 - ножи

2.4. Гибка арматуры.

Для гибки арматурных стержней рекомендуется применять серийно выпускаемые универсальные станки:

-         СМЖ –173А (см. рис. 8);

-         СМЖ – 179А.

Рис. 8. Приводной станок СМЖ-173А для гибки арматурных стержней

а – общий вид; б – кинематическая схема; 1 – упорный палец; 2 – гибочный палец; 3 – осевой палец; 4 – рабочий диск; 5 – планка с гнездами для установки упорных пальцев; 6, 7 – червячная передача; 8 – электродвигатель; 9 – клиноременная передача; 10, 11 – шестеренчатая передача

Рис. 9. Станок СМЖ-353А для гибки сварных сеток

1 – гибочная балка; 2 – передвижной упор; 3 – поворотный рычаг; 4 – пневмоцилиндр; 5 – тяга;

6 – коллектор; 7 – шарнир; 8 – стол; 9 – изгибаемая сетка; 10 – пальцы с втулками для прижатия сетки

Принцип работы станков одинаков.

Станок СМЖ – 173А состоит из:

1. рамы;
2. редуктора;
3. плиты;
4. приспособлений для гибки прутков;
5. электрооборудования;
6. педального управления.

В комплект станка входят:

1. набор сменных осевых пальцев;
2. набор сменных гибочных пальцев;
3. набор сменных упорных пальцев;
4. набор пластин и оправок, подбираемых в зависимости от диаметра изгибаемой арматуры.

Скорость вращения гибочного диска можно изменять перестановкой шестерен.

Для угловой гибки арматурных сеток и плоских каркасов рекомендуется использовать серийно выпускаемые станки СМЖ – 353А (см. рис. 9) и ПО –725.

Пневматический станок СМЖ –353А предназначен для гнутья сеток и плоских каркасов из арматурной стали диаметром до 12 мм и длиной до:

-         3000 мм;

-         6000 мм;

-         9000 мм.

За несколько ходов гибочной балки станка с перестановкой сетки она может приобрести форму замкнутого контура.

Гибку монтажных петель, хомутов и анкерных стержней следует выполнять на станках СМЖ – 173А и СМЖ – 179А.

Для использования полной мощности станка рекомендуется несколько стержней небольшого диаметра; при пакетном гнутье пользуются специальными держателями.

Производительность станков для гибки стержневой арматуры:

,                                                           (6)

где      T – фонд рабочего времени станка в смену, ч;

n_д – частота вращения рабочего диска, мин^-1;

n – число одновременно изгибаемых стержней, шт;

q – масса 1 м арматуры, кг.

2.5. Изготовление арматурных сеток и каркасов.

 Арматурные элементы для сборных железобетонных конструкций можно разделить:

-         сетки;

-         плоские каркасы;

-         пространственные каркасы;

-         элементы для предварительного напряжения;

-         закладные детали.

Сетки – это арматурные элементы из проволоки одинакового диаметра. Чаще всего применяются как монтажная арматура (например: верхняя сетка пустотных и ребристых плит).

Плоские каркасы – выполняют из рабочих и распределительных стержней, используя их как несущие элементы. Плоские каркасы обеспечивают полную систему армирования конструкций в плоскости, перпендикулярной действующим нагрузкам.

Пространственные каркасы – выполняют из рабочей, распределительной и монтажной арматуры, обеспечивающей полную систему армирования конструкций.

Пространственные каркасы для армирования колонн, прогонов, балок, труб, опор и других видов конструкций могут быть:

-         прямоугольного сечения;

-         квадратного сечения;

-         таврового сечения;

-         круглого сечения.

При выборе способа сварки соединений арматуры исходят из следующих условий:

-         применения сварных соединений и технологии сварки, обеспечивающих наиболее высокую эксплуатационную надежность и наиболее полное использование механических свойств арматурной стали;

-         максимально возможного сокращения материальных и трудовых затрат на выполнение сварных соединений при помощи автоматизированных и механизированных способов сварки; эффективных и высокоэффективных сварочных материалов; эффективных методов контроля качества сварных соединений.

2.6. Виды сварных соединений (см. приложение 1).

 В процессе производства арматурных работ применяют несколько способов контактной электросварки:

-         непрерывное оплавление;

-         оплавление с подогревом;

-         импульсное оплавление;

-         новый прогрессивный способ сварки металлов трением, который отличается высокой производительностью, высоким качеством и стабильностью сварного соединения, низкой потребляемой мощностью (15 – 20 Вт/мм²).

При изготовлении сеток и каркасов применяют, главным образом, контактно-стыковую и точечную сварку и только для стержней больших диаметров используется электродуговая сварка.

Контактно-точечной электросваркой соединяют узлы сеток и каркасов, состоящие из 2-х, 3-х пересекающихся под углом 60 – 90^о стержней. Высокое качество сварных соединений обеспечивается правильным выбором основных параметров режима сварки:

-         силы сварочного тока;

-         продолжительности процесса;

-         усилия сжатия электродов.

В зависимости от длительности сварки, силы и плотности сварочного тока разделяют:

-         мягкий режим сварки;

-         жесткий режим сварки.

Мягкий режим сварки – характеризуется сравнительно большим временем пропускания тока (от 0,5 до нескольких секунд), силой тока = (4 – 8)×10³А и плотностью тока = (8 –12)×10^-5А/м².

Жесткий режим сварки – более целесообразен в технико-экономическом отношении, отличается весьма короткой продолжительностью сварки – 0,01 – 0,5 с., при силе тока = (8 – 20)×10³А и плотностью тока = (12 –30)×10^-5А/м².

Арматуру из малоуглеродистых сталей можно сваривать при жестких и мягких режимах.

Сварку из низколегированных сталей, свариваемость которых несколько хуже, рекомендуется проводить только при мягких режимах.

Сварку холоднотянутой арматуры во избежание отжига и потери наклепа необходимо вести только в жестком режиме.

Качество сварки зависит от усилия сжатия стержней электродами сварочной машины, которое в зависимости от диаметра и вида арматуры принимается равным от 1 до 10 кН.

Плоские каркасы и сетки можно изготавливать на одно-, двух- и многоэлектродных машинах.

В условиях мелкосерийного производства узкие и малогабаритные сетки, плоские каркасы широкой номенклатуры, а также закладные изделия изготавливают с использованием одноточечных машин общего назначения, которые выбирают в зависимости от диаметров свариваемых стержней, учитывая паспортные характеристики сварочных машин.

В условиях серийного производства сеток и каркасов преимущественно применяют специализированные контактные многоточечные машины автоматического и полуавтоматического действия.

При изготовлении пространственных каркасов используют контактные подвесные машины.

Стыковая сварка арматуры осуществляется на контактных машинах общего назначения и на специализированных автоматических машинах, работающих в единой автоматической линии сварки и безотходной заготовки арматуры.

Одноэлектродные сварочные машины:

-         применяют для сварки сеток и каркасов с предварительной заготовкой продольных и поперечных элементов, которые раскладываются в процессе сварки вручную.

Производительность таких машин в большей степени зависит от продолжительности выполнения оператором (сварщиком) вспомогательных операций:

-       подача и раскладка стержней;

-       перемещение изделия в процессе сварки;

-       снятие готовых изделий.

Сварка сеток и каркасов массой более 25 кг. на одноэлектродных сварочных машинах нерациональна, так как повышает утомляемость рабочих и снижает их производительность.

Машина МТМК – 3´100-1 (см. рис. 10, а) выполняет сварку каркасов шириной до 775 мм из предварительно заготовленных продольных стержней D = 5 – 25 мм и поперечных стержней D = 4 – 12 мм. Производительность такой машины составляет 180 м/ч.

Принцип работы машины МТМК – 3´100-1:

- продольные стержни раскладываются и заправляются в подающее устройство машины, а поперечные стержни поступают из бункера автоматически.

Перемещение свариваемого изделия на заданный шаг автоматизировано.

 Машина может быть использована для одновременной сварки двух каркасов общей шириной до 700 мм.

Автоматизированная линия И-2АК-1: (см. рис. 10, б):

- предназначена для сварки двухстержневых каркасов шириной от 70 до 900 мм.

 Подача продольных и поперечных стержней предусмотрена сначала в правильное устройство, а затем под электроды машины. Производительность такой линии – от 24 до 360 м/ч.

Плоские сетки и каркасы шириной от 600 мм до 3800 мм изготавливают на комплексно-механизированных  и автоматизированных высокопроизводительных линиях (см. рис. 11).

В состав линий входят:

-         групповые бухтодержатели для продольной и поперечной арматуры;

-         правильные устройства;

-         узел приема и подачи поперечных стержней;

-         многоэлектродная сварочная машина;

-         устройство для поперечной и продольной резки сетки;

-         пневмопакетирующее устройство.

Рис. 10. Схемы организаций технологических линий для сварки плоских каркасов:

а – на машине МТМК-3×100; б – на автоматизированной линии И-2АК-1; 1 – стол для продольных стержней; 2 – каретка; 3 – машина МТМК-3×100; 4 – приемные столы; 5 – стеллаж; 6 – готовые каркасы; 7 – бухтодержатели; 8 – тормозное устройство; 9 – механизм подачи и правки стержней; 10 – сварочная машина; 11 – ножницы для резки каркасов; 12 – приемно-пакетирующее устройство; 13 - контейнер

Основным сварочным оборудованием комплексно-механизированных и автоматизированных линий являются многоэлектродные машины типа:

-         МТМС – для сварки каркасов и сеток из предварительно заготовленных продольных и поперечных стержней;

-         АТМС – подача продольных и поперечных стержней производится с бухт без предварительной заготовки.   

Все операции на линиях, за исключением укладки бухт в бухтодержатели и снятия готовых пакетов или рулонов сеток, автоматизированы.

Применение многоэлектродных сварочных машин снижает трудоемкость процесса и создает возможность рационально использовать производственную площадь.

Рис. 11. Автоматизированная линия изготовления широких арматурных сеток:

1 – установка для сматывания сетки в рулон; 2 – контейнер с пакетом сеток; 3 – пакетировщик сеток;

4 – рольганг для перемещения сетки; 5 – ножницы для поперечной резки сетки; 6 – многоэлектродная сварочная машина АТМС-14×75-7; 7 – правильное устройство; 8 – станина с направляющими роликами; 9 – бухтодержатели; 10 – консольный кран; 11 – электроточила; 12 – устройство для поперечной подачи проволоки; 13 – машина для стыковой сварки; 14 – ножницы для продольной резки сетки; 15 – разделитель для укладки сетки

Пространственные каркасы размером в плане 3´7,2 м собирают на вертикальных кондукторах-манипуляторах типа СМЖ – 56А и аналогичных установках спаренного типа СМЖ – 286Б (см. рис. 12). Сварка арматурных элементов производится подвесными сварочными клещами.

Рис. 12. Вертикальная установка СМЖ-286Б для сборки и сварки арматурных каркасов:

1 – колонна; 2 – трансформатор подвесной сварочной машины; 3 – привод перемещения сварочной машины по монорельсу; 4 – монорельс; 5 – поворотная консоль; 6 – клещи; 7 – рама; 8 – подвижная площадка с кондуктором; 9 – арматурная сетка; 10 – привод механизма подъема площадки

Рис. 13. Установка для сварки объемных каркасов:

1 – приямок; 2 – фундамент; 3 – передвижные рамы; 4 – опорная станина; 5 – привод; 6 – каркас; 7 – сварочные клещи

 При массовом производстве однотипных стандартных изделий технологический процесс может быть организован по принципу непрерывного потока с наиболее целесообразной расстановкой оборудования, при которой полностью устраняются возвратные движения.

Большое значение имеет комплексная механизация всех операций технологического процесса, позволяющая снизить трудоемкость производства.

2.7. Изготовление закладных деталей.

Назначение закладных деталей:

 Закладные детали, устанавливаемые в изделие при его изготовлении, служат для соединения сборных железобетонных конструкций при монтаже.

В среднем расходуются около 8 кг закладных деталей на 1 м³ сборных конструкций.

Для некоторых типов железобетонных конструкций – до 90 кг (колонны, ригели).

В железобетонных конструкциях следует применять унифицированные закладные детали, которые состоят из элементов профильного проката и анкерных стержней, соединенных между собой сваркой

Изготовление закладных деталей состоит из операций:

-         очистка анкерных стержней;

-         резка анкерных стержней;

-         изгиб анкерных стержней;

-         выполнение отверстий в заготовках;

-         штамповка рельефа;

-         тавровые и нахлесточные соединения.

Заготовленные детали очищают от ржавчины пескоструйными аппаратами.

Для тавровых соединений анкерных стержней из стали класса А240, А300, А400 диаметром 10 – 40 мм с плоскими элементами (Т1-Мф) применяют сварку под флюсом (см. прил. 1).

Применяются полуавтоматические станки АДФ – 2001, производительностью 1000 соединений в смену.

Контролируемые параметры режима сварки:

1)      зазор в момент отрыва торца стержня от поверхности плоского элемента;

2)      сила сварочного тока;

3)      напряжение дуги;

4)      продолжительность горения дуги;

5)      величина осадки стержня в ванну.

Нахлесточные соединения пластин с анкерами D = 8 – 20 мм (Н2-Кр, Н3-Кп) выполняются контактной рельефной сваркой.

Для этого в элементах листового или профильного проката выштамповывают рельефы, чтобы уменьшить площадь контакта для получения необходимой плотности тока и удельного давления в зоне сварки.

Изготовление закладных деталей электродуговой сваркой допускается в тех случаях, когда нельзя применить сварку под флюсом или контактно-рельефную (так как электродуговая сварка имеет большую трудоемкость).

Последней стадией изготовления закладных деталей является их антикоррозионная обработка.

В заводских условиях чаще всего применяется металлизация – нанесение на поверхность тонкого слоя цинка, алюминия или другого защитного слоя.

Долговечность антикоррозионного покрытия зависит от подготовки поверхности. Поверхность должна быть сухой, чистой и шероховатой.

При нанесении цинкового покрытия проволока Ц–1 D=1 – 2 мм расплавляется и распыляется в металлизаторе струей воздуха под давлением 0,4 – 0,6 МПа. Защитное покрытие наносят по обе стороны пластины.

2.8. Виды закладных деталей.

 1) Тавровое и крестовое соединения

2) Контактно-рельефное соединение

3) Электродуговая сварка