CN104695438A - 地锚拉杆结构及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地锚拉杆结构，包括地锚锁紧扣和拉杆，所述拉杆的一端端部固定于地锚锁紧扣所设的安装槽口内，所述安装槽口与拉杆匹配，所述拉杆与安装槽口之间设有一层隔热膜，所述地锚锁紧扣与拉杆通过锻造固定成一体结构。从上述结构可知，本发明的地锚拉杆结构及其加工方法，通过将拉杆和地锚锁紧扣分体制备后锻造成整体，相比于整体锻造的加工方式，大大降低了设备成本和模具成本，通过冷拔的方式将圆钢拉制成拉杆，不仅可以满足拉杆的直径要求，通过在拉杆和地锚锁紧扣之间设有隔热膜进行锻造加工，避免拉杆与地锚锁紧扣连接部位的强度降低，加工成本低于直接选用高强度材料的拉杆的成本，通过冷拔方式，使拉杆产生了冷变形强化，提高了拉杆的强度。

Description

地锚拉杆结构及其加工方法

技术领域

本发明涉及地锚拉杆领域，具体涉及一种地锚拉杆结构及其加工方法。

背景技术

地锚顾名思义就是地下的锚，将物体拴在地锚上可以起到固定作用。地锚的种类很多，主要区别在于材料及形状两个方面，依据需要固定的物体，可以采用不同的地锚。地锚用途广泛，堤坝、山体、树木、电线杆等，需要将物体固定在地面上的情况下经常用到。

地锚需装配拉杆才能使用，装配件中的零件及其功能如下：

（1）地锚：进入地下一定深度后，可在拉杆的牵引作用下转动，直至与拉杆垂直，产生锚固力。

（2）铆钉：铆接地锚与牵引扣，主要承受剪应力的作用，一般用调质钢制造。

（3）牵引扣：其上带有螺纹孔，与拉杆螺纹联接。

（4）拉杆（也称为地锚拉杆）：其长度对锚固力有着重要的影响，长度越长，即地锚进入地下的深度越大，锚固力也就越大。其承载能力主要取决于材料及直径，其制造成本占到地锚组件总成本的一半，所以，直径宜小不宜大。

地锚组件存在的问题

土壤对埋入地下的地锚及地锚拉杆的腐蚀作用是显而易见的，既存在化学腐蚀，也存在电化学腐蚀，与材料的物理化学交互作用下，很容易使地锚组件因受腐蚀而失去效用。在实践中，影响土壤腐蚀性的因素有土壤类型、杂散电流、土壤含盐量、微生物腐蚀以及地下水位等，土壤以其结构的多相性、多孔性和不均匀性而表现为一种复杂多变的电解质，加之易受季节气候和地理环境的影响，其腐蚀性的大小是众多因素联合作用的结果。

由于地锚组件埋入地下后长期使用，所以，必须具有良好的耐腐蚀性能，为此，地锚组件中的每个零件必须镀锌，以提高其耐腐蚀性。锌的耐腐蚀机理有机械保护及电化学保护两个方面，在腐蚀条件下锌层表面有ZnO、Zn(OH)₂及碱式碳酸锌保护膜，一定程度上减缓锌的腐蚀，这层保护膜受到破坏又会形成新的膜层。当锌层破坏严重，危及到铁基体时，锌对基体产生电化学保护，锌的标准电位-0.76V，铁的标准电位-0.44V，锌与铁形成微电池时锌作为阳极被溶解，铁作为阴极受到保护。

埋入地下的地锚组件能够长期维持锚固力得益于镀锌，而锚固力又与组件中的每一个零件有关，其中任何一个零件失去效用，整个地锚组件就失去了效用，因此，要求每一个零件都必须具有良好的耐腐蚀性能。如果镀锌层受到破坏就会丧失耐腐蚀性，从而导致地锚组件整体锚固力下降直至失去效用。

地锚拉杆与牵引扣螺纹联接是目前世界范围内最常见的装配方法。螺纹联接就是相同螺距的外螺纹与内螺纹的配合，良好的螺纹联接除了要求一定的尺寸精度外，螺纹沟槽内不能有影响螺纹联接的杂物，否则，很难旋进旋出，也会导致后续镀锌时产生锌镏和锌渣。为此，镀锌后的内螺纹必须作扩丝处理，而扩丝后，内螺纹中的锌层被全部去除，母材基底失去锌层的保护作用。因此，地锚组件埋入地下后，内螺纹成为整个组件中最不耐腐蚀的地方，它的腐蚀极易造成锚固力的丧失。有种情形很能说明这个问题，那就是，地锚组件使用2~3年后，张紧或遇到强风时，拉杆将会被直接从地下拉出。

焊接地锚拉杆存在的问题

目前，为了避免螺纹耐腐蚀性差而导致的极限强度下降问题，所采取的方法主要以焊接为主，大量的研究表明，虽然焊接可以避免地锚组件母材的裸露，但是并不能明显提高其耐腐蚀性，某些焊接缺陷甚至会造成地锚组件的严重实效。

（1）焊接组织不均匀

焊接是一种局部加热熔化的成形工艺，焊区组织与周围组织有区别，热影响区的组织与母材组织也稍有区别，这种组织的不均匀将导致材料的耐腐蚀性下降。

（2）焊接残余应力

焊接局部加热的特点，使构件整体受热不均，热胀冷缩不一致，导致焊后构件内部存在残余应力。残余应力的实质是晶体原子处于弹性歪扭状态，具有较高的能量状态，使材料的耐腐蚀性下降。

（3）未焊透、夹渣等缺陷

地锚拉杆部分直径较小，与锁紧扣要求周焊，焊接难度比较大，很容易出现未焊透、夹渣等缺陷，电流控制不好或者引弧距离不当甚至直接击穿拉杆部分。

以上这些缺陷都将导致地锚拉杆极限强度的下降，使地锚拉杆的极限强度不能得到有效保证。

由于一般的拉杆直径在10毫米以内，长度却可以达到几米，而锁紧扣部分的最大尺寸为20毫米，显然整体锻造的成本非常大甚至直接不可能进行整体锻造。

制造拉杆的关键是选择材料，而选材的主要依据是力学性能，为此，首先需要计算拉杆的抗拉强度：

显然，拉杆只能用圆钢制造，圆钢分为两种，一种是热轧圆钢，另一种是冷轧圆钢，热轧圆钢主要有三种材质：普通碳素结构钢，优质碳素结构钢以及合金结构钢，其中普通碳素结构钢、优质碳素结构钢抗拉强度一般在600MPa以下，冷轧之后一般在700MPa以下，达不到750MPa的最低要求，所以只能选用合金结构钢，市场上最常见的是40Cr钢，小直径的以冷拔钢居多，一般选定的材料为冷拔40Cr圆钢，其强度就可以满足要求。

锁紧扣的薄弱部分在双耳的孔边缘，要求的抗拉强度计算如下：

对锻造而言，抗拉强度要求比较低，35钢就能达到要求，为保险起见，选用45钢。

但是在实验过程中，锻造后的地锚拉杆组件却达不到强度要求。经研究发现，是由于在锻造过程中，加热后的地锚锁紧扣温度非常高能够达到900摄氏度，而在锻造过程中，由于拉杆会与地锚锁紧扣接触，而40Cr钢在500~650摄氏度的范围内会产生再结晶现象，导致冷拔后的拉杆强度降低。

如果是在锻造后重新对地锚拉杆整体进行热处理的话，不仅生产成本增加了，而且还增加了生产步骤和生产总时间，并且对于40Cr圆钢而言，热处理需要加热到至少860℃以上并保温1小时以上，因而很容易造成表面氧化及脱碳，影响拉杆的外观也影响热处理的最终效果；另外加热及冷却过程中产生的热应力及相变应力将导致拉杆弯曲变形，使后续制造增加整形工序，提高制造成本。所以，从以上两个方面可以看出，用热处理来提高拉杆的强度是不适宜的。如果采用真空热处理，特别的冷却工艺，也可以获得良好的热处理拉杆，但是，必将明显提高制造成本，对于企业而言，显然也是不恰当的。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种地锚拉杆结构及其加工方法，通过冷拔的方式将圆钢拉制成拉杆，不仅可以满足拉杆的直径要求，而且通过冷拔的方式，使拉杆产生了冷变形强化即加工硬化，提高了拉杆的强度；通过将拉杆的一端与地锚锁紧扣所设的安装槽口通过锻造方式进行固定成一体结构，再通过热浸镀锌的方式对地锚拉杆整体的表面进行镀锌，既保证了地锚拉杆整体的表面镀锌层的厚度，另外也不会有锌镏和锌渣的出现，提高了镀锌质量，延长了地锚拉杆的使用寿命；在地锚锁紧扣所设的安装槽口与拉杆之间的接触面设有隔热膜，防止拉杆在与地锚锁紧扣的锻造加工时，地锚锁紧扣对拉杆的传导传热作用变为辐射传热作用，大大降低地锚锁紧扣对拉杆的传热效果，使与地锚锁紧扣结合的拉杆部位不会发生再结晶，即避免拉杆与地锚锁紧扣结合部位的强度降低；本发明的地锚拉杆结构及其加工方法，通过在拉杆与地锚锁紧扣接触的一端端部表面设有外螺纹，可以提高拉杆与地锚锁紧扣的安装槽口的连接强度；将外螺纹设为短螺纹，不仅能够使隔热膜完全充满拉杆与安装槽口之间，保证隔热膜对拉杆的隔热效果，并且便于清理加工外螺纹时，残留在外螺纹之间的碎屑；隔热膜由石墨乳和机油组成，通过石墨乳的作用，将拉杆与加热的地锚锁紧扣进行隔热，使地锚锁紧扣仅对拉杆有辐射传热作用，避免拉杆与安装槽口接触的部位发生再结晶而降低强度；隔热膜由石墨乳和机油组成，通过机油的作用，使隔热膜变稠，能够使隔热膜有效的附着于安装槽口的表面和与安装槽口接触的拉杆表面；通过将拉杆和地锚锁紧扣分体制备后锻造成整体，相比于整体锻造的加工方式，大大降低了设备成本和模具成本；通过在拉杆和地锚锁紧扣之间设有隔热膜进行锻造加工，避免拉杆与地锚锁紧扣连接部位的强度降低，其加工成本远低于直接选用高强度材料的拉杆的成本。

本发明所采取的技术方案是：

地锚拉杆结构，包括地锚锁紧扣和拉杆，所述拉杆的一端端部固定于地锚锁紧扣所设的安装槽口内，所述安装槽口与拉杆匹配，所述拉杆与安装槽口之间设有一层隔热膜，所述地锚锁紧扣与拉杆通过锻造固定成一体结构。

本发明进一步改进方案是，所述隔热膜由石墨乳和机油组成。

本发明更进一步改进方案是，所述拉杆位于安装槽口的部位表面设有外螺纹。

本发明更进一步改进方案是，所述外螺纹为短螺纹，外螺纹的牙型为三角形、牙的高度在0.5~0.7毫米范围内、螺距为1毫米，所述外螺纹的长度在26~30毫米范围内。

本发明更进一步改进方案是，所述地锚锁紧扣位于安装槽口的相对一端设有地锚连接槽口，所述地锚连接槽口通过销子与地锚连接，所述销子的两端通过地锚连接槽口槽壁上所设的销孔连接。

本发明更进一步改进方案是，所述地锚锁紧扣和拉杆的表面设有镀锌层，所述镀锌层的厚度在50~100微米的范围内。

制备地锚拉杆的加工方法，其特征在于包括以下步骤：

1）根据拉杆的直径要求，将圆钢冷拔，并根据拉杆的长度要求将冷拔后的圆钢进行锯切；

2）根据拉杆的直径要求，将地锚锁紧扣的一端中部设有地锚连接槽口，并在地锚连接槽口槽壁上设有销孔；

3）将地锚锁紧扣的另一端中部设有安装槽口；

3）对拉杆的一端端部进行外螺纹的加工；

4）将外螺纹的表面与地锚连接槽口的表面均匀设有隔热膜；

5）地锚锁紧扣加热后，将拉杆的外螺纹一端伸入地锚锁紧扣的安装槽口内，并进行锻造固定；

6）将锻造固定后的地锚锁紧扣和拉杆冷却至室温；

7）将冷却后的地锚锁紧扣和拉杆的整体表面进行镀锌。

本发明更进一步改进方案是，所述步骤5）中，将地锚锁紧扣加热至890~900摄氏度的范围内，锻造压力在30~50吨的范围内。 

本发明更进一步改进方案是，所述步骤7）中，所述地锚锁紧扣和拉杆的整体浸入熔融的锌液中进行热浸镀锌。

锻造隔热膜，所述隔热膜由石墨乳和机油组成，所述石墨乳的份数在1~2份范围内，机油的份数在1~2份范围内。

本发明的有益效果在于：

第一、本发明的地锚拉杆结构及其加工方法，通过冷拔的方式将圆钢拉制成拉杆，不仅可以满足拉杆的直径要求，而且通过冷拔的方式，使拉杆产生了冷变形强化即加工硬化，提高了拉杆的强度。

第二、本发明的地锚拉杆结构及其加工方法，通过将拉杆的一端与地锚锁紧扣所设的安装槽口通过锻造方式进行固定成一体结构，再通过热浸镀锌的方式对地锚拉杆整体的表面进行镀锌，既保证了地锚拉杆整体的表面镀锌层的厚度，另外也不会有锌镏和锌渣的出现，提高了镀锌质量，延长了地锚拉杆的使用寿命。

第三、本发明的地锚拉杆结构及其加工方法，在地锚锁紧扣所设的安装槽口与拉杆之间的接触面设有隔热膜，防止拉杆在与地锚锁紧扣的锻造加工时，地锚锁紧扣对拉杆的传导传热作用变为辐射传热作用，大大降低地锚锁紧扣对拉杆的传热效果，使与地锚锁紧扣结合的拉杆部位不会发生再结晶，即避免拉杆与地锚锁紧扣结合部位的强度降低。

第四、本发明的地锚拉杆结构及其加工方法，通过在拉杆与地锚锁紧扣接触的一端端部表面设有外螺纹，可以提高拉杆与地锚锁紧扣的安装槽口的连接强度。

第五、本发明的地锚拉杆结构及其加工方法，将外螺纹设为短螺纹，不仅能够使隔热膜完全充满拉杆与安装槽口之间，保证隔热膜对拉杆的隔热效果，并且便于清理加工外螺纹时，残留在外螺纹之间的碎屑。

第六、本发明的地锚拉杆结构及其加工方法，隔热膜由石墨乳和机油组成，通过石墨乳的作用，将拉杆与加热的地锚锁紧扣进行隔热，使地锚锁紧扣仅对拉杆有辐射传热作用，避免拉杆与安装槽口接触的部位发生再结晶而降低强度。

第七、本发明的地锚拉杆结构及其加工方法，隔热膜由石墨乳和机油组成，通过机油的作用，使隔热膜变稠，能够使隔热膜有效的附着于安装槽口的表面和与安装槽口接触的拉杆表面。

第八、本发明的地锚拉杆结构及其加工方法，通过将拉杆和地锚锁紧扣分体制备后锻造成整体，相比于整体锻造的加工方式，大大降低了设备成本和模具成本。

第九、本发明的地锚拉杆结构及其加工方法，通过在拉杆和地锚锁紧扣之间设有隔热膜进行锻造加工，避免拉杆与地锚锁紧扣连接部位的强度降低，其加工成本远低于直接选用高强度材料的拉杆的成本。

附图说明：

图1为本发明结构的主视剖视示意图。

图2为本发明结构的侧视局部剖视示意图。

图3为图2中A-A的截面图。

图4为图1的局部放大示意图。

图5为图2的局部放大示意图。

具体实施方式：

结合图1~图5可知，本发明地锚拉杆结构，包括地锚锁紧扣1和拉杆2，所述拉杆2的一端端部固定于地锚锁紧扣1所设的安装槽口5内，所述安装槽口5与拉杆2匹配，所述拉杆2与安装槽口5之间设有一层隔热膜7，所述地锚锁紧扣1与拉杆2通过锻造固定成一体结构。

所述隔热膜7由石墨乳和机油组成。

所述拉杆2位于安装槽口5的部位表面设有外螺纹6。

所述外螺纹6为短螺纹，外螺纹6的牙型为三角形、牙的高度在0.5~0.7毫米范围内、螺距为1毫米，所述外螺纹6的长度在26~30毫米范围内。 

所述地锚锁紧扣1位于安装槽口5的相对一端设有地锚连接槽口3，所述地锚连接槽口3通过销子与地锚连接，所述销子的两端通过地锚连接槽口3槽壁上所设的销孔4连接。

所述地锚锁紧扣1和拉杆2的表面设有镀锌层8，所述镀锌层8的厚度在20~100微米的范围内。

制备地锚拉杆的加工方法，其特征在于包括以下步骤：

1）根据拉杆2的直径要求，将圆钢冷拔，并根据拉杆2的长度要求将冷拔后的圆钢进行锯切；

2）根据拉杆2的直径要求，将地锚锁紧扣1的一端中部设有地锚连接槽口3，并在地锚连接槽口3槽壁上设有销孔4；

3）将地锚锁紧扣1的另一端中部设有安装槽口5；

3）对拉杆2的一端端部进行外螺纹6的加工；

4）将外螺纹6的表面与地锚连接槽口3的表面均匀设有隔热膜7；

5）地锚锁紧扣1加热后，将拉杆2的外螺纹6一端伸入地锚锁紧扣1的安装槽口5内，并进行锻造固定；

6）将锻造固定后的地锚锁紧扣1和拉杆2冷却至室温；

7）将冷却后的地锚锁紧扣1和拉杆2的整体表面进行镀锌。

所述步骤5）中，将地锚锁紧扣1加热至890~900摄氏度的范围内，锻造压力在30~50吨的范围内。 

所述步骤7）中，所述地锚锁紧扣1和拉杆2的整体浸入熔融的锌液中进行热浸镀锌。

锻造隔热膜，所述隔热膜7由石墨乳和机油组成，所述石墨乳的份数在1~2份范围内，机油的份数在1~2份范围内。 

本发明通过冷拔的方式将圆钢拉制成拉杆2，不仅可以满足拉杆2的直径要求，而且通过冷拔的方式，使拉杆2产生了冷变形强化即加工硬化，提高了拉杆2的强度；通过将拉杆2的一端与地锚锁紧扣1所设的安装槽口5通过锻造方式进行固定成一体结构，再通过热浸镀锌的方式对地锚拉杆整体的表面进行镀锌，既保证了地锚拉杆整体的表面镀锌层8的厚度，另外也不会有锌镏和锌渣的出现，提高了镀锌质量，延长了地锚拉杆的使用寿命；在地锚锁紧扣1所设的安装槽口5与拉杆2之间的接触面设有隔热膜7，防止拉杆2在与地锚锁紧扣1的锻造加工时，地锚锁紧扣1对拉杆2的传导传热作用变为辐射传热作用，大大降低地锚锁紧扣1对拉杆2的传热效果，使与地锚锁紧扣1结合的拉杆2部位不会发生再结晶，即避免拉杆2与地锚锁紧扣1结合部位的强度降低；通过在拉杆2与地锚锁紧扣1接触的一端端部表面设有外螺纹6，可以提高拉杆2与地锚锁紧扣1的安装槽口5的连接强度；将外螺纹6设为短螺纹，不仅能够使隔热膜7完全充满拉杆2与安装槽口5之间，保证隔热膜7对拉杆2的隔热效果，并且便于清理加工外螺纹6时，残留在外螺纹6之间的碎屑；隔热膜7由石墨乳和机油组成，通过石墨乳的作用，将拉杆2与加热的地锚锁紧扣1进行隔热，使地锚锁紧扣1仅对拉杆2有辐射传热作用，避免拉杆2与安装槽口5接触的部位发生再结晶而降低强度；并且通过机油的作用，使隔热膜7变稠，能够使隔热膜7有效的附着于安装槽口5的表面和与安装槽口5接触的拉杆2表面；通过将拉杆2和地锚锁紧扣1分体制备后锻造成整体，相比于整体锻造的加工方式，大大降低了设备成本和模具成本；通过在拉杆2和地锚锁紧扣1之间设有隔热膜7进行锻造加工，避免拉杆2与地锚锁紧扣1连接部位的强度降低，其加工成本远低于直接选用高强度材料的拉杆2的成本。

Claims (10)

1.地锚拉杆结构，包括地锚锁紧扣（1）和拉杆（2），其特征在于：所述拉杆（2）的一端端部固定于地锚锁紧扣（1）所设的安装槽口（5）内，所述安装槽口（5）与拉杆（2）匹配，所述拉杆（2）与安装槽口（5）之间设有一层隔热膜（7），所述地锚锁紧扣（1）与拉杆（2）通过锻造固定成一体结构。

2.如权利要求1所述的地锚拉杆结构，其特征在于：所述隔热膜（7）由石墨乳和机油组成。

3.如权利要求1~2其中任意一项所述的地锚拉杆结构，其特征在于：所述拉杆（2）位于安装槽口（5）的部位表面设有外螺纹（6）。

4.如权利要求3所述的地锚拉杆结构，其特征在于：所述外螺纹（6）为短螺纹，外螺纹（6）的牙型为三角形、牙的高度在0.5~0.7毫米范围内、螺距为1毫米，所述外螺纹（6）的长度在26~30毫米范围内。

5.如权利要求3所述的地锚拉杆结构，其特征在于：所述地锚锁紧扣（1）位于安装槽口（5）的相对一端设有地锚连接槽口（3），所述地锚连接槽口（3）通过销子与地锚连接，所述销子的两端通过地锚连接槽口（3）槽壁上所设的销孔（4）连接。

6.如权利要求3所述的地锚拉杆结构，其特征在于：所述地锚锁紧扣（1）和拉杆（2）的表面设有镀锌层（8），所述镀锌层（8）的厚度在50~100微米的范围内。

7.制备如权利要求1~6所述的地锚拉杆的加工方法，其特征在于包括以下步骤：

1）根据拉杆（2）的直径要求，将圆钢冷拔，并根据拉杆（2）的长度要求将冷拔后的圆钢进行锯切；

2）根据拉杆（2）的直径要求，将地锚锁紧扣（1）的一端中部设有地锚连接槽口（3），并在地锚连接槽口（3）槽壁上设有销孔（4）；

3）将地锚锁紧扣（1）的另一端中部设有安装槽口（5）；

4）对拉杆（2）的一端端部进行外螺纹（6）的加工；

5）将外螺纹（6）的表面与地锚连接槽口（3）的表面均匀设有隔热膜（7）；

6）地锚锁紧扣（1）加热后，将拉杆（2）的外螺纹（6）一端伸入地锚锁紧扣（1）的安装槽口（5）内，并进行锻造固定；

7）将锻造固定后的地锚锁紧扣（1）和拉杆（2）冷却至室温；

8）将冷却后的地锚锁紧扣（1）和拉杆（2）的整体表面进行镀锌。

8.如权利要求7所述的地锚拉杆加工方法，其特征在于：所述步骤6）中，将地锚锁紧扣（1）加热至890~900摄氏度的范围内，锻造压力在30~50吨的范围内。

9.如权利要求7所述的地锚拉杆加工方法，其特征在于：所述步骤8）中，所述地锚锁紧扣（1）和拉杆（2）的整体浸入熔融的锌液中进行热浸镀锌。

10.如权利要求1~6所述的锻造隔热膜，其特征在于：所述隔热膜（7）由石墨乳和机油组成，所述石墨乳的份数在1~2份范围内，机油的份数在1~2份范围内。