CN109576450A - 一种刀轮刀圈的热熔镶齿及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于隧道、地铁，提供了一种刀轮刀圈的热熔镶齿及处理方法，一种刀轮刀圈的热熔镶齿，包括刀圈本体和合金齿，刀圈本体的外圆周刃口上均匀开设有与合金齿相配的孔位，合金齿的一端焊接在孔位内，合金齿的另一端齿尖凸出于刀圈本体的圆周面刃口；其中刀圈本体由C、Mn、Cr、Si、Mo、V、Fe、Ni制成；合金齿采用合金制成，由于采用合金齿呈棱锥状，区别现有的球状齿，由于棱锥状的尖端存在，根据需要挖掘的位置不同，所处的地质有所区别，根据需要将合金齿的上体的尖端角度有所调整，所以加速其开采的速度，同时也避免端口破碎或者损坏的问题。
Description
技术领域
本发明属于隧道、地铁，尤其涉及刀轮刀圈的热熔镶齿和处理方法。
背景技术
目前，我国采用盾构、TBM法施工山岭隧道、城市地铁进入蓬勃发展时期，盾构、TBM法以其地质条件适应性强、施工速度快、对周边环境干扰少等优点日益成为隧道施工工法首选，而国内一些在建地铁的城市经常遇到岩石抗压强度达到甚至超过100MPa的硬岩地层或研磨性极强的砂岩地层，盾构机在此地层中掘进，传统的钢制滚刀刀圈磨损严重，导致换刀频繁，加大了施工风险和工程成本。
目前，滚刀刀圈常采用的材料为4Cr5MoSiV1、40CrNiMo、H13等，但这些刀圈材料均为单一的合金钢材质，在硬岩和砂岩岩层掘进中，存在耐磨性差或者容易断裂的问题。对于一般条件下制备的金属材料而言，硬度和韧性是一对矛盾，硬度提高势必降低材料的韧性。
发明内容
本发明实施例提供一种刀轮刀圈的热熔镶齿及处理方法，旨在解决不仅表面细致、含有的杂质少，且其具有高耐磨性及高工作寿命的问题。
第一方面，本发明实施例是这样实现的一种刀轮刀圈的热熔镶齿，包括刀圈本体和合金齿，刀圈本体的外圆周刃口上均匀开设有与合金齿相配的孔位，合金齿的一端焊接在孔位内，合金齿的另一端齿尖凸出于刀圈本体的圆周面刃口；其中刀圈本体由C、Mn、Cr、Si、Mo、V、Fe、Ni制成；合金齿采用合金制成。
更进一步地，合金齿由下体和上体整体锻造而成，下体与孔位结构互补，完全镶嵌在孔位内，上体22凸出于刀圈本体1的外圆周刃口，上体22形状为正四棱锥的构件。
第二方面，本发明实施例还提供刀轮刀圈热熔镶齿的处理方法，包括以下步骤：
S1：刀圈环形和合金齿毛坯：将C、Mn、Cr、Si、Mo、V、Fe、Ni材料按照比例混合后倒入温度为1500℃的冶炼炉中熔炼制成钢锭，钢锭分别用锻模进行模锻制成两组直径不同圆棒，直径较的一组圆棒按照制造毛坯的所需厚度等量的切割开，直径较小的一组圆棒按照制造合金齿的所需厚度同样等量的切割开，两组并依次排列整齐放置在专用的传输带上送至加热炉内，加热炉采用阶梯升温加热毛胚至1000℃-1200℃，然后在炉内保温4-5小时，毛坯锻造成刀圈环形毛坯，然后以3℃-5℃/min的速度降温，当炉内温度降至400℃-500℃，在保温4-5小时，在以3℃-5℃/min的速度降温，当刀圈毛坯温度降为200℃-300℃将刀圈毛坯和合金齿毛坯移放入大气内冷却退火，冷却至常温状态；
S2：粗加工：将退火完成后的刀圈毛坯和合金齿毛坯先进行粗车削加工，在通过半精车削加工，刀圈毛坯的两侧端面粗打磨，并刀圈毛坯的外周面开出刃口和中心处开出内孔，同时将内圆及端面留出精加工余量，合金齿毛坯的下体和上体粗打磨，并在合金齿毛坯的上体刻出四棱锥；
S3：合金齿毛坯热处理调质处理：合金齿毛坯放置在炉内加热到1000℃-1120℃淬火处理，保温1-1.5小时后，冷却至室温后，合金齿毛坯再次放置到470℃-580℃的炉内做回火处理，保温1.5-2小时后，以50℃/min以上的速度至室温，再次放置到470℃-580℃的炉内进行二次回火，得到成品的合金齿；
S4：刀圈毛坯钻孔：然后在刀圈毛坯的外周面的刃口上开出镶嵌合金齿的孔位，孔位依照步骤S2制成合金齿的尺寸制作；
S5：刀圈毛坯热处理调质处理：在将加工好镶嵌孔位的刀圈放在加热炉内分段加热，刀圈毛坯放置在炉内加热到1000℃-1120℃淬火处理，保温1-1.5小时后，冷却至室温后，刀圈毛坯再次放置到470℃-580℃的炉内做回火处理，保温1.5-2小时后，以50℃/min以上的速度至室温，再次放置到470℃-580℃的炉内进行二次回火，得到成品的刀圈本体；
S6：孔位清理：热处理后刀圈本体用专门的夹持工具固定，刀圈本体可以绕夹持工具旋转，使用纯度99％的酒精溶液冲洗刀圈本体的孔位，并保持刀圈本体的不断旋转，孔位清洗完成后，每个孔位检测，确保没有杂质残留后，用夹持工具将刀圈本体取下；
S7：孔位填充焊料焊粉：刀圈本体水平放置，焊料焊粉倒入刀圈本体的孔位内；
S8：装入合金齿：合金齿的下体依次对准刀圈本体的孔位，合金齿镶嵌到孔位内，用专门工具捶打合金齿；
S9：焊接合金齿：将合金齿和刀圈本体运输到高频焊机一旁，高频焊机启动，焊接口围绕合金齿与孔位的连接处慢慢呈环形方向移动，加热熔化焊料固定合金齿；
S10：保温和磨平：焊接完成后合金齿和刀圈本体立即放在保温沙上，保温沙将合金齿和刀圈本体完全覆盖住，保温1-2小时，用手磨机磨平表面焊渣，再用抛丸机进行抛丸处理；
S11：精加工装配滚刀：用数控车床精加工刀圈本体的内孔，刀圈本体是滚刀的一个配件，滚刀装配完成后配合装盾构机使用。
更进一步地，针对步骤S7中，焊料焊粉采用高强度的银焊料，焊接温度为620℃-680℃。
更进一步地，针对步骤S8中，专门的工具捶打保合金齿的上体表面，绕合金齿的四个侧面呈环形方向敲打，并确保合金齿的上体凸出刀圈本体外周面刃口的间距相同。
更进一步地，针对步骤S10中，保温沙可以完全将刀圈本体覆盖住，减小冷却速度，防止焊接处出现裂纹。
更进一步地，针对步骤S11中，一般刀圈毛坯热处理调质处理之前会留2mm余量防止刀圈本体变形。
与现有技术相比，本发明实施例提供的有益效果为：
由于采用加工成的带齿尖的滚刀刀圈不仅表面细致、含有的杂质少，且其具有高耐磨性及高工作寿命，合金齿呈棱锥状，区别现有的球状齿，由于棱锥状的尖端存在，根据需要挖掘的位置不同，所处的地质有所区别，根据需要将合金齿的上体的尖端角度有所调整，所以加速其开采的速度，同时也避免端口破碎或者损坏的问题。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术提供的刀圈结构图；
图2是本发明实施例提供的整体结构图；
图3是本发明实施例提供的内部剖视图；
图4是本发明实施例提供的合金齿。
图中：1刀圈本体、11孔位、2合金齿、21下体、22上体。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
将合金齿的齿口做成棱锥状，加工成的带齿尖的滚刀刀圈不仅表面细致、含有的杂质少，且其具有高耐磨性及高工作寿命。
实施例一
一种刀轮刀圈的热熔镶齿，包括刀圈本体1和合金齿2，刀圈本体1的外圆周刃口上均匀开设有与合金齿2相配的孔位11，合金齿2的一端焊接在孔位11内，合金齿2的另一端齿尖凸出于刀圈本体1的圆周面刃口；其中刀圈本体1由C、Mn、Cr、Si、Mo、V、Fe、Ni制成；合金齿2采用合金制成，孔位11可以让合金齿2放入其中，并且通过焊接的手段让合金齿2和刀圈本体1固定在一起。
本发明实施例还提供一种刀轮刀圈热熔镶齿的处理方法，包括以下步骤：
步骤一，刀圈环形和合金齿毛坯：
将C、Mn、Cr、Si、Mo、V、Fe、Ni材料按照比例混合后倒入温度为1500℃的冶炼炉中熔炼制成钢锭，钢锭分别用锻模进行模锻制成两组直径不同圆棒，直径较的一组圆棒按照制造毛坯的所需厚度等量的切割开，直径较小的一组圆棒按照制造合金齿的所需厚度同样等量的切割开，两组并依次排列整齐放置在专用的传输带上送至加热炉内，加热炉采用阶梯升温加热毛胚至1000℃-1200℃，然后在炉内保温4-5小时，毛坯锻造成刀圈环形毛坯，然后以3℃-5℃/min的速度降温，当炉内温度降至400℃-500℃，在保温4-5小时，在以3℃-5℃/min的速度降温，当刀圈毛坯温度降为200℃-300℃将刀圈毛坯和合金齿毛坯移放入大气内冷却退火，冷却至常温状态；
步骤二，粗加工：
将退火完成后的刀圈毛坯和合金齿毛坯先进行粗车削加工，在通过半精车削加工，刀圈毛坯的两侧端面粗打磨，并刀圈毛坯的外周面开出刃口和中心处开出内孔，同时将内圆及端面留出精加工余量，合金齿毛坯的下体和上体粗打磨，并在合金齿毛坯的上体刻出四棱锥；
步骤三，合金齿毛坯热处理调质处理：
合金齿毛坯放置在炉内加热到1000℃-1120℃淬火处理，保温1-1.5小时后，冷却至室温后，合金齿毛坯再次放置到470℃-580℃的炉内做回火处理，保温1.5-2小时后，以50℃/min以上的速度至室温，再次放置到470℃-580℃的炉内进行二次回火，得到成品的合金齿；
步骤四，刀圈毛坯钻孔：
然后在刀圈毛坯的外周面的刃口上开出镶嵌合金齿的孔位，孔位依照步骤3制成合金齿的各项数据进行制作；
步骤五，刀圈毛坯热处理调质处理：
在将加工好镶嵌孔位的刀圈放在加热炉内分段加热，刀圈毛坯放置在炉内加热到1000℃-1120℃淬火处理，保温1-1.5小时后，冷却至室温后，刀圈毛坯再次放置到470℃-580℃的炉内做回火处理，保温1.5-2小时后，以50℃/min以上的速度至室温，再次放置到470℃-580℃的炉内进行二次回火，得到成品的刀圈本体；
步骤六，孔位清理：
热处理后刀圈本体用专门的夹持工具固定，刀圈本体可以绕夹持工具旋转，使用纯度99％的酒精溶液冲洗刀圈本体的孔位，并保持刀圈本体的不断旋转，孔位清洗完成后，每个孔位检测，确保没有杂质残留后，用夹持工具将刀圈本体取下；
步骤七，孔位填充焊料焊粉：
刀圈本体水平放置，焊料焊粉倒入刀圈本体的孔位内，焊料焊粉采用高强度的银焊料，焊接温度为620℃-680℃；
步骤八，装入合金齿：
合金齿的下体依次对准刀圈本体的孔位，合金齿镶嵌到孔位内，用专门工具捶打合金齿，专门的工具捶打保合金齿的上体表面，绕合金齿的四个侧面呈环形方向敲打，并确保合金齿的上体凸出刀圈本体外周面刃口的间距相同；
步骤九，焊接合金齿：
将合金齿和刀圈本体运输到高频焊机一旁，高频焊机启动，焊接口围绕合金齿与孔位的连接处慢慢呈环形方向移动，加热熔化焊料固定合金齿；
步骤十，保温和磨平：
焊接完成后合金齿和刀圈本体立即放在保温沙上，保温沙将合金齿和刀圈本体完全覆盖住，保温1-2小时，保温沙可以完全将刀圈本体覆盖住，减小冷却速度，防止焊接处出现裂纹，用手磨机磨平表面焊渣，再用抛丸机进行抛丸处理；
步骤十一，精加工装配滚刀：
用数控车床精加工刀圈本体的内孔，一般刀圈毛坯热处理调质处理之前会留2mm余量防止刀圈本体变形，刀圈本体是滚刀的一个配件，滚刀装配完成后配合装盾构机使用。
实施例二
合金齿2由下体21和上体22整体锻造而成，下体21与孔位11结构互补，完全镶嵌在孔位11内，上体22凸出于刀圈本体1的外圆周刃口，上体22形状为正四棱锥的构件，合金齿2呈棱锥状，区别现有的球状齿，由于棱锥状的尖端存在，根据需要挖掘的位置不同，所处的地质有所区别，根据需要将合金齿2的上体22的尖端角度有所调整，加速其开采的速度，同时也避免端口破碎或者损坏的问题。
加工成的带齿尖的滚刀刀圈不仅表面细致、含有的杂质少，且其具有高耐磨性及高工作寿命，孔位11可以让合金齿2放入其中，并且通过焊接的手段让合金齿2和刀圈本体1固定在一起，合金齿2呈棱锥状，区别现有的球状齿，由于棱锥状的尖端存在，根据需要挖掘的位置不同，所处的地质有所区别，根据需要将合金齿2的上体22的尖端角度有所调整，加速其开采的速度，同时也避免端口破碎或者损坏的问题。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种刀轮刀圈的热熔镶齿，其特征在于，包括刀圈本体(1)和合金齿(2)，所述刀圈本体(1)的外圆周刃口上均匀开设有与合金齿(2)相配的孔位(11)，所述合金齿(2)的一端焊接在孔位(11)内，所述合金齿(2)的另一端齿尖凸出于所述刀圈本体(1)的圆周面刃口；其中，所述刀圈本体(1)由C、Mn、Cr、Si、Mo、V、Fe、Ni制成，所述合金齿(2)采用合金制成。
2.如权利要求1所述的刀轮刀圈的热熔镶齿，其特征在于，所述合金齿(2)由下体(21)和上体(22)整体锻造而成，所述下体(21)与孔位(11)结构互补、且完全镶嵌在孔位(11)内，所述上体(22)凸出于刀圈本体(1)的外圆周刃口，所述上体(22)形状为正四棱锥的构件。
3.一种刀轮刀圈的热熔镶齿处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：刀圈环形和合金齿毛坯：将C、Mn、Cr、Si、Mo、V、Fe、Ni材料按照比例混合后倒入温度为1500℃的冶炼炉中熔炼制成钢锭，钢锭分别用锻模进行模锻制成两组直径不同圆棒，直径较的一组圆棒按照制造毛坯的所需厚度等量的切割开，直径较小的一组圆棒按照制造合金齿的所需厚度同样等量的切割开，两组并依次排列整齐放置在专用的传输带上送至加热炉内，加热炉采用阶梯升温加热毛胚至1000℃-1200℃，然后在炉内保温4-5小时，毛坯锻造成刀圈环形毛坯，然后以3℃-5℃/min的速度降温，当炉内温度降至400℃-500℃，在保温4-5小时，在以3℃-5℃/min的速度降温，当刀圈毛坯温度降为200℃-300℃将刀圈毛坯和合金齿毛坯移放入大气内冷却退火，冷却至常温状态；
S2：粗加工：将退火完成后的刀圈毛坯和合金齿毛坯先进行粗车削加工，在通过半精车削加工，刀圈毛坯的两侧端面粗打磨，并刀圈毛坯的外周面开出刃口和中心处开出内孔，同时将内圆及端面留出精加工余量，合金齿毛坯的下体和上体粗打磨，并在合金齿毛坯的上体刻出四棱锥；
S3：合金齿毛坯热处理调质处理：合金齿毛坯放置在炉内加热到1000℃-1120℃淬火处理，保温1-1.5小时后，冷却至室温后，合金齿毛坯再次放置到470℃-580℃的炉内做回火处理，保温1.5-2小时后，以50℃/min以上的速度至室温，再次放置到470℃-580℃的炉内进行二次回火，得到成品的合金齿；
S4：刀圈毛坯钻孔：然后在刀圈毛坯的外周面的刃口上开出镶嵌合金齿的孔位，孔位依照步骤S2制成合金齿的尺寸设置；
S5：刀圈毛坯热处理调质处理：在将加工好镶嵌孔位的刀圈放在加热炉内分段加热，刀圈毛坯放置在炉内加热到1000℃-1120℃淬火处理，保温1-1.5小时后，冷却至室温后，刀圈毛坯再次放置到470℃-580℃的炉内做回火处理，保温1.5-2小时后，以50℃/min以上的速度至室温，再次放置到470℃-580℃的炉内进行二次回火，得到成品的刀圈本体；
S6：孔位清理：热处理后刀圈本体用专门的夹持工具固定，刀圈本体可以绕夹持工具旋转，使用纯度99％的酒精溶液冲洗刀圈本体的孔位，并保持刀圈本体的不断旋转，孔位清洗完成后，每个孔位检测，确保没有杂质残留后，用夹持工具将刀圈本体取下；
S7：孔位填充焊料焊粉：刀圈本体水平放置，焊料焊粉倒入刀圈本体的孔位内；
S8：装入合金齿：合金齿的下体依次对准刀圈本体的孔位，合金齿镶嵌到孔位内，用专门工具捶打合金齿；
S9：焊接合金齿：将合金齿和刀圈本体运输到高频焊机一旁，高频焊机启动，焊接口围绕合金齿与孔位的连接处慢慢呈环形方向移动，加热熔化焊料固定合金齿；
S10：保温和磨平：焊接完成后合金齿和刀圈本体立即放在保温沙上，保温沙将合金齿和刀圈本体完全覆盖住，保温1-2小时，用手磨机磨平表面焊渣，再用抛丸机进行抛丸处理；
S11：精加工装配滚刀：用数控车床精加工刀圈本体的内孔，刀圈本体是滚刀的一个配件，滚刀装配完成后配合装盾构机使用。
4.如权利要求3所述的一种刀轮刀圈的热熔镶齿处理方法，其特征在于，针对步骤S7中，焊料焊粉采用高强度的银焊料，焊接温度为620℃-680℃。
5.如权利要求3所述的一种刀轮刀圈的热熔镶齿处理方法，其特征在于，针对步骤S8中，专门的工具捶打保合金齿的上体表面，绕合金齿的四个侧面呈环形方向敲打，并确保合金齿的上体凸出刀圈本体外周面刃口的间距相同。
6.如权利要求3所述的一种刀轮刀圈的热熔镶齿处理方法，其特征在于，针对步骤S10中，保温沙可以完全将刀圈本体覆盖住，减小冷却速度，防止焊接处出现裂纹。
7.如权利要求3所述的一种刀轮刀圈的热熔镶齿处理方法，其特征在于，针对步骤S11中，一般刀圈毛坯热处理调质处理之前会留2mm余量防止刀圈本体变形。
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