[发明专利]一种盘形滚刀用整体式刀圈及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种盘形滚刀用整体式刀圈及其制造方法，特别适合于在磨砺性强的砂卵石地层和石英砂层、软硬不均地层以及在不具备换刀条件的地层中施工。

技术背景

目前，盾构机盘形滚刀是由刀圈、刀体和芯轴等零件组装而成，刀体通过轴承套装在芯轴上，刀圈安装在刀体上，刀圈端面用焊接好的挡圈作为限位，这种结构形式的盘形滚刀在软硬不均的砂卵石地层和磨砺性强的石英砂地层中破岩时，经常会出现刀圈因受冲击而发生断裂或移位、刀体因硬度不高而导致早期磨损或冲击变形，从而不得不频繁换刀、修刀；同时，因刀圈和刀体在过盈装配过程中易产生应力集中现象，从而极大影响了滚刀的使用寿命和施工效率。

发明内容

为了解决现有盘形滚刀中由于刀圈和刀体是分体式结构而存在的诸多问题，本发明的目的是提供一种盘形滚刀用整体式刀圈及其制造方法，该整体式刀圈采用刀圈与刀体为一体加工成型结构，并经过特殊工艺处理，使得该整体式刀圈具有更耐磨、更耐冲击、综合性能更好的优点，从而达到提高盘形滚刀使用寿命、降低施工成本和提高施工效率的目的。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：

一种盘形滚刀用整体式刀圈，包括刀圈本体，刀圈本体由刀体部和刀圈部组成，刀体部呈中空的柱状结构，刀圈部呈环形结构，刀圈部套设在刀体部的外侧壁上，在刀圈部的外圆周侧壁上沿周向间隔均匀开设有若干齿孔，齿孔内嵌状有硬质合金球齿，在刀圈部的两侧端面上设有耐磨合金层。

进一步地，所述齿孔为沿径向的柱状孔结构，且齿孔的表面粗糙度轮廓的幅度参数≤3.2μm，圆柱度≤5μm。

一种上述的整体式刀圈的制造方法，该整体式刀圈的化学成分质量百分含量为：C：:0.39-0.42、Si：0.25-0.28、Mn:0.63-0.69、Cr：0.74-0.78、Mo:0.16-0.19、Ni:1.38-1.44、W:0.12-0.16、Nb：0.15-0.18、Cu:0.04-0.09、S:0.005-0.009、P:0.01-0.015，余量为Fe；所述的制造方法具体包括以下步骤：

（1）预制的毛坯经模锻成型、粗加工成半成品；

（2）刀圈部的半精加工

步骤（1）完成后，按要求装夹找正，加工刀圈部的外圆、刃形和端面各部轮廓，并保证相应尺寸公差及粗糙度要求；

（3）在刀圈部的相应位置处用耐磨焊丝堆焊耐磨合金层；

（4）加工刀圈部上的齿孔

孔的表面粗糙度轮廓的幅度参数≤3.2μm，圆柱度≤5μm；

（5）刀体部的半精加工

分别以刀体部两端的内孔和端面为基准，按要求加工刀体部的内孔的各尺寸轮廓，并保证相应尺寸公差及粗糙度要求；

（6）热处理

淬火：步骤（5）完成后，经清洗然后装入真空热处理炉中，使炉温30min升高到600℃后保温1.5h，然后使炉温20min升高到850℃后保温40min；最后油淬20min，出炉；

回火：经淬火处理后，经清洗然后装入真空热处理炉中，使炉温30min升高到220℃后保温3h；最后随炉冷，出炉；

（7）镶硬质合金球齿

采取静压法完成硬质合金球齿的镶装；

（8）步骤（7）完成后，精加工成成品。

进一步地，在步骤（5）完成后进行步骤（6）之前，对刀体部的内孔及刀圈部球齿孔的棱边进行倒钝处理。

由于采用上述技术方案，本发明具有以下优越性：

1、消除了传统分离式结构中刀圈和刀体因过盈装配所引起的应力集中问题；

2、通过调整传统材质中部分元素的百分含量，尽量减少S、P等危害元素的百分含量，再通过热处理等工艺提高材质的整体性能，

使得本发明的整体式刀圈的屈服强度≥1700MPa，冲击功≮15J，热处理硬度≥56HRC；

3、相对于传统分离式结构，整体式结构减少了加工刀圈及刀体外圆柱面等工序，消除了零部件加工误差及精度对整刀性能的影响；

4、解决了传统分离式结构中刀体因硬度不高而导致的早期磨损、冲击变形等问题。

5、整体式刀圈提高了滚刀的使用寿命、降低了施工成本、提高了施工效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的立体结构示意图；

图中：1-刀体部；2-刀圈部；3-耐磨合金层；4-硬质合金球齿。

具体实施方式