[发明专利]全断面隧道掘进机滚刀刀圈的闭式模锻锻造方法

说明书

技术领域

本发明属于锻造技术领域，具体涉及一种全断面隧道掘进机滚刀刀圈的闭式模锻锻造方法。

背景技术

滚刀刀圈是全断面隧道掘进机施工的关键零件，在全断面隧道掘进机掘进过程中滚刀刀圈与岩体直接接触，在纵向推力作用下，通过刀圈对岩石进行挤压、起裂最终完成对岩石的破碎，其工作条件极其恶劣，所以滚刀刀圈在掘进过程中会出现以下失效形式：非正常磨损、卷边、崩刃和断裂。为了防止和减少上述失效缺陷，要求刀圈具有高硬度、高耐磨性、高的冲击韧性等综合力学性能。

影响滚刀刀圈性能的因素很多，主要有：原材料、锻造工艺、锻件毛坯的退火及半成品的热处理工艺等。断面隧道掘进机的滚刀刀圈传统的锻造工艺为自由锻。但是存在以下技术缺陷：锻件精度低、加工量大、表面易产生锻造缺陷；无法精准的控制所需要的金属流向；难以准确控制终端温度；在锻造过程中如拔长时进锤量过大，易出现表面横向裂纹、如进锤量过小易出现内部的横向裂纹；锻造倒棱时压下量过大或翻转拔长次数过多，会造成表面纵向及内部纵向裂纹；总之，影响自由锻锻件质量的因素有多种，且操作过程难以控制精准，从而影响锻件的质量，对成品刀圈的性能有不同程度的影响。

目前，全断面隧道掘进机的滚刀刀圈加工前的毛坯采用的是自由锻或辊锻，锻造原料用的是不同材质的电渣锭锻造加工出的圆棒料。自由锻或辊锻存在以下技术缺陷：

1、自由锻和辊锻的锻件精度低、加工量大、表面质量差、生产效率低、锻耗比大、金属消耗较多；

2、自由锻造时金属坯料除上、下与模板接触部分外，其它个个方向均能不受外部限制而自由变形流动，故无法精准的控制所需要的金属流向；

3、自由锻和辊锻因每次加热后，因为受到终锻温度的限制无法一次锻造成形，需要2--3次的反复加热和锻造，生产效率低且加热及锻造成本高；

4、如终锻温度控制不当，很容易造成锻件表面裂纹和内部的微观裂纹，严重影响锻件的内在质量；

5、自由锻只能用圆棒料进行锻造，材料的利用率低，增加零件的材料成本。

发明内容

本发明的目的在于提供全断面隧道掘进机滚刀刀圈的闭式模锻锻造方法，解决现有技术存在的锻造精度低、加工量大、表面质量差、无法准确控制金属流向、锻件内部组织密度偏低、生产效率低和材料利用率低的技术问题。

为实现上述目的，本发明全断面隧道掘进机滚刀刀圈的闭式模锻锻造方法包括以下步骤：

步骤一：选取圆环形管料作为锻件毛坯料；

步骤二：对步骤一中选好的毛坯料的内表面和外表面进行车削，去除表面氧化皮；

去掉氧化皮的毛坯料，外径和高度按5.8:1进行下料；

步骤三：对步骤二中获得的毛坯料的上边缘和下边缘进行倒角加工，倒角的角度α为：7°至9°；

步骤四：将步骤三中获得的毛坯料装入闭式模具中，使用万吨压力机进行第一次锻打；

第一次锻打的温度为1100℃，压力为4300吨；

所述闭式模具包括上模、下模、三个导向杆、压板、顶板、三个顶杆和弹簧；压板与顶板通过螺钉连接；三个顶杆圆周均布安装在下模上，每个顶杆对应一个导向杆；顶杆与顶板同步运动；导向杆与下模为螺纹链接；弹簧套在顶杆上；

所述上模和下模端部与刃部之间的过渡圆角为R24；所述上模的刃部斜度为单面度；所述下模的刃部斜度为单面8°；

所述上模和下模型腔的外边缘作为定位导向，定位导向间隙为1mm；

步骤五：对步骤四中经过第一次锻打的毛坯件，使用万吨压力机进行第二次锻打，获得锻件；

第二次锻打的温度小于1100℃，大于等于1050℃，压力为8300吨；

步骤六：打开闭式模具，取出锻件；

步骤七：将步骤六中的锻件进行等温球化退火，获得滚刀刀圈锻件。

本发明的有益技术效果：1、本发明采用闭式模锻方法，毛坯件采用环形管料，下好料后对内、外表面进行车削，把原料表面氧化皮等缺陷加工掉，用圆环形管料比常规的圆棒料大大提高了材料的利用率，降低了材料成本和加工成本；

2、整个锻造过程只需控制好始锻温度和终锻温度，把始锻温度确定为1100℃、终锻温度控制在大于等于1050℃，把锻造温度范围严格控制在≤50℃；大大缩短锻造温度范围；保证了加热的锻件毛坯在具有较高的塑性和较小的变形抗力温度范围内完成整个锻造过程，获得细小、均匀的晶粒组织，提高锻件机械性能，能够充分控制组织偏析，得到致密的锻造组织，避免自由锻或辊锻时终端温度控制不当，造成表面及内部裂纹等缺陷；