[发明专利]一种盾构机刀圈异形环件的模锻制坯及轧环复合成形方法

说明书

本发明公开了一种盾构机刀圈异形环件的模锻制坯及轧环复合成形方法，为获得截面形状复杂、尺寸精密，性能优异的盾构机刀圈异形环件，其技术方案为：将锯切好的合金棒材加热至始锻温度并保温，经镦粗、冲孔两道工序制备近矩形环坯；采用局部开式模锻，对近矩形环坯靠近外圆部位的上下两端面施加压力，通过局部变形得到异形预制环坯；将异形预制环坯加热至模具钢的始锻温度并保温，随后放入轧环机中，利用主辊碾轧模具以相应转速和径向进给速度对异形预制环坯进行轧环，得到盾构机刀圈异形环件。本发明的一种盾构机刀圈异形环件的模锻制坯及轧环复合成形方法不仅能最大限度的简化生产流程，降低零件的生产成本，保证环件尺寸，而且该方法保留了的完整的锻件流线，确保环件具备良好的力学性能。

技术领域

本发明属于锻造技术领域，具体涉及一种盾构机刀圈异形环件的模锻制坯及轧环复合成形方法。

背景技术

盾构机刀圈属于一种异形环件，是盾构机掘进过程中破岩开凿的关键部件。在盾构机工作过程中，刀圈由于始终受到岩石的磨损与冲击作用，非常容易损坏，需要频繁更换全新刀圈以满足盾构机的工作需求。因此，工艺简便、成本低廉、易于大批量生产的盾构机刀圈制造成形技术便被提上日程。目前国内刀圈的主要成形方法有：整体开式模锻或闭式模锻成形、自由锻近矩形环坯再直接经多次轧环成形、轧制矩形环坯再经大余量机加工工艺成形。这些方法往往受零件生产成本、综合力学性能和尺寸要求等因素影响，难以取得预期的理想效果。

采用整体开式模锻或闭式模锻成形，零件尺寸精度较高，但是成形过程中材料在预锻模膛和终锻模膛中变形抗力大，所需设备吨位大，且模膛极易因磨损或开裂失效，使用寿命短，生产成本高。整体开式模锻后的切边工序会破坏锻件金属流线的完整性，从而影响锻件力学性能。

采用自由锻近矩形环坯再直接经多次轧环成形，工艺简单，但轧环火次的多少成为制约零件尺寸精度和力学性能的“双刃剑”，轧环火次少，环件外径异形部位难以完全填充轧制模具，无法保证最终产品的尺寸要求；轧环火次多，除易造成锻件组织晶粒粗大，轧伤、轧裂等缺陷外，还无形中增加了经济成本。

采用轧制矩形环坯再经大余量机加工工艺成形，工艺简单，但材料利用率低，经济效益低。此外，机加工严重破坏了锻件金属流线的完整性，降低了零件力学性能。

公开号为CN101279343A的中国专利公开了一种不锈钢异型环锻件的轧碾成形方法，该方法是将冲孔后的圆饼状锻件经40%～45%变形的初步轧制，得到矩形环坯，再结合碾轧模具经碾环机第二次轧碾成形。采用该工艺轧制环件，存在轧制火次多、生产周期长的问题，此外，矩形环坯在轧制孔型中的金属流动复杂，碾轧异型环件的过程中易产生碾轧模具充型不完全的问题，难以保证零件的尺寸。

再如，公开号为CN103100621的中国专利公开了一种结构钢复杂异形截面环形件的碾轧成型方法，该方法是将金属棒料加热后经镦粗、冲孔和环轧制成矩形环坯，结合环内型模块和环外型模块首先制备与终轧异形环形结构形状相反的异形预轧坯，再通过终轧内型模块和终轧外型模块轧制成异形截面环件。该方法可克服矩形环坯碾轧时模具充型不完全的问题，轧制出尺寸精度高的环件。但该方法需要频繁更换轧制模具，多次反复轧制无形中增加了经济成本，还易造成锻件组织晶粒粗大，轧伤、轧裂等缺陷。

因此，本文发明探索出了一种盾构机刀圈异形环件的模锻制坯及轧环复合成形方法。

发明内容

发明的目的在于，提供一种盾构机刀圈异形环件的模锻制坯及轧环复合成形方法，该方法通过在最终轧制工艺前制定局部模锻工序，通过对锻件进行初步变形制备异形预制环坯，确保轧环过程中环件外径异形部位完全填充轧制模具，保证最终产品的尺寸要求。该方法不仅节省工序投入及原材料消耗，无需依赖寿命短，成本高的模膛，还可最大程度的保障锻件流线完整性，保证最终产品力学性能。

为达到如上目的，本发明的一种盾构机刀圈异形环件的模锻制坯及轧环复合成形方法采取如下技术方案，包括近矩形环坯制备、异形预制环坯制备、轧环。