CN109517966A - 一种刀轮刀圈的热处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于刀圈加工技术领域，提供了一种刀轮刀圈的热处理方法，包括以下步骤，半成品加工：将锻制无缝钢管通过锯床进行下料，将钢管切割成刀圈环形毛坯，对环形毛坯进行加热、锻压，形成半成品；粗加工：根据设计要求使用切边机对半成品切边，确定刀圈的半径后，加工出刀圈两端的端面以及刀圈的刃口，并在刀圈的中心开设有贯穿刀圈的内孔。本刀轮刀圈的热处理方法，制作刀圈环形毛坯，粗加工出刀圈的端面、刃口以及内孔，整体定型后在进行真空淬火，由于开孔切边等工作在淬火之前，因此一旦出现裂纹等情况，可以提起报废，减少生产成本，而合格的产品在经过淬火和回火工艺后，整体的稳定性更好，也减少了淬火后钻孔出现裂纹的情况。

Description

一种刀轮刀圈的热处理方法
技术领域
本发明属于刀圈加工，尤其涉及一种刀轮刀圈的热处理方法。
背景技术
目前，随着我国现代化经济建设的高速发展，隧道工程建设事业正蓬勃兴起盾构掘进施工法得到广泛的应用，而盘形滚刀刀圈是盾构掘进机的专用工具，刀圈的寿命长短和对地质条件的适应性成为影响盾构机施工效率的重要因素之一。而国内盾构掘进机的盘形滚刀刀圈多采用合金钢制造，利用电炉冶炼+LF精炼+真空脱气+电渣重熔的电渣锭加工出的滚刀刀圈，经过热处理后其硬度可以达到HRC54-56。此硬度值可以满足对软岩石的掘进，但遇到硬岩其硬度值达不到要求，刀圈的耐磨性差，刀圈易出现卷边失效缺陷。这些滚刀刀圈存在适应范围狭窄，遇到复杂地层容易发生断裂和耐磨性差等缺点，为实现一种硬度和韧性匹配的刀圈，使用到过赢冷压处理、热熔处理以及热熔镶齿处理等工艺，而这些工艺在初步阶段均使用到热处理调质处理，如何做好热处理，对刀圈的硬度和韧性起到关键作用。
发明内容
本发明实施例提供一种刀轮刀圈的热处理方法，旨在解决刀轮刀圈硬度越高，可能韧性较低、脆性较大的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种刀轮刀圈的热处理方法，包括以下步骤：
S1：半成品加工：将锻制无缝钢管通过锯床进行下料，将钢管切割成刀圈环形毛坯，对环形毛坯进行加热、锻压，形成半成品；
S2：粗加工：根据设计要求使用切边机对半成品切边，确定刀圈的半径后，加工出刀圈两端的端面以及刀圈的刃口，并在刀圈的中心开设有贯穿刀圈的内孔；
S3：钻孔处理：根据合金齿的大小在刀圈的刃口处开设合金孔，合金孔垂直于刀圈的圆心；
S4：真空淬火：将经切边处理后的半成品从切边机的模具上取出并放置在真空炉中进行真空淬火，淬火的温度设置在1000-1120℃之间；
S5：刀轮回火：对淬火后的刀轮整体进行高温回火，高温回火的温度设置在470-650℃之间；
S6：内孔淬火：对刀圈的内孔一周的3-6cm进行淬火处理，其他部位不做处理；
S7：整体回火：刀轮整体再次回火；
S8：热处理结束：结束热处理工艺，刀轮自然冷却，然后进行下一步的清理合金孔或者焊接刀圈刃口步骤。
更进一步地，所述S3中设置合金孔的尺寸要求精度在-0.02-0.05mm之间。
更进一步地，所述S4刀轮回火步骤中湿度小于50％，真空度小于10pa。
更进一步地，所述S6内孔淬火步骤中淬火的温度不超过S5刀轮回火步骤中的温度.
更进一步地，所述S6中淬火温度为400-450℃之间。
更进一步地，所述S7整体回火步骤中回火的温度与S6内孔淬火步骤中的温度相同，或者在S6内孔淬火步骤和S5刀轮回火步骤设定的温度之间。
更进一步地，所述S7整体回火步骤中回火的温度为500-600℃之间。
与现有技术相比，本发明实施例提供的有益效果为：
本刀轮刀圈的热处理方法，制作刀圈环形毛坯，粗加工出刀圈的端面、刃口以及内孔，根据使用工艺，确定是否开设合金孔，整体定型后在进行真空淬火，由于开孔切边等工作在淬火之前，因此一旦出现裂纹等情况，可以提起报废，减少生产成本，而合格的产品在经过淬火和回火工艺后，整体的稳定性更好，也减少了淬火后钻孔出现裂纹的情况；另外，由于在对刀轮刀圈热处理中使用了两道淬火和回火工艺，第一道淬火就提高了刀圈的整体硬度，第二道淬火加强内孔3一周的硬度，两次回火消除了淬火时产生的冷裂纹，同时提高刀轮刀圈的韧性，因此使得刀圈硬度能到达60+-2HRC，冲击功大于10，硬度和韧性相匹配。
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是本发明实施例一提供的刀轮刀圈的热处理方法流程图；
图2是本发明实施例一提供的刀轮刀圈结构图；
图3是本发明实施例二提供的刀轮刀圈的热处理方法流程图；
图4是本发明实施例二提供的刀轮刀圈结构图。
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。
本发明是使用过赢冷压处理、热熔处理以及热熔镶齿处理等工艺前的热处理方法，现有的热处理工艺，一般采用一道淬火和回火工艺，其生产的刀轮刀圈硬度和韧性不能有较大的提高，本发明在采用两道淬火工艺，第一道对刀轮刀圈整体淬火，提高刀轮刀圈整体硬度，第二淬火仅针对内孔3周围，提高内孔3附近的硬度，保证刀刃刃口2韧性，达到硬度和韧性相匹配。
实施例一
一种刀轮刀圈的热处理方法，包括以下步骤：
步骤一：半成品加工：将锻制无缝钢管通过锯床进行下料，将钢管切割成刀圈环形毛坯，对环形毛坯进行加热、锻压，形成半成品，使用圆钢管作为原材料，节省了原材料，降低了生产成本；
步骤二：粗加工：根据设计要求使用切边机对半成品切边，确定刀圈的半径后，加工出刀圈两端的端面1以及刀圈的刃口2，并在刀圈的中心开设有贯穿刀圈的内孔3，端面1、刃口2、内孔3以及刀圈半径的尺寸均是根据客户的要求进行制作，没有固定的尺寸设定，根据不同设备量身定做，安装更匹配；
步骤三：钻孔处理：根据合金齿的大小在刀圈的刃口2处开设合金孔4，合金孔4垂直于刀圈的圆心，合金孔4的尺寸要求精度在-0.02-0.05mm之间，钻孔处理步骤适用于刀轮刀圈的过赢冷压处理工艺和热熔镶齿处理工艺中，合金孔4用于连接合金齿，在淬火工艺之前进行钻孔，经过淬火回火工艺后，刀圈的内部更稳定，相比于淬火回火工艺之后钻孔，合金孔4周边出现形变和裂纹的可能性更小；
步骤四：真空淬火：将经切边处理后的半成品从切边机的模具上取出并放置在真空炉中进行真空淬火，淬火的温度设置在1000-1120℃之间，刀轮回火步骤中湿度小于50％，真空度小于10pa，在该条件下淬火，得到的刀圈硬度更高；
步骤五：刀轮回火：对淬火后的刀轮整体进行高温回火，高温回火的温度设置在470-650℃之间，淬火后刀圈硬而脆，产生的表面残余应力会造成冷裂纹，回火可作为在不影响硬度的基础上，消除冷裂纹；
步骤六：内孔淬火：对刀圈的内孔3一周的3-6cm进行淬火处理，其他部位不做处理，内孔淬火步骤中淬火的温度不超过步骤五刀轮回火中的温度，本实施例淬火温度设置为450℃，对内孔3进行二次淬火，提高内孔3一周的硬度，同时淬火温度接近于刀轮回火温度，保证内孔处刀轮的硬度；
步骤七：整体回火：刀轮整体再次回火，整体回火步骤中回火的温度与内孔淬火步骤中的温度设定相同，或者在步骤六内孔淬火和步骤五刀轮回火设定的温度之间，二次回火，消除二次淬火的产生冷裂纹，同时提高刀轮刀圈的韧性，其中，整体回火温度为500℃，由于该整体回火时回火温度介于步骤六淬火和步骤五回火温度之间，且接近于步骤六淬火温度，避免温度上升过高，对刀轮内孔处硬度造成影响，也防止发生冷裂纹，影响刀轮质量；
步骤八：热处理结束：结束热处理工艺，刀轮自然冷却，可以进行下一步的清理合金孔4步骤，以完成过赢冷压处理工艺和热熔镶齿处理工艺的后续步骤。
实施例二
一种刀轮刀圈的热处理方法，包括以下步骤：
步骤一：半成品加工：将锻制无缝钢管通过锯床进行下料，将钢管切割成刀圈环形毛坯，对环形毛坯进行加热、锻压，形成半成品，使用圆钢管作为原材料，节省了原材料，降低了生产成本；
步骤二：粗加工：根据设计要求使用切边机对半成品切边，确定刀圈的半径后，加工出刀圈两端的端面1以及刀圈的刃口2，并在刀圈的中心开设有贯穿刀圈的内孔3，端面1、刃口2、内孔3以及刀圈半径的尺寸均是根据客户的要求进行制作，没有固定的尺寸设定，根据不同设备量身定做，安装更匹配；
步骤三：真空淬火：将经切边处理后的半成品从切边机的模具上取出并放置在真空炉中进行真空淬火，淬火的温度设置在1000-1120℃之间，刀轮回火步骤中湿度小于50％，真空度小于10pa，在该条件下淬火，得到的刀圈硬度更高；
步骤四：刀轮回火：对淬火后的刀轮整体进行高温回火，高温回火的温度设置在470-650℃之间，淬火后刀圈硬而脆，产生的表面残余应力会造成冷裂纹，回火可作为在不影响硬度的基础上，消除冷裂纹；
步骤五：内孔淬火：对刀圈的内孔3一周的3-6cm进行淬火处理，其他部位不做处理，内孔淬火步骤中淬火的温度不超过步骤五刀轮回火中的温度，本申请实施例中淬火温度可设置为400℃，对内孔3进行二次淬火，提高内孔3一周的硬度；
步骤六：整体回火：刀轮整体再次回火，整体回火步骤中回火的温度与内孔淬火步骤中的温度设定相同，或者在步骤六内孔淬火和步骤五刀轮回火设定的温度之间，本申请实施例中，整体回火的温度可设置为400摄氏度，二次回火，消除二次淬火的产生冷裂纹，同时提高刀轮刀圈的韧性；
步骤七：热处理结束：结束热处理工艺，刀轮自然冷却，可以进行下一步的焊接刀圈刃口2的步骤，以完成刀轮刀圈的热熔处理工艺的后续步骤。
在刀轮刀圈的热熔处理工艺工艺中，不需要连接合金齿，因此相比实施例一，本实施例中减少的钻孔处理步骤。
本刀轮刀圈的热处理方法，制作刀圈环形毛坯，粗加工出刀圈的端面1、刃口2以及内孔3，根据使用工艺，确定是否开设合金孔4，整体定型后在进行真空淬火，由于开孔切边等工作在淬火之前，因此一旦出现裂纹等情况，可以提起报废，减少生产成本，而合格的产品在经过淬火和回火工艺后，整体的稳定性更好，也减少了淬火后钻孔出现裂纹的情况；另外，由于在对刀轮刀圈热处理中使用了两道淬火和回火工艺，第一道淬火就提高了刀圈的整体硬度，第二道淬火加强内孔3一周的硬度，两次回火消除了淬火时产生的冷裂纹，同时提高刀轮刀圈的韧性，因此使得刀圈硬度能到达60+-2HRC，冲击功大于10，硬度和韧性相匹配。
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处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：半成品加工：将锻制无缝钢管通过锯床进行下料，将钢管切割成刀圈环形毛坯，对环形毛坯进行加热、锻压，形成半成品；
S2：粗加工：根据设计要求使用切边机对半成品切边，确定刀圈的半径后，加工出刀圈两端的端面以及刀圈的刃口，并在刀圈的中心开设有贯穿刀圈的内孔；
S3：钻孔处理：根据合金齿的大小在刀圈的刃口处开设合金孔，合金孔垂直于刀圈的圆心；
S4：真空淬火：将经切边处理后的半成品从切边机的模具上取出并放置在真空炉中进行真空淬火，淬火的温度设置在1000-1120℃之间；
S5：刀轮回火：对淬火后的刀轮整体进行高温回火，高温回火的温度设置在470-650℃之间；
S6：内孔淬火：对刀圈的内孔一周的3-6cm进行淬火处理，其他部位不做处理；
S7：整体回火：刀轮整体再次回火；
S8：热处理结束：结束热处理工艺，刀轮自然冷却，然后进行下一步的清理合金孔或者焊接刀圈刃口步骤。
2.如权利要求1所述的一种刀轮刀圈的热处理方法，其特征在于，所述S3中设置合金孔的尺寸要求精度在-0.02-0.05mm之间。
3.如权利要求1所述的一种刀轮刀圈的热处理方法，其特征在于，所述S4刀轮回火步骤中湿度小于50％，真空度小于10pa。
4.如权利要求1所述的一种刀轮刀圈的热处理方法，其特征在于，所述S6内孔淬火步骤中淬火的温度不超过S5刀轮回火步骤中的温度。
5.如权利要求1所述的一种刀轮刀圈的热处理方法，其特征在于，所述S6中淬火温度为400-450℃之间。
6.如权利要求1所述的一种刀轮刀圈的热处理方法，其特征在于，所述S7整体回火步骤中回火的温度与S6内孔淬火步骤中的温度相同，或者在S6内孔淬火步骤和S5刀轮回火步骤设定的温度之间。
7.如权利要求1所述的一种刀轮刀圈的热处理方法，其特征在于，所述S7整体回火步骤中回火的温度为500-600℃之间。
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