CN110479979A - 双金属复合滚刀刀圈的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双金属复合滚刀刀圈的生产方法。首先采用高耐磨性的合金工具钢和高韧性的合金结构钢材质，通过精炼炉分别熔炼成两种金属液；熔炼完成后，将精炼炉移动到离心机处，先把刀刃材质浇注到离心机模具中，以制备高耐磨性刀刃部位；在高耐磨性刀刃部位离心后的10～60s内向离心机模具中倒入熔炼好的高韧性的合金结构钢材质钢水，离心成型，得到双金属复合滚刀刀圈粗坯；待离心机停机后，取出产品保温；最后清理、退火、粗加工、质检分析、热处理、精加工后即可得到双金属复合滚刀刀圈。本发明生产的滚刀刀圈因使用性能的提高，不仅节约了大量资源，而且减少了刀圈因报废而反复安装或检修的时间，提高了生产效率，具有重大的经济及社会意义。

Description

双金属复合滚刀刀圈的生产方法

技术领域

本发明属于有滚刀刀圈加工技术领域，尤其涉及一种双金属复合滚刀刀圈的生产方法。

背景技术

滚刀是地下岩石质隧道(洞)工程全断面施工的大型机械设备的重要部件，主要用于铁路公路交通隧道、煤矿巷道、城市地下通道、水电水利隧洞等全断面施工。滚刀的主要零部件为刀体、刀圈、刀圈卡环、密封、轴承、心轴和端盖等，而刀圈又是滚刀中的主要部件且是盾构滚刀的主要失效部位。易出现不耐磨、崩刃、断裂及掉圈等现象。检查、更换、维修刀具，耗时费力，直接影响其施工工程的造价和工期。据统计，施工工程中，滚刀消耗费用约占工程造价的1/5-1/3，其中因滚刀磨损而更换的刀圈数量达80％，刀圈损耗最大。

对于一种材质来说，硬度和韧性是一对矛盾体，二者不可同时提高，所以单一材质的刀圈往往保证了一种性能而减弱了另一种性能，造成刀圈的断裂或者快速磨损。目前，为了提高滚刀刀圈的使用寿命的主要方式有三种方式，第一种方式是在现有的滚刀刀圈上增加耐磨层，用于提高整个滚刀刀圈的使用寿命，但是加工难度大，时间较长；第二种方式是改变现有滚刀刀圈的材质，使用一些高耐磨材质作为滚刀刀圈的材质，此类方法虽然能够提高滚刀刀圈的使用寿命，但其使用成本远远高于普通材质的滚刀刀圈；第三种方式和第一种方式有相同之处，其采用组合结构的方式，内圈采用高韧性的合金钢材材质锻造而成，外圈采用耐磨合金材质浇铸而成，然后通过相互配合的卡口，将内圈和外圈组合起来，此种方式虽然降低了成本，但加工精度要求高，需要对内圈和外圈的卡口进行多次打磨、铣削后，才能够确保准确安装，成品率较低。

发明内容

本发明针对现役滚刀刀圈易磨损、易断裂、工艺复杂、生产效率低、成本较高、能耗较高等缺陷的不足，提供一种方法简单、配方合理且能够有效解决上述技术问题的双金属复合滚刀刀圈的生产方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，本发明提供一种双金属复合滚刀刀圈的生产方法，包括以下有效步骤：

a、首先采用高耐磨性的合金工具钢和高韧性的合金结构钢材质，通过精炼炉分别熔炼成两种金属液；

b、熔炼完成后，将精炼炉移动到离心机处，先把刀刃材质浇注到离心机模具中，以制备高耐磨性刀刃部位；

c、在高耐磨性刀刃部位离心后的10～60s内向离心机模具中倒入熔炼好的高韧性的合金结构钢材质钢水，离心成型，得到双金属复合滚刀刀圈粗坯；

d、待离心机停机后，取出产品保温；

e、最后清理、退火、粗加工、质检分析、热处理、精加工后即可得到双金属复合滚刀刀圈。

作为优选，所述a步骤中，所述高耐磨性的合金工具钢为硬度为HRC60以上的耐磨合金工具钢。

作为优选，所述a步骤中，所述高耐磨性的合金工具钢为Cr12MoV、3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1或LD中的任意一种材料。

作为优选，所述a步骤中，所述高韧性的合金结构钢材质为42CrMo、35CrMo、4Cr5MoSiV或40CrNiMo中的任意一种材料。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，

本发明首首次将离心成型技术及双金属复合技术应用到滚刀刀圈的生产工艺中，进而解决了现有滚刀刀圈所存在的技术问题。在材质熔炼时，精炼炉主要目的是得到高纯净度的钢水，去除材料中有害的微量元素、气体元素及夹渣等；离心成型技术的使用，使产品内外表面都比较光滑，内部结构比较致密，无缩孔、裂纹和夹渣等常见铸造缺陷，且产品会形成铸造柱状晶垂直于刀圈表面，增强其耐磨性。

同时，由于双金属复合技术的使用，内圈的韧性比现役刀圈的韧性高，保证其工作时不发生断裂，减少贵重金属的使用量，降低材料成本；刀刃部分可以使用耐磨性更好的材料，综合提高了其强度、耐磨性等力学性能，进而提高了产品的使用寿命；复合界面为曲面，可增加界面结合面积，进而增加界面强度。因此在使用过程中，不易出现快速磨损与断裂等失效，大大地提高了使用寿命。该发明方法从根本上解决了滚刀刀圈易磨损、断裂等现象，并具有较好的工艺性、较高的使用寿命和生产成本较低等。且该工艺方法生产的滚刀刀圈因使用性能的提高，不仅节约了大量资源，而且减少了刀圈因报废而反复安装或检修的时间，提高了生产效率，符合低碳环保理念，具有重大的经济及社会意义。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。

实施例1，以17英寸滚刀刀圈在立式离心机中复合成型为例，

首先，将滚刀刀圈外圈所需的材质用电渣坩埚炉熔炼成液体状钢水，滚刀刀圈的外圈需要耐磨性能，因此，需要具有高耐磨的特性，为此，在本实施例中，选用高耐磨不锈钢，在本实施例中，选用硬度为HRC60以上的耐磨合金材质，具体的为高耐磨性的合金工具钢为Cr12MoV、3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1或LD中的任意一种材料，在本实施例中，为4Cr5MoSiV1。

滚刀刀圈内圈的需要一定的韧性，为此，滚刀刀圈内圈的材质为高韧性合金钢材，当然也可以选用现有常用材质。优选42CrMo、35CrMo、4Cr5MoSiV或40CrNiMo中的任意一种材料，在本实施例中，为42CrMo。

在将滚刀刀圈外圈所需的材质的同时，需要使用另一电渣坩埚炉将滚刀刀圈内圈所需要的材质也熔炼成液体状钢水。在这里需要说明是，滚刀刀圈外圈和内圈在材质的选择上，应当以熔点相近为选择的标准，这样的设置的目的，主要在成型时，内圈和外圈能够相互复合，且复合界面为曲面，这样，能够增加界面结合面积，进而增加界面强度。确保滚刀刀圈的强度。

然后将熔炼好的滚刀刀圈外圈钢水倒入离心旋转的滚刀刀圈模具中，离心成型，在本实施例中，滚刀刀圈模具为空腔为滚刀刀圈形状的模具，其余结构和现有常见的电渣离心浇铸模具一致，故在本实施例中，不加详细描述。

待滚刀刀圈外圈基本成型后，向滚刀刀圈模具中倒入熔炼好的滚刀刀圈内圈钢水，离心成型，即可得到双金属组合滚刀刀圈粗坯，然后，采用现有常用的技术手段，清理、退火、粗加工、质检分析、热处理、精加工后即可得到双金属复合滚刀刀圈。

通过离心浇铸成型的双金属组合刀圈相较于传统的涂覆耐磨层的结构，其加工方便，不需要复杂繁琐的工艺，相较与整体的材质选用高耐磨材质的滚刀刀圈，其价格和现有常用的价格接近，且使用寿命和整体选用的高耐磨材质的滚刀刀圈相当；相较于双金属扣和而成的滚刀刀圈，其加工工艺简单，所需生产时间短，进而无论在成本还是在其他方便对优于双金属扣和而成的滚刀刀圈，综上，采用本实施例提供的工艺，有效的解决了现有滚刀刀圈生产所存在的技术问题。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种双金属复合滚刀刀圈的生产方法，其特征在于，包括以下有效步骤：

a、首先采用高耐磨性的合金工具钢和高韧性的合金结构钢材质，通过精炼炉分别熔炼成两种金属液；

b、熔炼完成后，将精炼炉移动到离心机处，先把刀刃材质浇注到离心机模具中，以制备高耐磨性刀刃部位；

c、在高耐磨性刀刃部位离心后的10～60s内向离心机模具中倒入熔炼好的高韧性的合金结构钢材质钢水，离心成型，得到双金属复合滚刀刀圈粗坯；

d、待离心机停机后，取出产品保温；

e、最后清理、退火、粗加工、质检分析、热处理、精加工后即可得到双金属复合滚刀刀圈。

2.根据权利要求1所述的双金属复合滚刀刀圈的生产方法，其特征在于，所述a步骤中，所述高耐磨性的合金工具钢为硬度为HRC60以上的耐磨合金工具钢。

3.根据权利要求2所述的双金属复合滚刀刀圈的生产方法，其特征在于，所述a步骤中，所述高耐磨性的合金工具钢为Cr12MoV、3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1或LD中的任意一种材料。

4.根据权利要求3所述的双金属复合滚刀刀圈的生产方法，其特征在于，所述a步骤中，所述高韧性的合金结构钢材质为42CrMo、35CrMo、4Cr5MoSiV或40CrNiMo中的任意一种材料。