[发明专利]一种盾构机滚刀刀圈抗磨、抗冲击处理方法

说明书

本发明公开了一种盾构机滚刀刀圈抗磨、抗冲击处理方法，包括如下步骤：(1)制备毛坯；(2)加工毛坯；(3)扫描基体表面获取基体数据；(4)建立三维模型，设定电弧增材加工参数；(5)利用电弧增材制造机器人系统，对刀圈进行电弧增材制造；(6)增材沉积态金属。本发明通过机器人增材制造技术在滚刀刀圈表面熔覆合金层，提高了滚刀刀圈表面的硬度、韧性和耐磨损性能，有效减少了磨损量，提高了抗冲击性能，延长了滚刀刀圈的服役周期，提高了掘进作业效率，降低了生产成本；具有对环境无污染、无辐射、低噪声、成品率高以及综合成本低等优点。

技术领域

本发明涉及一种盾构机滚刀刀圈抗磨、抗冲击处理方法，属于机械技术领域。

背景技术

随着我国城市的不断发展，地铁在缓解城市交通压力方面发挥着重要的作用，目前在地铁施工中，盾构机的应用越来越广泛，滚刀是盾构机上用于掘进的刀具，滚刀由滚刀体组成，滚刀体中部通过刀圈安装合金，刀圈由一个固定环卡装在滚刀体上，滚刀是一种可更换刀圈的刀具，通常有单刃、双刃和多刃之分，常以辐射状或螺旋状分布装在盾构机刀盘上。盾构机在千斤顶的压力下向前掘进，同时盾构机刀盘作旋转运动，安装在盾构机刀盘上的刀具在随刀盘公转同时，自己在摩擦力和压力下作自转，从而利用刀圈刃口对岩石表面产生滚动切削作用。当盾构机掘进的岩土层中含有大量的鹅卵石时，由于鹅卵石的强度较高，同时容易滑动，造成其很难被刀具直接切碎。由于施工过程中的高强度、高硬度和复杂的地质条件，使盾构机滚刀刀圈成为掘进过程中最容易损坏的零部件，也是制约掘进效率的瓶颈，使得刀具的费用占整个掘进成本的百分之三十左右，滚刀刀圈在使用过程中受到正向的正压力、切向的摩擦力、以及侧向变应力的影响，极易造成刀具磨损，因此迫切需要采用表面改性技术，在保持滚刀内部优良韧性的同时，综合提高其表面的硬度、耐磨性和抗冲击性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中盾构机滚刀刀圈在高强度、高硬度和复杂的地质条件工况下耐磨性差、使用寿命低的问题，提供一种盾构机滚刀刀圈抗磨、抗冲击处理方法。

为解决这一技术问题，本发明提供了一种盾构机滚刀刀圈抗磨、抗冲击处理方法，包括如下步骤：

（1）滚刀刀圈基体采用30CrMnSi钢材料，用热锻工艺制备毛坯；

（2）采用机械加工方法加工毛坯，加工后预留电弧增材的厚度12mm，即尺寸比刀圈要求尺寸小12mm，获得刀圈基体1；

（3）采用三维激光扫描仪，扫描基体表面，获取基体1表面三维几何形状的数据，该数据与刀圈的目标尺寸比较，确定不同部位增材的形状和尺寸；

（4）建立金属零件的三维模型，获得三维模型的STL文件，对STL三维模型进行面向提高熔敷效率、表面质量及性能优先方向的区块化处理，并对每个区块的STL文件进行切片处理，获得电弧增材加工路径，设定电弧增材加工参数；

（5）利用电弧增材制造机器人系统，根据电弧增材加工路径和加工参数对刀圈进行电弧增材制造，电弧增材制造机器人系统由6轴机器人、配合3轴变位机组成；

（6）为保证增材沉积态金属与基体的结合强度，以及沉积态金属的耐磨、耐冲击、抗裂、抗疲劳性能，沉积态金属的厚度要达到12mm以上，沉积态金属分为过渡层和工作层，过渡层金属为3-4mm，余为工作层。