[發明專利]全斷面隧道掘進機滾刀刀圈的梯度硬度熱處理方法

有效

• 申請號: 201610956327.5
• 申請日: 2016-10-27
• 公開（公告）號: CN106498144B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 張凌;黃石起;李相吉
• 申請（專利權）人: 吉林省維爾特隧道裝備有限公司
• 主分類號: E21D9/11
• 分類號: E21D9/11
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所(普通合伙)22210
• 代理人: 南小平

技術領域

本發明屬于真空熱處理技術領域，具體涉及一種全斷面隧道掘進機滾刀刀圈的梯度硬度熱處理方法。

背景技術

TBM(全斷面隧道掘進機)滾刀刀圈從端部到刃部的硬度由低到高呈梯度硬度，可以提高裝配質量，有利于提高刀圈的使用壽命，但目前絕大部分的刀圈各部位硬度都是均勻的。針對梯度硬度，高校等研究部門做了很多利用對工件回火溫度的控制(即采用中頻感應回火處理)方法來實現刀圈梯度硬度及真空氣淬時實現梯度硬度的試驗。

對滾刀刀圈梯度硬度的處理，現有工藝一種是：刀圈真空油淬后采用控制回火溫度，即對刀圈端部及刃部采用不同溫度進行回火的方式；另一種是：真空淬火采用氣淬時用石棉板對端部進行隔熱，從而降低端部的冷卻速度來達到梯度硬度。為了研究出符合生產實際的真空油淬時實現硬度梯度的刀圈熱處理工藝，對上述工藝進行了反復研究與探討，發現此工藝只適用于單件實驗，實際生產過程中不但因工藝、工裝復雜，而且溫度的梯度分布很難控制均勻，工廠批量生產無法采用此工藝。

現有技術存在以下缺點：

1、利用回火實現滾刀刀圈梯度硬度，需要對滾刀刀圈徑向方向的不同部位上控制梯度分布的回火溫度，即端部要求高溫、刃部要求低溫，要完成此工藝需要設置特殊的加熱源與冷卻裝置，不但工裝復雜而且操作繁瑣。

2、對刀圈刃部和端部，很難準確控制梯度溫度，從而達不到理想的梯度硬度效果。

3、真空氣淬時用石棉板等材料，控制工件不同位置不同的冷卻速度從而實現梯度硬度，但石棉板的強度有限，無法多件同時組合淬火，所以只適合于單件生產，生產效率低，不適合于企業的批量生產。

4、刀圈真空淬火普遍使用油淬，采用3中的方案進行真空油淬，石棉板進入到淬火油很快會軟化，無法保證工藝要求，所以油淬時無法采用此工藝。

發明內容

本發明的目的在于提出一種全斷面隧道掘進機滾刀刀圈的梯度硬度熱處理方法，解決現有技術存在的工藝復雜、質量不穩定、只適合在實驗室進行試驗或單件生產，不適合批量生產，生產效率低的問題。

為實現上述目的，本發明的全斷面隧道掘進機滾刀刀圈的梯度硬度熱處理方法包括以下步驟：

步驟一：用2520耐熱白鋼板加工出結構相同的一個上蓋板和一個下蓋板，所述上蓋板和下蓋板的直徑大于滾刀刀圈端部直徑；

步驟二：分別在上蓋板和下蓋板的一個面上加工出圓環形槽；

步驟三：用2520耐熱白鋼管加工出一個套筒，所述套筒的高度為組合后的多個滾刀刀圈的高度，所述套筒的外徑小于滾刀刀圈內徑；

步驟四：將套筒焊接在下蓋板的圓環形槽內；

步驟五：將下蓋板環形槽內放入碳氈墊，將套筒外表面包覆碳氈；

步驟六：將多個同規格的滾刀刀圈依次套在套筒外側，所述滾刀刀圈內表面和碳氈外側接觸，靠近下蓋板的滾刀刀圈的端部和下蓋板圓環形槽內的碳氈墊接觸；

步驟七：安裝上蓋板，將上蓋板通過多個緊固螺栓固定在所述套筒上，所述上蓋板的圓環形槽內設置有碳氈墊，位于最上端的滾刀刀圈的端部和上蓋板的圓環形槽內的碳氈墊接觸，得到組成一體的多個滾刀刀圈組合；

步驟八，將步驟七中獲得的滾刀刀圈組合進行真空淬火處理；

步驟九：對經淬火處理的滾刀刀圈組合進行2-3次回火處理，使刀圈硬度達到工藝要求，完成熱處理。

步驟八中所述的真空淬火處理具體為：把步驟七中獲得的滾刀刀圈組合體在真空爐中加熱、保溫結束后入油淬火，使滾刀刀圈刃部能夠與淬火油直接接觸，加快其冷卻速度；端部因無法和淬火油直接接觸，從而控制其冷卻速度，使端部溫度緩慢降低。

所述上蓋板和下蓋板的直徑大于滾刀刀圈端部直徑20mm。

所述上蓋板和下蓋板上的圓環形槽深為7mm，所述上蓋板和下蓋板的厚度為25mm。

所述套筒的外徑小于滾刀刀圈內徑20mm，所述套筒的壁厚為20mm。

步驟五中所述的碳氈墊的尺寸比滾刀刀圈端部內徑的尺寸大3-6mm。

步驟五中所述的碳氈墊的尺寸比滾刀刀圈端部內徑的尺寸大5mm。

所述套筒外表面包覆的碳氈的厚度為10mm。

多個同規格的滾刀刀圈同軸設置，相鄰的兩個滾刀刀圈端部互相緊密接觸。

所述上蓋板、下蓋板和套筒同軸設置。