[發明專利]楔形切削齒及其制備方法和盾構機刀盤的強化方法

有效

• 申請號: 202210534418.5
• 申請日: 2022-05-17
• 公開（公告）號: CN114856589B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 譚松成;楊展;方小紅;段隆臣
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: E21D9/08
• 分類號: E21D9/08;B22F3/14;B22F5/00;C22C26/00;C22C30/02;C25D3/56;C25D5/20
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 康靖

本發明公開了一種盾構機用孕鑲金剛石楔形切削齒，切削齒由含金剛石和不含金剛石兩部分構成，切削齒采用YG12、Ni、Cu?Re、Fe四種金屬粉作為胎體材料，胎體材料與金剛石有很好的親和性，能夠有效融合。本發明公開了一種盾構機用孕鑲金剛石楔形切削齒的制備方法，采用溫度為990～1070℃、壓力為22～35MPa的增強型熱壓方法制造孕鑲金剛石楔形切削齒，實現孕鑲金剛石楔形齒的高硬度與高耐磨性能。本發明公開了一種盾構機用強化刀盤的制造方法，孕鑲金剛石楔形切削齒以溫差法過盈配合與刀盤牢固連接，并采用超聲波電鍍金剛石方法強化刀盤外緣的耐磨性能，同時起到增強楔形切削齒與刀盤的固結作用。

技術領域

本發明涉及一種地下非開挖施工和地鐵、地下大型管道鋪設施工中所采用的盾構機，涉及盾構機挖掘用的楔形切削齒的制作和刀盤的強化方法；特別針對硬巖層的地下非開挖工程中所需的金剛石切削齒的制造方法以及盾構機刀盤的強化，屬于鉆掘工程領域；同時也屬于粉末冶金材料及其工具領域。

背景技術

近二十多年來我國的非開挖工程以及地鐵與隧道工程迅速發展，盾構機得到廣泛應用，所遇到的地層變化很大，有第四紀地層、各類材料的填土層、風化巖層以及硬而完整巖層，對盾構機的性能要求不相同，特別是盾構鉆掘硬而完整巖層的幾率在增加，采用目前的硬質合金切削齒不僅耐磨性不夠，更重要的是在巖層中施工速度很慢，導致延誤工期，提高施工成本；同時，盾構機的刀盤雖然經過了噴涂大顆粒碳化鎢材料，其耐磨性雖有提高但仍然不夠強，致使刀盤磨耗快，一則影響了整個刀盤的使用壽命，進而直接影響了切削齒的使用壽命；這是一個急需解決的問題。

因此，必須從提高刀盤和切削齒的硬度與耐磨性出發，從根本上采取科技措施，全面提升質量，才能降低盾構機的施工成本和提高施工效益，在巖石地層施工非開挖工程中，取得實質性突破和進展。

發明內容

本發明的一個目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說明的優點。

本發明還有一個目的是提供一種盾構機用孕鑲金剛石楔形切削齒和一種盾構機用孕鑲金剛石楔形切削齒的制備方法，還提供一種盾構機用強化刀盤的制造方法。以提高熱壓孕鑲金剛石楔形切削齒破碎巖石的特有優勢，提升孕鑲金剛石切削齒高硬度與高耐磨性特征，同時兼顧胎體包鑲金剛石的強度和金剛石的良好出刃效果，可以實現高效、長壽命盾構機切削巖石的最終目標。

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了本發明提供一種盾構機用孕鑲金剛石楔形切削齒，包括一體成型的非金剛石層固結部和金剛石層楔形工作部，所述非金剛石層固結部鑲嵌在盾構機刀盤中，非金剛石層固結部包括楔形切削齒埋設在刀盤內的部位和電鍍含金剛石的鎳-錳合金耐磨層覆蓋的部位；所述非金剛石層固結部由胎體材料制備而成，所述金剛石層楔形工作部由胎體材料和金剛石混合制備而成；

所述胎體材料為300～320目的金屬粉末，包括YG12、Ni、Cu-Re、Fe四種金屬粉；

所述金剛石包括粒度為30-40目的金剛石和40-50目的金剛石。

需要說明的是，楔形齒的科學結構與形狀，能夠實現有效破碎硬而致密巖石，并且隨著鉆進的進行，楔形齒能夠實現自銳的作用，可實現高效、長壽命的盾構施工目標。

具體的是，所述胎體材料中YG12、Ni、Cu-Re、Fe金屬粉的質量含量分別占比46～54％、14～18％、15～19％、14～20％；所述金剛石中30-40目的金剛石和40-50目的金剛石的質量含量分別占比35～40％、60～65％。

該胎體材料中的四種金屬粉與金剛石有很好的親和性，在增強型熱壓條件下能夠與金剛石發生有效的交互作用，實現有效融合。