全斷面隧道掘進機滾刀刀圈的閉式模鍛鍛造方法技術

本發明專利技術全斷面隧道掘進機滾刀刀圈的閉式模鍛鍛造方法，屬于鍛造技術領域，解決了現有技術存在的鍛造精度低、加工量大、表面質量差、無法準確控制金屬流向、鍛件內部組織密度偏低、生產效率低和材料利用率低的技術問題；本發明專利技術包括以下步驟：選取圓環形管料作為毛坯料；對毛坯料的內表面和外表面進行車削，去除表面氧化皮，且對毛坯料的上邊緣和下邊緣進行倒角加工；將毛坯料裝入閉式模具中，進行第一次鍛打；對毛坯件進行第二次鍛打；取出鍛件；將鍛造后的鍛件進行等溫球化退火處理，獲得滾刀刀圈鍛件。

Closed die forging method for hob ring of full face tunnel boring machine

Closed die forging method of the TBM cutter ring, which belongs to the technical field of forging, solves the problems of existing technology of low precision forging, machining capacity, poor surface quality, can not accurately control the metal flow, forging the internal organization of low density, low production efficiency and material utilization rate is low and the technical problems; the invention comprises the following steps: selection of circular pipe material as blank; turning on the inner surface and the outer surface of the blank, remove the surface oxide skin and chamfering on the upper edge and the lower edge of the blank; the blank material into a closed mold, for the first time on the forging blank; second remove the forging; forging; forgings after forging the isothermal spheroidizing annealing, obtain cutter ring forgings.

【技術實現步驟摘要】
全斷面隧道掘進機滾刀刀圈的閉式模鍛鍛造方法
本專利技術屬于鍛造
，具體涉及一種全斷面隧道掘進機滾刀刀圈的閉式模鍛鍛造方法。
技術介紹
滾刀刀圈是全斷面隧道掘進機施工的關鍵零件，在全斷面隧道掘進機掘進過程中滾刀刀圈與巖體直接接觸，在縱向推力作用下，通過刀圈對巖石進行擠壓、起裂最終完成對巖石的破碎，其工作條件極其惡劣，所以滾刀刀圈在掘進過程中會出現以下失效形式：非正常磨損、卷邊、崩刃和斷裂。為了防止和減少上述失效缺陷，要求刀圈具有高硬度、高耐磨性、高的沖擊韌性等綜合力學性能。影響滾刀刀圈性能的因素很多，主要有：原材料、鍛造工藝、鍛件毛坯的退火及半成品的熱處理工藝等。斷面隧道掘進機的滾刀刀圈傳統的鍛造工藝為自由鍛。但是存在以下技術缺陷：鍛件精度低、加工量大、表面易產生鍛造缺陷；無法精準的控制所需要的金屬流向；難以準確控制終端溫度；在鍛造過程中如拔長時進錘量過大，易出現表面橫向裂紋、如進錘量過小易出現內部的橫向裂紋；鍛造倒棱時壓下量過大或翻轉拔長次數過多，會造成表面縱向及內部縱向裂紋；總之，影響自由鍛鍛件質量的因素有多種，且操作過程難以控制精準，從而影響鍛件的質量，對成品刀圈的性能有不同程度的影響。目前，全斷面隧道掘進機的滾刀刀圈加工前的毛坯采用的是自由鍛或輥鍛，鍛造原料用的是不同材質的電渣錠鍛造加工出的圓棒料。自由鍛或輥鍛存在以下技術缺陷：1、自由鍛和輥鍛的鍛件精度低、加工量大、表面質量差、生產效率低、鍛耗比大、金屬消耗較多；2、自由鍛造時金屬坯料除上、下與模板接觸部分外，其它個個方向均能不受外部限制而自由變形流動，故無法精準的控制所需要的金屬流向；3、自由鍛和輥鍛因每次加熱后，因為受到終鍛溫度的限制無法一次鍛造成形，需要2--3次的反復加熱和鍛造，生產效率低且加熱及鍛造成本高；4、如終鍛溫度控制不當，很容易造成鍛件表面裂紋和內部的微觀裂紋，嚴重影響鍛件的內在質量；5、自由鍛只能用圓棒料進行鍛造，材料的利用率低，增加零件的材料成本。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供全斷面隧道掘進機滾刀刀圈的閉式模鍛鍛造方法，解決現有技術存在的鍛造精度低、加工量大、表面質量差、無法準確控制金屬流向、鍛件內部組織密度偏低、生產效率低和材料利用率低的技術問題。為實現上述目的，本專利技術全斷面隧道掘進機滾刀刀圈的閉式模鍛鍛造方法包括以下步驟：步驟一：選取圓環形管料作為鍛件毛坯料；步驟二：對步驟一中選好的毛坯料的內表面和外表面進行車削，去除表面氧化皮；步驟三：對步驟二中獲得的毛坯料的上邊緣和下邊緣進行倒角加工，倒角的角度α為：7°至9°。步驟四：將步驟三中獲得的毛坯料裝入閉式模具中，使用萬噸壓力機進行第一次鍛打；步驟五：對步驟四中經過第一次鍛打的毛坯件，使用萬噸壓力機進行第二次鍛打，獲得鍛件；步驟六：打開閉式模具，取出鍛件；步驟七：將步驟六中的鍛件進行等溫球化退火，獲得滾刀刀圈鍛件。所述步驟二中去掉氧化皮的毛坯料，外徑和高度按(5-6):1進行下料。所述步驟四中進行第一次鍛打的溫度為1100℃，壓力為4000-4500噸。所述步驟五中對毛坯件進行第二次鍛打的溫度小于1100℃，大于等于1050℃，壓力為8000-8500噸。所述步驟四中的閉式模具包括上模、下模、三個導向桿；壓板、頂板、三個頂桿和彈簧；壓板與頂板通過螺釘連接；頂桿與頂板同步運動；三個頂桿圓周均布安裝在下模上；一個導向桿對應一個頂桿，導向桿與下模為螺紋鏈接，彈簧套在頂桿上。所述上模和下模端部與刃部之間的過渡圓角為R24。所述上模的刃部斜度為單面8度。所述下模的刃部斜度為單面8度。所述上模和下模型腔的外邊緣作為定位導向，定位導向的間隙為1mm。本專利技術的有益技術效果：1、本專利技術采用閉式模鍛方法，毛坯件采用環形管料，下好料后對內、外表面進行車削，把原料表面氧化皮等缺陷加工掉，用圓環形管料比常規的圓棒料大大提高了材料的利用率，降低了材料成本和加工成本；2、整個鍛造過程只需控制好始鍛溫度和終鍛溫度，把始鍛溫度確定為1100℃、終鍛溫度控制在大于等于1050℃，把鍛造溫度范圍嚴格控制在≤50℃；大大縮短鍛造溫度范圍；保證了加熱的鍛件毛坯在具有較高的塑性和較小的變形抗力溫度范圍內完成整個鍛造過程，獲得細小、均勻的晶粒組織，提高鍛件機械性能，能夠充分控制組織偏析，得到致密的鍛造組織，避免自由鍛或輥鍛時終端溫度控制不當，造成表面及內部裂紋等缺陷；3、閉式模具包括上模和下模，鍛件的頂出結構設計在下模，采用上、下模型腔外邊緣作為定位導向，導向間隙設計為1mm，有效地防止了金屬溢流，且便于開模；端部和刃部的過渡圓角設計為R24，刃部斜度設計為單面8度，保證了金屬的流向和型腔的充滿度；設計上充分考慮毛坯在鍛造過程中的金屬流向及成形，使鍛后的工件刃部增強致密度及機械性能，利用鍛造過程中的金屬流向對組織、性能等的影響原理確定出了最佳的模具型腔形狀及各部位尺寸；4、采用閉式模具進行模鍛，鍛件的幾何形狀完全與成品相似，對鍛件毛坯的設計充分考慮鍛件內部組織的致密性、金屬流向、材料的利用率等，在重量上確定為毛坯重大于成品重2KG；降低了機械加工余量，不但提高材料利用率還可大大降低加工成本；5、鍛打次數采用兩次，即對加熱毛坯只需鍛打兩次便可成形，采用大噸位，兩次鍛打工藝可以提高鍛件的組織致密度，提高成品的性能；同時又可以維護好模具，提高模具的使用壽命；6、本專利技術鍛造方法采用閉式模鍛工藝避免了自由鍛或輥鍛時鍛件精度低、加工量大、表面質量差、生產效率低、鍛耗比大金屬消耗較多的鍛造缺陷；且獲得的滾刀刀圈的刃部的組織密度比端部的組織密度高。附圖說明圖1為本專利技術全斷面隧道掘進機滾刀刀圈的閉式模鍛鍛造方法的流程圖；圖2為本專利技術全斷面隧道掘進機滾刀刀圈的閉式模鍛鍛造方法中的毛坯件鍛造金屬流向示意圖；圖3為本專利技術全斷面隧道掘進機滾刀刀圈的閉式模鍛鍛造方法中的閉式模具結構示意圖；其中，1、下模，2、上模，3、頂桿，4、彈簧，5、壓板，6、頂板，7、導向桿，8、端部與刃部之間的過渡圓角，9、刃部斜度。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術作進一步闡述。參見附圖1、附圖2和附圖3，本專利技術全斷面隧道掘進機滾刀刀圈的閉式模鍛鍛造方法包括以下步驟：步驟一：選取圓環形管料作為鍛件毛坯料；步驟二：對步驟一中選好的毛坯料的內表面和外表面進行車削，去除表面氧化皮；步驟三：對步驟二中獲得的毛坯料的上邊緣和下邊緣進行倒角加工，倒角的角度α為：7°至9°。步驟四：將步驟三中獲得的毛坯料裝入閉式模具中，使用萬噸壓力機進行第一次鍛打；步驟五：對步驟四中經過第一次鍛打的毛坯件，使用萬噸壓力機進行第二次鍛打，獲得鍛件；步驟六：打開閉式模具，取出鍛件；步驟七：將步驟六中的鍛件進行等溫球化退火，獲得滾刀刀圈鍛件。所述步驟二中去掉氧化皮的毛坯料，外徑和高度按(5-6):1進行下料。所述步驟四中進行第一次鍛打的溫度為1100℃，壓力為4000-4500噸。所述步驟五中對毛坯件進行第二次鍛打的溫度小于1100℃，大于等于1050℃，壓力為8000-8500噸。所述步驟四中的閉式模具包括上模2、下模1、三個導向桿7、壓板5、頂板6、三個頂桿3和彈簧4；壓板5與頂板6通過螺釘連接；三個頂桿3圓周均布安裝在下模1上；每個頂桿3對應一個導向桿7；頂桿3與頂板6同步運動，導本文檔來自技高網...

【技術保護點】
全斷面隧道掘進機滾刀刀圈的閉式模鍛鍛造方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一：選取圓環形管料作為鍛件毛坯料；步驟二：對步驟一中選好的毛坯料的內表面和外表面進行車削，去除表面氧化皮；步驟三：對步驟二中獲得的毛坯料的上邊緣和下邊緣進行倒角加工，倒角的角度α為：7°至9°；步驟四：將步驟三中獲得的毛坯料裝入閉式模具中，使用萬噸壓力機進行第一次鍛打；步驟五：對步驟四中經過第一次鍛打的毛坯件，使用萬噸壓力機進行第二次鍛打，獲得鍛件；步驟六：打開閉式模具，取出鍛件；步驟七：將步驟六中的鍛件進行等溫球化退火，獲得滾刀刀圈鍛件。

【技術特征摘要】
1.全斷面隧道掘進機滾刀刀圈的閉式模鍛鍛造方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一：選取圓環形管料作為鍛件毛坯料；步驟二：對步驟一中選好的毛坯料的內表面和外表面進行車削，去除表面氧化皮；步驟三：對步驟二中獲得的毛坯料的上邊緣和下邊緣進行倒角加工，倒角的角度α為：7°至9°；步驟四：將步驟三中獲得的毛坯料裝入閉式模具中，使用萬噸壓力機進行第一次鍛打；步驟五：對步驟四中經過第一次鍛打的毛坯件，使用萬噸壓力機進行第二次鍛打，獲得鍛件；步驟六：打開閉式模具，取出鍛件；步驟七：將步驟六中的鍛件進行等溫球化退火，獲得滾刀刀圈鍛件。2.根據權利要求1所述的全斷面隧道掘進機滾刀刀圈的閉式模鍛鍛造方法，其特征在于，所述步驟二中去掉氧化皮的毛坯料，外徑和高度按(5-6):1進行下料。3.根據權利要求2所述的全斷面隧道掘進機滾刀刀圈的閉式模鍛鍛造方法，其特征在于，所述步驟二中去掉氧化皮的毛坯料，外徑和高度按5.8:1進行下料。4.根據權利要求1所述的全斷面隧道掘進機滾刀刀圈的閉式模鍛鍛造方法，其特征在于，所述步驟四中進行第一次鍛打的溫度為1100℃，壓力為4000-4500噸。5.根據權利要求4所述的全斷面隧道掘進機滾刀刀圈的閉式模鍛鍛造方法，其特征在于，所述步驟四中進行第一次鍛打的溫度為1100℃，壓力為4...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張凌，黃石起，
申請(專利權)人：吉林省維爾特隧道裝備有限公司，
類型：發明
國別省市：吉林,22