【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于隧道施工，具体涉及一种具有自锐效果的滚刀刀圈及其制备方法。
技术介绍
1、滚刀刀圈是盾构机/tbm破岩掘进的核心部件，刀圈在岩层中的贯入能力等对盾构机/tbm的掘进效率影响很大，随地层强度的增高，滚刀在岩层中的贯入度降低，掘进效率变慢。在极硬花岗岩地层中，常规滚刀刀圈的贯入度甚至仅为1mm/r以下，严重影响施工进度。
2、为了提高滚刀的贯入度，提高掘进效率，现有的提高滚刀贯入度的关键在于两方面：一是增大推力；但是，由于滚刀承载力受制于轴承，相应直径的滚刀已经无法提高轴承规格，使得推力的增大受到了限制；二是减小刀圈刃宽；但是，由于刃宽过小会影响刀圈的承载力，导致刀圈崩刃等异常损坏。
3、如图4所示，虚线部分为刀圈磨损区域，刃宽为w，磨损后，刃宽w明显变大，导致贯入破岩量降低。
4、在此基础上，也可通过以下途径提高在极硬岩地层滚刀的贯入破岩效果：
5、1、如专利公告号为cn211737140u的一种用于完整硬岩的tbm滚刀刀圈，在刀圈外围增加不同结构的刃部以提高滚刀破岩效果，然而会导致该种滚刀装配复杂，且增加了滚刀异常失效的概率，且频繁更换刃部需要停机换刀，影响施工效率。
6、2、如申请号为201621472385的隧道掘进机尖刃滚刀结构，通过将刀圈刃口设置为尖部，提高了初始时的掘进破岩效果，然而当其尖刃磨损后，刀圈破岩贯入效果下降。
7、3、如申请号为2022211688000的一种用于硬岩地层的高效破岩盾构滚刀刀圈，通过将刀圈刃口设计为平刃和v
8、除此之外，通过将刀圈刃口设置为梯度硬度的方式，刃口硬度由外向内依次降低，在保证刃口耐磨性的同时保证整个刃口区域的韧性，避免发生刃口断裂问题，然而该种方式主要解决的是使刀圈针对复杂地质条件的适用性，在针对极硬岩层的贯入能力方面效果并不明显。
9、综上，上述方式均无法实现在保证滚刀刀圈刃口针对极硬岩层的贯入能力的同时，保证刃口韧性，避免发生刃口断裂现象的发生概率过高的问题，同时保证刀圈的使用寿命。
技术实现思路
1、本专利技术为解决现有的滚刀刀圈无法在保证滚刀刀圈刃口针对极硬岩层的贯入能力的同时，保证刃口韧性，同时保证刀圈的使用寿命的问题，提供一种具有自锐效果的滚刀刀圈及其制备方法，通过采用耐磨性高的材料制作刀圈刃口，同时将刃口两侧进行加工使其强度降低、韧性更好或是在刃口两侧设置强度较低而韧性较好的熔覆层，保证刀圈全生命周期的贯入破岩效果，提高刀圈的承载和抗冲击性能，避免刀圈崩刃、断裂等，保证刀圈的正常使用。
2、为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
3、一种具有自锐效果的滚刀刀圈，包括刀圈本体与刀刃，所述刀圈本体呈环形,所述刀圈本体中心为内孔，刀圈本体外侧周向设置有刀刃，所述滚刀刀圈包括内部的高强度部与外侧的低强度部，所述高强度部的硬度大于低强度部，使用时，低强度部首先被磨损，进而高强度部为窄刃形式工作，并通过未被磨损的低强度部保证刃口韧性，避免断裂，本专利技术具有自锐效果的滚刀刀圈主要是指光面刀圈。
4、优选的，所述低强度部设置在刀刃的刃口两侧。
5、优选的，所述低强度部设置在刀刃两侧。
6、优选的，所述低强度部沿刀刃两侧以及内孔侧壁绕设。
7、上述的具有自锐效果的滚刀刀圈的制备方法，包括以下步骤：
8、步骤一：根据施工地层的地质情况，确定低强度部的厚度，并加工出刀圈毛坯，所述刀圈毛坯的刃宽为适于该地层的刃宽加上低强度部厚度；
9、步骤二：对刀圈毛坯进行粗加工，对粗加工后的刀圈进行热处理，使其整体达到所需的高强度部的硬度；
10、步骤三：对刀圈外侧进行加热使其形成所述低强度部，并调整加热时间保证所形成的低强度部厚度，加热温度控制在500-650℃之间，所述低强度部硬度由外到内硬度依次升高；
11、步骤四：对加热后的刀圈进行消除应力处理；
12、步骤五：对刀圈进行精加工。
13、优选的，所述步骤二热处理后的刀圈硬度为55-64hrc,保证刀圈的耐磨性能。
14、优选的，所述步骤三中形成的低强度部的硬度为40-55hrc，使得低强度部相较于高强度部更易磨损而又韧性更强。
15、上述的具有自锐效果的滚刀刀圈的制备方法，包括以下步骤：
16、步骤一：根据施工地层的地质情况，确定低强度部的厚度，并加工出刀圈毛坯，所述刀圈毛坯的刃宽为适于该地层的刃宽；
17、步骤二：对刀圈毛坯进行粗加工，对粗加工后的刀圈进行热处理，使其整体达到所需的高强度部的硬度；
18、步骤三：刀圈在200-300℃温度下进行预热，随后在刀圈外侧覆盖熔覆层构成低强度部，所述熔覆层硬度低于步骤二中热处理后的刀圈硬度；
19、步骤四：对加热后的刀圈进行消除应力处理；
20、步骤五：对刀圈进行精加工。
21、优选的，所述步骤二热处理后的刀圈硬度为55-64hrc，保证刀圈的耐磨性能。
22、优选的，所述步骤三中刀圈外侧覆盖的熔覆层硬度为40-55hrc，使得低强度部相较于高强度部更易磨损而又韧性更强。
23、通过上述技术方案，本专利技术的有益效果为：
24、1、本专利技术的滚刀刀圈刀刃由内侧的高强度部与外侧的低强度部共同组成，进而刀圈侧面及中心具备不同的性能，实现刀圈中心区域耐磨性能优于刀圈两侧耐磨性能，使滚刀刀圈掘进过程中因两侧磨损快而持续保持窄刃结构、保证贯入破岩效果，同时保证了刀圈的抗冲击性能。
25、2、本专利技术无需对盾构机/tbm以及滚刀结构进行更改，即可显著提高盾构机/tbm的贯入破岩效果，保证掘进效率。
26、3、本专利技术的具有自锐效果的滚刀刀圈制备工艺简单，有助于控制刀圈制造成本，便于批量生产制造。
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1.一种具有自锐效果的滚刀刀圈，包括刀圈本体（3）与刀刃（4），所述刀圈本体（3）呈环形,所述刀圈本体（3）中心为内孔，刀圈本体（3）外侧周向设置有刀刃（4），其特征在于，所述滚刀刀圈包括内部的高强度部（1）与外侧的低强度部（2），所述高强度部（1）的硬度大于低强度部（2）。
2.根据权利要求1所述的一种具有自锐效果的滚刀刀圈，其特征在于，所述低强度部（2）设置在刀刃（4）的刃口两侧。
3.根据权利要求1所述的一种具有自锐效果的滚刀刀圈，其特征在于，所述低强度部（2）设置在刀刃（4）两侧。
4.根据权利要求1所述的一种具有自锐效果的滚刀刀圈，其特征在于，所述低强度部（2）沿刀刃（4）两侧以及内孔侧壁绕设。
5.权利要求1-4任一项所述的具有自锐效果的滚刀刀圈的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的具有自锐效果的滚刀刀圈的制备方法，其特征在于，所述步骤二热处理后的刀圈硬度为55-64HRC。
7.根据权利要求5所述的具有自锐效果的滚刀刀圈的制备方法，其特征在于，所述步骤三中形成的低强度部
8.权利要求1-4任一项所述的具有自锐效果的滚刀刀圈的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的具有自锐效果的滚刀刀圈的制备方法，其特征在于，所述步骤二热处理后的刀圈硬度为55-64HRC。
10.根据权利要求8所述的具有自锐效果的滚刀刀圈的制备方法，其特征在于，所述步骤三中刀圈外侧覆盖的熔覆层硬度为40-55HRC。
...【技术特征摘要】
1.一种具有自锐效果的滚刀刀圈，包括刀圈本体（3）与刀刃（4），所述刀圈本体（3）呈环形,所述刀圈本体（3）中心为内孔，刀圈本体（3）外侧周向设置有刀刃（4），其特征在于，所述滚刀刀圈包括内部的高强度部（1）与外侧的低强度部（2），所述高强度部（1）的硬度大于低强度部（2）。
2.根据权利要求1所述的一种具有自锐效果的滚刀刀圈，其特征在于，所述低强度部（2）设置在刀刃（4）的刃口两侧。
3.根据权利要求1所述的一种具有自锐效果的滚刀刀圈，其特征在于，所述低强度部（2）设置在刀刃（4）两侧。
4.根据权利要求1所述的一种具有自锐效果的滚刀刀圈，其特征在于，所述低强度部（2）沿刀刃（4）两侧以及内孔侧壁绕设。
5.权利要求1-4任一项所述的具有自锐效...
【专利技术属性】
技术研发人员：芦海俊，刘枭，吴红兵，潘洪军，杨健伟，尚勇，李焕旭，姜海峰，李鹏，邓统博，陈彦涛，
申请(专利权)人：中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：
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