盾构刀具磨损调研（精选）

第一篇：盾构刀具磨损调研（精选）

盾构切削刀具磨损现状调研分析 及北京地铁砂卵石地层磨损现状

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1、前言

近些年来，在盾构施工中为了稳定开挖面与减少后续沉降，泥水加压式、土压式等施工方法用得越来越多。砾层中的施工不断增加，且受到竖井数量的限制掘进距离也有所增长，所以盾构机的耐久性问题变得越来越突出。成为耐久性问题的主要是切削刀具的损耗及面板、外圈侧面的磨损。虽然，由于损耗严重不能继续使用时，只要将其修复成原来的状态就可以是使用，但由于使用密闭型盾构机施工时，大多需要对开挖面进行地基改善及部分加气压等补助工法，因此，修复工作无论在经济上还是工期上，都会造成浪费，而且在安全方面也是很危险的。这样的损耗如果任其发展，就会发展为盾构机外圈部分及外圈密封层的损耗，可能会造成重大事故。本文根据多个国外损耗事例分析了损耗的主要原因与措施的技术动向。并对北京地铁砂卵石地层磨损现状进行了简单的介绍。

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2、切削刀具

2.1切削理论 2.1.1切削形式

土被盾构刀具切削后的形状主要受切削基岩土质、切削条件等的影响。切削土的形状分为以下4种。

① 流水型切削 ② 裂断型切削 ③ 剪切型切削 ④ 剥落型切削 ① 流水型切削

流水型切削指的是切削围岩为粘土或者包含着粘性土成分（粉砂、粘土）的时候，切削土沿着刀尖的前倾面被连续剪切成流水形状的情形。② 裂断型切削

实在土的粘性小，含水量低的情况下产生的现象。刀尖受到土的压力，土体受到压缩后在刀尖处产生裂缝，接着引起剪切，切削土就会分离。此时，刀尖处产生波动，明显的时候甚至引起振动。因为振动能减轻盾构框架与土的摩擦，大的切削抵抗或许能成为引起旋转的主要因素。③ 剪切型切削

切削角度大或者土体坚硬且脆弱的情况下产生的现象。这种现象时裂断型切削预流水型切削的过渡状态。随着刀尖的推进土会产生压缩变形，达到一定程度的时候，就会从刀尖处开始沿着某一面发生剪切。④ 剥落型切削

土体中混有砾石或砂砾层的时候，刀尖剥落砾粒使土与砾的粘结消失的现象。这个现象就像用夹子把土中的砾粒抠出来一样。图-1所示为切削土的形状。流水型切削

裂断型切削

剪切型切削 剥落型切削

图-1 切削形式

2.1.2切削的基础关系式

盾构刀具切削力的基础关系示于图-2中。

—作用于切削刀具前倾面的力 N—垂直于切削刀具前倾面的分力 R

F—切削刀具前倾面上的磨擦力 —切削刀具前倾面上的磨擦角

Fc—作用于围岩剪切面上力的水平分力 Ft—作用于围岩剪切面上力的垂直分力 A0—切削面积（切入深度h×切削宽度b）

剪切面上土的平均剪切应力表示为s时

RsA0

sincos()FcsA0cos()

sincos()sA0sin()

sincos()Ft：后角  ：剪切角  ：前角 

由此可知，如果已知被切削材的剪切应力s、前倾面的磨擦角、剪切角，就能预测出切削抵抗，但跟延性大的金属切削不同的理论，盾构切削就很难协调。为了考虑切削刀具的损耗，切削力的基础关系就成为最基本的问题。

土砂剥离线

砾石破碎线

图-2 切削力的基础关系 图-3 砾石的切削抵抗关系

2.1.3砾石的切削抵抗

砾石的切削抵抗关系示于图-3中。切削刀具切入砾石中时，不仅是切入深度t的背面应力，而是作用着整个砾石的背面应力。由于砾石及背面基岩的物理强度，砾石破碎或背面基岩软化后进入刀盘而不是切削缝。这属于砾石的破坏问题，所以对砾石的实验方法不作详细的介绍。

2.2切削刀具的材质 2.2.1硬度和抗折力

（ⅰ）硬度

金属材料的硬度虽然没有直接用途，但能以硬度为介质显示出其它机器的性质，是一个基准。一般把硬度当作判断实用上的耐磨耗性的基准使用，JIS制定了以下四种硬度试验。

1.布里奈尔硬度 2.维克斯硬度 3.洛克韦尔硬度 4.肖氏硬度

各实验方法之间作为基准的硬度可以进行换算。即使相同的硬度也会根据材料的化学成分和磨耗机构而表现出不同的耐磨耗性，所以考虑磨耗对策的时候必须正确掌握硬度。

超硬合金中与硬度同等重要的是韧性或称为粘度的性质。韧性指的是在外力作用下产生的耐破损的性质，一般用抗折力作为表示程度的尺度。抗折力试验中测定的是剪力、压力及拉力的合成结果，虽然能用于实用性能的判定，但是微观裂缝引起的疲劳破损却跟抗折力没用任何关系。2.2.2切削头刃

（ⅰ）刀刃的使用分类

在矿山、建筑及采石等工地上使用的刀刃是JISM3916中规定的“矿山工具用超硬刀刃”超硬刀刃的主要成分是把W(钨)、C(碳)、C0(钴)的细微粉末压缩成型后用“烧结”的方法制成的。W事先和C混合加热化和成WC（碳化钨）使用。成分中WC是硬度因素，C0则承担韧性。通常C0的比例越大韧性就越大，但韧性不仅跟C0的量有关，还跟C0与合金结晶粒径大小的组合有关。因此调整C0的含量和WC粒子的大小，就会产生不同的性质。超硬合金的性质、性能不仅取决于化学成分，还跟粒径组成有很大的联系，但定量表示粒径组成是很难的，所以JIS规定按使用分类。

（ⅱ）硬度及抗折力

超硬刀刃的硬度及抗折力等特性主要取决于C0的含量和WC粒子的大小。增加C0含量，抗折力提高，但硬度降低。关于WC的粒径，增大WC粒径，抗折力就会提高，但硬度降低：相反地减小WC粒径，硬度会提高，抗折力却会下降。C0含量多的合金，其抗折力有最大值，由此可知硬度的减小与抗折力的增加不一定是同步的。但这不是固定不变的，即使相同的组成和粒径，也会因制作方法的不同产生细微的差异。

（ⅲ）刀刃的焊接

为了使超硬刀刃充分发挥其性能，应该正确选择安装刀刃的刀柄材料、使用适当的焊材、采用先进的焊接技术，防止作用于刀刃的外力引起刀刃脱离焊接面的现象和焊接应力引起的缺口。

（ⅲ-ⅰ）焊接方法

焊接方法有事先在刀刃的接合部位插入适量焊材后加热的置焊和边加热边加焊材的加焊。刀刃与刀柄之间的缝宽会因焊材的类型而不同，一般为0.1～0.25mm。刀刃焊接的加热方法一般采用高频电波诱导焊接。把要焊接的刀刃与刀柄放入加热线圈内，然后使线圈内流 过高频电流，在接合面就会流过诱导电流产生很大的热量。

（ⅲ-ⅱ）焊材

焊材的材料要求对安装刀刃的刀柄材料有湿润的性质且刀刃与刀柄之间有充分的结合强度，因此一般使用结合强度大熔融温度低的银焊系列的焊材。刀刃的焊接使用的是Bag-3及Bag-4等准规格品，而Bag-

3、4中含有的Ni（镍）对WC的润性好，因此用于这种材料的焊接。Bag-4比Bag-3流动性好。另外，还有添加了对超硬合金的润性有效的M（锰）的焊材。

2.2.3切削刀柄

（ⅰ）刀柄的安装方法和材料性质

切削刀柄安装于转刀轮辐的方法有以下两种。① 用螺栓或销安装 ② 用熔接的方法安装

以上两种安装方法的区别是对刀柄材料的性质有限制。熔接安装用的是溶解性能好的低 碳钢，例如一般构造用压延钢（SS）、机械构造用碳素钢（SC）等。低碳钢与合金钢相比硬度差，耐磨耗性也差，因此为了提高耐磨耗性进行表面耐磨堆焊。用螺栓或销安装的方法中刀柄材料不需要有熔接性，因此可以使用耐磨耗性强的合金钢。一般使用铬钼钢（SCM）及镍、铬、钼钢。

（ⅱ）表面硬化处理

提高金属表面耐磨耗性的表面硬化处理方法有浸碳化、淬火、氮化、堆焊等。切削刀柄 的表面硬化处理是对在严酷使用条件中的耐磨耗合金进行堆焊的方法。选择表面耐磨堆焊的熔接材料时，基于刀柄磨耗机构必须选择最适合的材料。

现在多使用维氏硬度为1000左右的铬碳化物系或钨炭化物系。刀柄的磨耗最大的部位是切削刀具的背面，这个部位的损耗形态主要是锄平磨耗。磨耗对象是砾岩粒子，其硬度是一个因素。矿石硬度的表示方法中定性的有莫氏硬度，定量的有努普硬度及微维氏硬度。一般按重要性选择全焊和筋焊中最合适的方法使用，堆焊次数通常为1～2层堆焊。2.3切削刀具损耗的主要原因 2.3.1损耗形态

（ⅰ）破损（切削刀刃）① 崩刃

切削刀刃的减短寿被切削材（砾石等）的冲击力作用引起的小规模崩坏现象就叫崩刃。崩刃是在刀刃的边缘发生的，因此通常对刀尖进行坡口加工或使刀尖呈圆形。② 薄片剥落

薄片剥落是指盾构机的掘进过程中刀具嵌入岩层中时，背面受到外力的冲击部分破坏的现象。

③ 冲击缺口

掘削土体中的砾石被切削刀具拆开或有的砾径正好在掘削断面内是时，切削刀具的掘削状态就会成为断续切削。切削力W，在安定的切削状态下，向着刀尖角度内侧的刀刃受到的是压力。在断续切削中受到方向不定的外力冲击，有时切削力W会垂直作用于前倾面，因此刀刃容易损坏。④ 弯曲缺口

即使切削力的方向指向刀尖角内，如果方向不正的话刀刃就可能会因分力，产生弯曲缺口。在断续切削中这种情况会连续重复发生，所以更容易引起疲劳产生缺口。⑤ 焊接应力引起的缺口

刀柄和刀刃的焊接温度是700～800℃（银焊），刀柄和刀刃作为不同金属有着不同的线 膨胀系数，冷却时焊接面产生应力（内部应力）。所以外力（切削力）作用于刀刃时，在离焊接面2～3㎜处出现裂缝，除了部分刀刃外裂开很严重。（ⅱ）脱落 ① 刀刃的脱落

2焊接部位的剪切强度大约是20㎏/㎝以上，虽然实用上充分，但常发生脱落现象，原 因是焊接的品质管理问题：

⒈焊接表面的处理不完全 ⒉残留焊剂 ⒊焊材不足 ⒋加热不足

还有使用时的问题“重复应力引起的疲劳”。② 刀柄的脱落

根据刀柄安装于转刀轮辐的方法而不同，用螺栓、销钉安装时出现螺栓、销钉的脱落及损耗；熔接安装时会出现熔接强度的不足及因使用引起的强度下降等现象。

图-4 砾石的掘削状态 图-5 磨耗形态

（ⅲ）磨耗 ① 研削磨耗

这种磨耗形态是以砂、砾、粘土为对象时产生的磨耗，是金属表面被坚硬粒子或突起物轻微地逐渐切削的现象。② 铲平磨耗

称为正常磨耗、滑动磨耗或研磨磨耗，磨耗形态是滑动。粉体及坚硬面的突起部分引起小坑或剐伤，使材料的某部分剥离或脱落。研削磨耗时的应力比较小，因此韧性小但均匀且硬度大的金属显示出更优秀的耐磨耗性。

刀刃的磨耗因被切削物的性质（硬度）和切削条件的不同，可能会磨毁碳化钨（WC）粒子，这主要是WC粒子从母材中脱落产生的。刀刃的母材钴（C0）比WC柔软，所以受锄平磨耗的作用先剥离、脱落，直到剩下的WC不能再坚持时就会剥离或脱落。③ 切削磨耗

指金属表面被硬质粒子或突起物一点点地削进去的磨耗，通常伴随着不同程度的冲击。在这种磨耗中，硬度大且韧性好的金属显示出良好的耐磨耗性。④冲击磨耗

金属表面受到其他物体的冲击碎片四处飞散的磨耗。脆弱金属只发生冲击磨耗，多少有一点韧性的金属发生冲击磨耗的时候大多伴随着剐伤磨耗。一般韧性好的金属对冲击磨耗有良好的耐磨耗性。2.3.2损耗的主要原因

与切削刀具的损耗有关的因素有以下几项。1.切削工具（盾构机）① 刀刃和刀柄的材料性质

② 切削刀具的形状（前角、后角、镶刃型等）③ 切削刀具的排列（切削条数、刀头高度的组合）④ 补助刀头的并用

⑤ 切削缝的宽度（嵌入砾石层中的难易程度）⑥ 盾构施工的方法（泥水、土压式）2.被切削物（围岩）

① 砾层粒度的组成（砾石的大小、粉沙粘土成分的含有比例）② 砾层的强度（紧密状态）

③ 砾石的工程学性质（强度、破碎性、矿物组成）④ 盾构机的掘进距离 3.施工技术

① 切削刀具的转速

② 切削刀具的切入深度（掘进速度）③ 盾构机的推力（切进力）④ 刀盘内砂土引起的闭塞程度 4.其他

由上可知，切削刀具的损耗原因是很复杂的。所以调查损磨损时，应该对这些原因有充分的认识。

§3未来损耗对策的技术倾向

3.1切削刀具损耗的主要原因

由损耗事例判断，切削刀具刀刃损耗的主要原因有以下3点。① 刀刃的冲击缺口

② 刀具后倾面的磨耗引起的缺口扩大（瓦卡镍铬电热线合金效应）③ 刀刃从焊接面脱落、应力面的缺口

刀刃损耗的主要原因是破坏，锄平磨耗其实很小。在2～3km的长距离盾构施工中，有必要考虑微小的冲击磨耗和锄平磨耗来决定刀刃的数量，但1km左右的施工只要考虑上述三项损耗对策就可以了。3.2损耗对策 3.2.1材料性质

（ⅰ）切削刀刃

为了防止刀刃产生冲击缺口，应该提高现在使用的刀刃的韧性。为此，应该把刀刃的抗22折力从E5的200kg/cm提高为240 kg/cm使用E6，这种提高韧性的想法是理所当然的。现在主要使用的WC粒度范围是中粒到粗粒的粒度组成，这是增大直径使C0的含量为15～20%，即使牺牲一点硬度也要把重点放在抗折力上的结果。C0的含量超过20～25%，抗折力就会下降，这是因为构成WC粒子的骨架消失，C0中的WC粒子呈漂浮状态的缘故。已经有一些厂商开始把E6用于砾石用刀具中，对其效果的评价也即将会提出的。另外，关于其将来性，现在使用的刀刃是WC+C0的一元碳化物，但还可以想到加入碳化钽（TaC）改善多元碳化物特性的方法、以新超硬合金氧化铝为主要成分的陶瓷、以碳化钛（TiC）为主要成分的金属陶 瓷的应用。但现在不能只依赖刀刃的材料，利用刀刃形状、安装形式、其它辅助刀具、刀的使用方式的综合损耗对策才是技术和经济上有效的方法。

3.2.2切削刀具的形状和其它

（ⅰ）刀刃的安装方式

砾层用外圈刀具的刀刃安装方法大多数为镶刃型。这种方法有以下优点： ① 通过减小刀刃的自由面，可以减少主要的磨耗因素—冲击因素。② 可防止刀刃从焊接面或应力集中部位处脱落。

还有，为了防止促进冲击缺口的后倾面（刀背面）处的磨耗，也会使用二重镶刃型或把刀刃埋入背面的方法，这些方法都是很有效的。以后镶刃依然会是砾层用刀具的主流。

（ⅱ）前倾角、后倾角、楔角

前倾角在切削状态中是决定剪切角的主要因素。这个角越大，切削抵抗就越小。在砾层掘削（剥离切削）中，刀刃受到弯矩作用容易破坏。因此，现今使用的砾层用切削刀具的前倾角如下：

oooo旧型：5～20（砾层用）20～35（砂、土层）

oo镶刃型：0～10（砾层用）

oooo前倾角在砾层用时，以后也是在旧型5～10，镶刃型0～5范围内使用。

后倾角的作用是减小刀刃与被削物的接触面积，从而减小摩擦。砾层掘进中，后倾角越大，刀尖就越弱，在刃端处的外力作用下容易破坏。现今使用的砾层用切削刀具的后倾角如下：

oooo旧型：5～15（砾层用）5～25（砂、土层）

oo镶刃型：5～10

以后，刀柄后倾面的磨耗对策会有表面耐磨堆焊、刀刃的埋入、粘贴等不同的方法，但oo旧型、镶刃型都会在5～10范围内使用。

楔角指的是从接触于围岩面的刀刃的后倾面算起的刃端角度。砾层用刀具有水平的和楔角的两种。刀刃受到的是刀刃方向的力，但砾石却因这个楔角而转动，且移向刃口方向，以减小受到的外力。

（ⅲ）刀刃的焊接

一般使用的焊材是价格贵、但焊接强度大、焊接应变小的银焊。有时还采用超硬刀刃专用的银焊、为减小焊接面的焊接应力插入填隙材料（铜板）、夹层焊接等方法。在刀具切削面外圈，只要有一处发生刀刃脱离焊接面的现象，那个刀具控制的掘削条就会多处发生局部损耗（切削面的损耗消失）的问题。由此可知，为消除焊接强度分散的品质管理是很重要的。还有，对刀刃安装方式的研究也是必要的。

（ⅳ）切削刀柄

刀柄最重要的作用是牢固地支撑刀刃。砾层用刀柄的形状和强度都没有问题，重要的是支撑刀刃的瓦卡镍铬电热线合金效应，还有刀具后倾面的磨耗引起的刀刃支撑力下降。对现在采用的各方式及材料，还不能做出机能方面的定量评价。

（ⅴ）表面耐磨堆焊 作为刀柄的磨耗对策，可以对磨耗严重的刀具后倾面进行表面耐磨堆焊。现今用于表面耐磨堆焊的焊条类型有铬碳化物系或钨碳化物系。选择用于表面耐磨堆焊的焊条类型时，应该根据刀柄磨耗部位的磨耗类型选择。为各种表面耐磨堆焊金属对各类磨耗的抵抗。图—26是把表面耐磨堆焊部位放进湿碳化硅中旋转后测量的磨耗量，磨耗类型为相当于锄平磨耗的低应力研削磨耗。一般硬度大耐磨耗性就好。可是，比较Hv630的高铬铁和Hv960的钨碳化物可知，在这类磨耗中只用硬度判断耐磨耗性是危险的。把表面耐磨堆焊部分用力压在花岗 岩制旋转圆板上磨耗时的相对磨耗率。磨耗类型是相当于切削磨耗的高应力研削磨耗。硬度越大，耐磨性就越好。

盾构工程中切削刀具刀柄的磨耗形态会因泥水式、土压式等工法和磨耗部位而不同，且磨耗为这些磨耗加上冲击磨耗的复合型磨耗。选择表面耐磨堆焊用的焊条时，应根据在这些磨耗形态之中把重点放在哪一个上来决定。

表面耐磨堆焊受母材的影响，因此当一层堆焊时，由于低碳钢的稀释往往达不到规定的硬度。表面耐磨堆焊层数从技术和效果上都以二层为标准。3.2.3辅助刀具

旧型刀具有时只靠横刃式刀自身的损耗对策是不够的，一般都要有效地结合使用各种辅助刀具。

（ⅰ）砌面刀具

砌面刀具是以保护切削刀具的刀头面为目的安装在刀具面辐条处的零件。它有各种类型，大致分为面板外圈及外圈刀具的保护和刀具后倾面的磨耗对策。

（ⅱ）盘形滚刀和牙轮钻头

盘形滚刀是轴固定的牙轮刀，是把2～3个外径300mm、用高频电磁波烧制的特殊钢刀热压配合于刀轴上制成的。对砾层的围岩强度来说，盘形滚刀是以弄碎砾石为目的的。盾构机的推力对开挖面施加压力，旋转刀具面，使盘形滚刀转动，弄碎围岩中的大粒径砾石。盘形滚刀刀圈的表面硬度虽然比不上超硬刀刃（维氏硬度Hv700左右），但韧性大，不易破坏。而且，刀圈的转动使开挖面砂土的相对运动减少，因刀圈的整个外周都是掘削面，所以耐久性也大。从施工实例可知，盘形滚刀起到了保护切削刀具的作用。以保护切削刀具为主要目的，有时还使用只在面板外圈安装刀的牙轮钻头。

（ⅲ）套式刀具和球头钻

套式刀具用于泥土加压时盾构机，刀具的母材呈贝壳形状，且开挖面的切削部装有多个超硬刀刃。在掘削方法上，使套式刀具超前于切削刀具，把开挖面掘削成圆环状，使切削刀具的冲击力减小。

（ⅳ）滑动刀具

滑动刀具是用盾构机内的滑动机补充损耗部分的刀具。安装部位在面板最外圈等损耗严重的地方。把这种刀具与后面提到的切削刀具损耗检查装置组合使用会是很有效的方法。

（ⅴ）先行刀具

先于切削刀具在掘削面开槽，通过扩大自由面降低掘削转矩，目的是保护切削刀具。为了掘削珊瑚岩（珊瑚的巨砾gu=100～170kg/cm）而装备的预先刀具的例子。

2（ⅵ）侧面刀具

作为面板外圈侧面的损耗对策，一般进行表面耐磨堆焊，且安装有超硬刀刃的刀具来降低损耗。从施工案例中，已肯定了其作用。

3.2.4对损耗对策的评价

（ⅰ）损耗部位的区分

思考损耗对策时，应该根据损耗部位的负荷条件来区分，计划出经济有效的对策。外周部宽度有一个只靠总旋转走行距离和线速度看不出的、损耗率急剧上升的点，应把此点到最外圈作为损耗对策上的外周部。损耗率急剧上升的原因是泥水式、土压式刀盘内的外周部被粉砂及粘土堵塞，使砾石无法通过，导致作用在刀刃上的外力增大，还有一个是切削刀具背面的磨耗变大。根据不同的盾构外径和刀支持方式也会出现差异，在对策上一般以300～600mm位置为外周部。（ⅱ）损耗对策（ⅱ-ⅰ）切削刀具

切削刀具损耗对策的重点放在最外圈外周部。一般安装于最外周部的刀具上作为外周边刀，常当作特殊刀具使用。虽然外周部刀具与中央刀具的形状相同，但一般当作双重镶刃型或安装为砌面刀具的辅助刀具使用。外周部的切削条数为小口径时2条、大口径时6～8条，而且一般土压式比泥水式多，这些是损耗对策上应考虑的内容。切削槽的开口宽度决定砾石通过的难易程度和开挖面的安定程度，因此越是容易通过，刀具的损耗就越小。另外，比较泥水式和土压式，土压式的损耗率大，因此可以看出对策上的差别。

（ⅱ-ⅱ）面板外周侧面

只要切削刀具工作，面板的损耗就不会很大，也不会成为大问题。但外周侧面并不是掘削状态，而是旋转磨耗状态。面板可以安装各种辅助刀具，但侧面只能采取表面耐磨堆焊措施，这成了一个缺点。盘形滚刀设备中，切削刀具的损耗只是刀刃小规模的损伤，但侧面却有因损耗严重进行辅助工程的案例。现今，表面耐磨堆焊以外的对策有安装超硬刀刃的侧面刀具等方法，其效果很好。还有，设计机械时除了考虑设计强度的部件厚度外再加上考虑磨耗的磨耗厚度作为实际部件厚度的方法。比起积极的损耗对策，还是减少磨耗费用的方法更为经济一些。

3.2.5切削刀具损耗检查装置

（ⅰ）检查损耗情况的必要性

①在盾构工程中，切削刀具不是消耗品，而充分使用到工程掘进完毕才是最理想的，且都认为这种情况是可行的，但还是会发生不能提前预知的事故。

②早一点了解到密闭式盾构机（泥水、土压式）切削刀具的损耗状态，就能防止本体损耗等重大的事故。

③检查密闭式盾构机的切削刀具时，必须改善开挖面的地基，对开挖部件的某部分施加气压，排出刀盘内的砂土，这样即花时间又增加费用，而且从安全方面考虑也是危险的。

（ⅱ）损耗检查装置

损耗检查装置有机械式和电气式。以下说明机械式的概要。在切削刀具的安装部位底部穿一个没有贯通到顶部的孔，然后把配管引致机械内部。机械内安装断流阀及压力计，适当配置使油压与压缩空气压力保持不变。盾构机移动时，切削刀具渐渐损耗，损耗至穿孔部位时压力衬砌所受的压力会下降，从而可以检查到切削刀具的损耗情况。如果，不限于切削刀具，在刀的外周部安装这个装置，就能了解面板外周部的损耗情况。

电气式跟机械式一样，也是采用把传感器埋入刀具内检测的方法。

第二篇：盾构机刀具修复技术

盾构机刀具修复技术

采用盾构法修建地铁隧道，施工进度较快，建设质量好，而且施工过程中不需要降水，可以节省大笔费用。但由于盾构机及配套设备、设施的采购和制造费用很高，而且施工过程中所用多种消耗材料费用也不低。所以，采用盾构法的施工成本与传统施工方法相比，并无优势可言。在保证工程质量的前提下，如何有效地降低施工成本，成为企业在市场竞争中面临的一个紧迫问题。对磨损周边刀进行修复利用，就是在降低施工成本方面进行的一次有益尝试。

1盾构机刀具磨损情况

需要修复的这批磨损周边刀是在完成520环（约630m）隧道掘进后更换下来的。刀具的2/5已经被磨损，其情况见图1，刀具磨损部分是正对被切削土体的迎土面部分。

刀具迎土面部分，在盾构刀盘旋转时承受很大的摩擦作用力，摩擦力的大小与千斤顶的推力成正比；另外，周边刀安装于刀盘的最外边，刀盘旋转时该位置的线速度也最大；再有，由于处于边缘位置，离泡沫出口的位置较远，在盾构机掘进过程中该位置的刀具无法得到良好的润滑。以上多种因素导致了该部分的磨损最严重。

2盾构机刀具修复工艺确定

从图1中可以看到，磨损的周边刀仅剩下一个安装孔是完好的。修复工作的主要任务，一是完成另外两个安装孔的修复；二是完成切削刃和表面耐磨层的修复。据此确定总的思路是：铸造一块与原刀具本体成分相同、形状与缺损部分一样的钢块，与残刀焊接在一起；然后，在修复的刀具上堆焊切削刃和耐磨层；再以原来的安装孔为基准，根据图纸的尺寸要求加工另外两个安装孔；最后，对刀具与刀盘的安装表面进行一次精加工。

2.1修复体材料的选择及制造

为保证修复刀具的工作性能不降低和便于与残体进行焊接，决定采用与原刀具本体材质相同的材料对其进行修复。通过实验室化验分析，确定原刀具本体材料为退火状态的20Mn2。根据原图纸和磨损刀具实物，设计加工了2个修复体模具（左右各1个）；然后，利用小冶炼炉进行修复体的翻砂铸造，并对工件外表面进行喷丸处理。

2.2修复体与刀具残体的焊接

由于刀体较厚，断面为三角形，且整个刀具的外形不规整，要将修复体与残刀直接焊接难度很大。为此，设计了专用的夹具，在焊接时将两者精确定位，以控制焊接过程中的变形。为保证焊接质量，焊接前须将残刀进行喷丸处理；为保证修复后刀体具有足够的强度，两焊接件之间采用了大坡口焊接。

2.3刀刃及耐磨焊丝的选择

周边刀切削列采用的堆焊材料，是该类刀具制造的关键核心技术。耐磨焊丝的性能直接影响刀具的使用寿命，而国内还没有采用堆焊切削刃的工艺和技术。北京地区的地层主要是以沙卵石地层为主，要求所采用的盾构周边刀具有较好的抗冲击磨损能力和抗磨料磨损能力，同时应具有很好的韧性。刀具的抗磨损性能要求堆焊层金属表面应具有很高的硬度，而硬度提高的同时材料的韧性会随着降低。当堆焊金属的硬度提高，其耐磨性增加，但同时其抗冲击韧性随着显著降低。为了解决这一问题，通过走访凋研，选择采用北京固本KB600耐磨焊丝进行耐磨层的堆焊。该耐磨焊丝为铬钼钨系堆焊焊丝，地铁盾构施工刀具刃口堆焊专用。KB600基体加入镍合金，高耐磨耐高温（可达950℃）而且裂纹倾向小，韧性，具有良好的抗冲击性及耐磨性。焊缝表面成型美观，无渣，单层硬度HRC≥60。这样刀具既具有较高的表面硬度，又有较好的内部韧性，克服了普通堆焊焊条的缺点，可以较好地满足北京的沙卵石地层工况对刀具的性能要求。

KB600耐磨焊丝由北京固本科技有限公司自主研制，北京固本是国内唯一一家专业研发耐磨堆焊金属材料的高新技术企业，公司是国家级大学科技园企业，并获政府相关部门专项资助。

3盾构机修复刀具的安装

本次修复作业由于受时间的限制，对焊接的修复体表面，只堆焊了KB600耐磨层。盾构机的“迎土面”部分，需承受很大的摩擦力，在原装刀具的背面，都镶有硬质合金“球齿”，硬质合金的表面硬度可达HRC87～89，具有极高的耐磨性。安装修复好的刀具时，应将其残体部分凋换到“迎土面”的位置，即将刀盘大臂左右位的刀具互换位置。

4结束语 随着北京地铁建设步伐的加快，相信会有更多的盾构机投入使用，对刀具的需求会显著增加。北京固本科技有限公司与盾构有关厂家合作开发的盾构刀具已成功在北京地铁工程使用，大大超过进口盾构刀具使用寿命。此外，北京固本耐磨焊丝还在成都、南京、深圳、沈阳地铁盾构工程中得到应用。

第三篇：探讨盾构机密封件滑道的磨损情况及处理措施

探讨盾构机密封件滑道的磨损情况及处理措施

盾构机在使用过程中出现的老化磨损问题，以盾构机的核心部件系统（主驱动密封系统）为参考。密封系统的密封滑道在长期使用后出现的磨损情况是无法避免的吗？桂祺密封件告诉您如何处理盾构机滑道磨损的有效方法有哪些。（1）拆卸密封件/垫圈调整处理；（2）加工密封滑道并贴钢带处理；（3）激光堆焊修复处理。

一、盾构机主驱动密封滑道的磨损情况及处理措施是怎样的？

首先，我们要了解盾构机作为盾构法施工的主要设备在施工过程中扮演着很重要的角色，刀盘驱动系统是盾构机的心脏，它包含主轴承及密封在施工过程中无法进行更换，其寿命直接决定盾构机密封件设备施工寿命。因此盾构机使用过程中，对主轴承和密封系统的保养维护及损坏处理应相当重视。

主轴承密封件滑动磨损分析？在盾构的使用过程中，由于主轴承密封件唇口与密封滑道间长期的旋转和摩擦运动，密封件唇口在密封滑道相应位置造成一定的磨损。一旦出现磨损状态，导致密封与其滑道间形成较深的磨损，便会使密封压缩量减少，直接影响密封件唇口的密封性能，从而造成更多泥砂渗入主驱动润滑系统中，形成恶性循环，对整个主驱动密封系统造成更严重的磨损。

二、探讨盾构机密封件之密封滑道磨损处理措施

密封滑道属于盾构机结构件，不同的盾构机其密封滑道结构也不同。故盾构密封件的密封滑道一旦受到磨损，应采取何种适当的磨损处理措施呢？桂祺密封件告诉您盾构机密封长期使用需跟进密封滑道不同的磨损情况，对应一下的滑道磨损处理措施。A.对系统进行和智能体拆解，主轴承、唇形密封、密封滑道、隔离环和密封件等； B.组装过程汇总不再对密封件进行安装，直接安装所有唇形密封及隔离环； C.拆卸密封垫圈调整处理，根据不同密封件设计尺寸调整不同的距离； D.加工密封滑道并贴钢带处理，保证密封件唇口的贴合性和正常使用； E.激光堆焊修复处理，以保证盾构机密封件的滑道尺寸精度； F.采用液压油对整个密封系统进行循环清洗干净。

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第四篇：教你如何检测数控铣床中刀具的磨损问题

教你如何检测数控铣床中刀具的磨损问题机床结构部件

1。主轴采用原装意大利进口电主轴2。采用日本伺服电机，日本高精度直线导轨3。铸造工作台4。大功率吸尘装置。

现在，数控铣床在我们的生活中有着广泛的用途，尤其是在工业中更是得到了很好的使用，然而对于数控铣床的刀具磨损程度的检测记录却是一直是一个难题，下面我们就请有关专家来为我们介绍关于如何记录数控铣床的刀具磨损。

以前人们主要借助于集成了丈量尺的放大镜进行万能铣床检查，固然能够进步丈量的灵活性，但是因为操纵职员的差异会导致不一致的丈量结果。类似的结果可以展示另外一种被测系统：一方面，尽管固定式丈量系统具有较好的经济性，但是便携机能较差;另一方面，简易移动式丈量系统的丈量精度较低，成像质量较差，丈量深度不足。现在万能铣床主要使用图形来显示加工刀具的出产效率，以及磨损划痕深度(VB)跟着使用寿命的增长而逐渐加深的过程。

加工过程进行优化，可以将整套系统放入便携式容器，并配备必要的备用电池、充电器或者清洁用具。丈量系统的构造：直接在铣床的转盘铣刀前布置配备有磁性三脚架的数码相机上海维宏电子说：“图片的高质量、丈量系统和评价软件的便捷操纵是我们的一大上风。而且我们在用户和刀具制造商进行丈量的过程中反复询问，是否需要为他们提供带有软件的集成式丈量系统包。”

迄今为止，万能摇臂铣床系列来自航空产业、刀具制造业和科研仪器行业的工艺员已经开始在切削加工中应用这套系统。在对丈量系统进行检查和优化，功能紧凑且实用：

1)便于用户操纵的丈量软件：磨损丈量包中包含的评价软件Abrascan可以丈量间隔(D)、角度(A)和半径。点击”间隔“图标就可以用毫米显示出相关尺寸。在单独的图片中还可以显示更多的间隔和角度丈量值。单击鼠标右键可以复制相关数据并且另存为Excel表格文件。这样可以大幅度简化磨损划痕宽度的形成过程。其他的辅助功能，好比亮度、对比度、灰度等也一应俱全。因为万能铣床这套系统基于Office软件，因此用户无需参加额外的培训即可快速上手使用。

2)输出丈量值：在X5036A立式铣床表格计算软件中存储丈量值就可以天生磨损的形成过程。利用磨损丈量系统Abrascan可以识别出极其微小的磨损痕迹并进行丈量。因此可以对刀具的优化过。Abrascan的图像可以显示磨损的形成过程横轴为刀具的切屑间隔，单位米;纵轴为磨损划痕宽度VB，单位毫米;三根曲线分别为刀具A、B、C。

3)转盘：磨损划痕宽度VB=0.136mm：丈量流程如下：将数码相机固定在磁性三脚架上，利用磁性三脚架还能够直接在铣床长进行丈量，而无需从支架或者主轴上拆下刀具。X6132A卧式铣床带有能够任意旋转的显示屏，可以在任意位置进行拍摄。所以，用户只需要打开数码相机就可以随时进行拍摄。摄影兴趣者当然还可以根据不同的场合进行微调。转子泵通过USB数据线可以将储存的图片传输到笔记本电脑并利用软件进行评价。

4)丈量过程非常简朴：这套系统的第一个用户倍受鼓舞：”照相机上已经储存了所有的调整参数──打开包装后五分钟就可以拍摄出清楚锐利的照片。

通过以上的关于上海维宏电子的专家的介绍你一定对于数控铣床的刀具磨损程度的记录有了很好的认识和了解吧!希望以上这些知识可以很好的帮助你提高相关方面的知识。

发展方向

基于实体铸造所需泡沫模型CNC加工具有余量均匀、精确，模具整体外观效果好的明显优势，星辉数控是国内生产模型数控机床最早也是最成熟的企业，济南星辉数控曾参与起草修订中国实型铸造行业技术标准的部分章程，是中国模型数控机床行业的领军企业。星辉数控按照金属切削机床的思路来生产模型数控机床，机床重要加工部件都经过退火等热处理工艺，加工完成后进行三坐标测量，保证零部件的精度。泡沫的全程序化加工将是未来发展的方向，当然在这一领域还有许多技术问题需要我们进一步探索、研究。

发展目标

2012年，机床行业“十二五”发展目标已经明确，高档数控机床将成为今后的发展重点。根据发展目标，2012-2016年我国将扎实向机床强国迈进，产业结构明显改善提高，国产机床80%的品种将满足国内工程项目需要，数控机床的市场占有率要达70%以上。

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第五篇：怎样检测数控铣床中刀具的磨损问题（精选）

滕州浩辰机床有限公司

怎样检测数控铣床中刀具的磨损问题：

机床结构部件

1.主轴采用原装意大利进口电主轴2.采用日本伺服电机，日本高精度直线导轨3.铸造工作台4.大功率吸尘装置

现在，数控铣床在我们的生活中有着广泛的用途，尤其是在工业中更是得到了很好的使用，然而对于数控铣床的刀具磨损程度的检测记录却是一直是一个难题，下面我们就请有关专家来为我们介绍关于如何记录数控铣床的刀具磨损。

以前人们主要借助于集成了丈量尺的放大镜进行万能铣床检查，固然能够进步丈量的灵活性，但是因为操纵职员的差异会导致不一致的丈量结果。类似的结果可以展示另外一种被测系统：一方面，尽管固定式丈量系统具有较好的经济性，但是便携机能较差；另一方面，简易移动式丈量系统的丈量精度较低，成像质量较差，丈量深度不足。现在万能铣床主要使用图形来显示加工刀具的出产效率，以及磨损划痕深度(VB)跟着使用寿命的增长而逐渐加深的过程。

加工过程进行优化，可以将整套系统放入便携式容器，并配备必要的备用电池、充电器或者清洁用具。丈量系统的构造：直接在铣床的转盘铣刀前布置配备有磁性三脚架的数码相机上海维宏电子说：“图片的高质量、丈量系统和评价软件的便捷操纵是我们的一大上风。而且我们在用户和刀具制造商进行丈量的过程中反复询问，是否需要为他们提供带有软件的集成式丈量系统包。”

迄今为止，万能摇臂铣床系列来自航空产业、刀具制造业和科研仪器行业的工艺员已经开始在切削加工中应用这套系统。在对丈量系统进行检查和优化，功能紧凑且实用：

1)便于用户操纵的丈量软件：磨损丈量包中包含的评价软件Abrascan可以丈量间隔(D)、角度(A)和半径。点击”间隔“图标就可以用毫米显示出相关尺寸。在单独的图片中还可以显示更多的间隔和角度丈量值。单击鼠标右键可以复制相关数据并且另存为Excel表格文件。这样可以大幅度简化磨损划痕宽度的形成过程。其他的辅助功能，好比亮度、对比度、灰度等也一应俱全。因为万能铣床这套系统基于Office软件，因此用户无需参加额外的培训即可快速上手使用。

2)输出丈量值：在X5036A立式铣床表格计算软件中存储丈量值就可以天生磨损的形成过程。利用磨损丈量系统Abrascan可以识别出极其微小的磨损痕迹并进行丈量。因此可以对刀具的优化过。Abrascan的图像可以显示磨损的形成过程横轴为刀具的切屑间隔，单位米；纵轴为磨损划痕宽度VB，单位毫米；三根曲线分别为刀具A、B、C。

3)转盘：磨损划痕宽度VB=0.136mm：丈量流程如下：将数码相机固定在磁性三脚架上，利用磁性三脚架还能够直接在铣床长进行丈量，而无需从支架或者主轴上拆下刀具。X6132A卧式铣床带有能够任意旋转的显示屏，可以在任意位置进行拍摄。所以，用户只需要打开数码相机就可以随时进行拍摄。摄影兴

滕州浩辰机床有限公司

趣者当然还可以根据不同的场合进行微调。转子泵通过USB数据线可以将储存的图片传输到笔记本电脑并利用软件进行评价。

4)丈量过程非常简朴：这套系统的第一个用户倍受鼓舞：”照相机上已经储存了所有的调整参数──打开包装后五分钟就可以拍摄出清楚锐利的照片。

通过以上的关于滕州浩辰机床的专家的介绍你一定对于数控铣床的刀具磨损程度的记录有了很好的认识和了解吧！希望以上这些知识可以很好的帮助你提高相关方面的知识。

发展方向

基于实体铸造所需泡沫模型CNC加工具有余量均匀、精确，模具整体外观效果好的明显优势，浩辰机床是国内生产模型数控机床最早也是最成熟的企业，滕州浩辰机床曾参与起草修订中国实型铸造行业技术标准的部分章程，是中国模型数控机床行业的领军企业。浩辰机床按照金属切削机床的思路来生产模型数控机床，机床重要加工部件都经过退火等热处理工艺，加工完成后进行三坐标测量，保证零部件的精度。泡沫的全程序化加工将是未来发展的方向，当然在这一领域还有许多技术问题需要我们进一步探索、研究。发展目标

2012年，机床行业“十二五”发展目标已经明确，高档数控机床将成为今后的发展重点。根据发展目标，2012-2016年我国将扎实向机床强国迈进，产业结构明显改善提高，国产机床80%的品种将满足国内工程项目需要，数控机床的市场占有率要达70%以上。