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盾构切削刀具磨损现状调研分析 ① 刀具使用维护及更换 ⑩ 盾构换刀作业施工方案 13 盾构机换刀作业指导书 15 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 —垂直于切削刀具前倾面的分力 —切削刀具前倾面上的磨擦力 —切削刀具前倾面上的磨擦角 —作用于围岩剪切面上力的水平分力 —作用于围岩剪切面上力的垂直分力 —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时 ：前角 ：后角 ：剪切角 由此可知，如果已知被切削材的剪切应力、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。 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。 布里奈尔硬度 维克斯硬度 洛克韦尔硬度 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。 用螺栓或销安装 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