盾构机刀具磨损与局部问题分析研究

减小盾构掘进刀具磨损,是保证盾构机能够长距离掘进的重要措施。在施工中经常出现的盾构刀具磨损严重、破损、脱落等,导致工程事故的发生,给整个工程的工期、造价带来严重影响,甚至威胁人的生命。本文从分析盾构刀具磨损的相关因素和减小磨损、延长命两方面入手,对盾构刀具的磨损、布局进行了研究。     

液氮低温铣削GH4169合金时涂层刀具表面完整性及磨损研究

高速切削过程中,刀具表面完整性的变化与刀具磨损具有紧密联系,采用PVD-TiN/TiAlN硬质合金涂层刀具进行液氮低温铣削GH4169合金试验,研究不同喷射温度时刀具的表面完整性(包括表面粗糙度、表面显微硬度和表面残余应力)及其与刀具磨损的关系。结果表明,在刀具磨损影响下,涂层刀具表面粗糙度变化趋势一致,刀具表面显微硬度与表面残余应力随刀具后刀面磨损量的增加先增大后减小;与喷射温度为-30℃相比,喷射温度为-90℃时涂层刀具的表面显微硬度与表面残余压应力更大,在铣削过程中更快达到最大值。喷射温度为-90℃时涂层刀具的表面完整性得到提升,刀具耐磨性提高,稳定磨损阶段持续时间延长,刀具寿命显著提升。     

基于磨料磨损的盘形滚刀刀圈磨损模型

针对盾构机用盘形滚刀在隧道掘进施工中磨损严重的现状,提出一种针对盘形滚刀刀圈磨损的建模方法。基于盘形滚刀的主要磨损形式——磨料磨损,对破岩轨迹和破岩力进行分析,建立了综合塑性去除机制和断裂去除机制的磨损模型,采用粒子群优化算法对两种不同去除机制的占比进行优化。通过有限元分析软件DEFORM建立滚刀磨损仿真模型来模拟实际工况,计算盘形滚刀磨损量。结果表明:模型计算值与实际工程值的误差小于20%,表明磨损模型具有较高的准确性,可用于刀具磨损量计算。     

全断面隧道掘进机刀具异常磨损的识别分析

针对全断面隧道掘进机（TBM）施工过程中刀具过度磨损或异常磨损的识别问题，在分析TBM掘进效率影响因素和进行掘进状况无监督模式识别的基础上，利用现场掘进数据，得到场切深指数fFRI和切割系数C在不同掘进状况下的相互影响规律，据此提出以两者作为TBM刀具异常磨损的二维特征识别参量，确定了此空间中的刀具异常磨损决策阈值。TBM刀具磨损的预测和异常磨损识别方法的确定，对于保障TBM的安全掘进以及提高其利用率和经济性具有重要意义。     

多地质条件下复合式土压平衡盾构刀群优化设计

复合式土压平衡盾构在实际施工时常出现刀盘结饼、刀箱堵塞等工程问题。针对掘进前方多种地质条件,采用动态切削模拟方法,从刀群切削效果角度对刀盘刀具布置合理性进行研究,为解决实际工程问题和盾构刀盘刀群的组合设计提供了参考。     

Ti-6Al-4V合金激光辅助铣削的刀具磨损特性

对激光辅助铣削钛合金Ti-6Al-4V进行了实验研究,分析了切削力、切屑形貌和刀具的磨损特性。结果表明,与普通铣削相比,激光辅助铣削条件下,刀具切向的切削力明显减小,刀具径向的切削力略有增大;随着激光功率的增大,钛合金切屑呈现出从锯齿形向连续形过渡的特征,不再具有明显的绝热剪切带;与普通铣削时刀具崩刃的损伤不同,激光辅助铣削时刀具的磨损主要表现为后刀面磨损;激光辅助铣削可以减小后刀面的最大磨损量,但并不能改善后刀面平均磨损量。激光辅助铣削时,刀具寿命得到了延长,当后刀面的平均磨损量在0.15~0.20mm之间时,可以降低刀具的磨损速度,从而延长刀具的使用寿命,但激光辅助铣削并不能降低刀具的初期磨损速度。     

绿色切削Ni基高温合金GH4169刀具磨损研究

Ni基高温合金GH4169的切削加工性非常差,采用极压切削液会污染环境,不符合可持续发展要求.提出了用过热水蒸汽作冷却润滑剂的绿色切削技术,分别在干切、乳化液和水蒸汽条件下采用硬质合金刀具YG6对GH4169进行了刀具磨损试验,通过扫描电镜(SEM)及电子能谱(EDS)分析,研究了刀具磨损形貌及磨损机制,并给出了刀具后刀面磨损曲线.试验结果表明: YG6切削GH4169时主要发生粘结磨损和扩散磨损,用水蒸汽作冷却润滑剂后刀面磨损比干切和乳化液时分别减小约50%、25%.     

盾构机刀盘磨损的修复工艺及预防措施探讨

<正>1台土压平衡盾构机在上软下硬地层掘进过程中,其刀盘和刀具磨损严重,具体如下:刀盘中心直径2.7m范围内刀盘面板及辐条均严重磨耗,4把双联中心滚刀及其刀箱全部掉落,8把正面滚刀及其刀箱全部掉落,6把切刀及其刀座严重磨损,其他刀具也存在不同程度的磨损。由于该刀盘已无法进行正常掘进,所以我们专门开挖了竖井,在竖井内进行刀盘修复。     

钛合金高速铣削刀具磨损机理和预测方法研究

钛合金的加工非常困难,刀具磨损严重。为了尽可能减小刀具磨损,在高速铣削状态下能预测刀具的耐用度,本文研究了在高速铣削钛合金时刀具磨损的机理,并提出了一种基于切削试验的刀具磨损预测方法,建立了粗、精加工两种状态下刀具磨损预测数学模型,研究了顺逆铣方式、刀尖圆弧半径对刀具磨损的影响。     

激光辅助加热切削氧化铝工程陶瓷的刀具磨损试验研究

氧化铝工程陶瓷具有较高的强度、硬度和较好的耐磨性,是典型的难加工材料,激光辅助加热切削是加工这种高硬度材料的有效方法之一。通过对氧化铝工程陶瓷在激光辅助加热切削时立方氮化硼(CBN)刀具的磨损试验,研究了激光功率、主轴转速和进给速率等不同工艺参数对刀具磨损所产生的影响。结果发现,CBN刀具的磨损形态主要表现为前刀面和后刀面磨损,造成刀具磨损的主要原因是磨料磨损和粘结磨损;同时还发现,与普通切削相比,采用辅助加热切削可以明显减小刀具的磨损。     

PCD刀具切削颗粒增强铝基复合材料时刀具磨损研究

通过高颗粒含量铝基复合材料切削加工时PCD刀具的磨损试验,研究了切削该种材料时PCD刀具的磨损形态及磨损机理。刀具磨损区微观形貌的检测分析结果表明,PCD刀具的磨损形态主要表现为前刀面磨损和后刀面磨损,造成刀具磨损的主要原因是磨料磨损和粘结磨损。采用超声波振动切削技术可减小刀具磨损。     

车削Inconel 718时涂层硬质合金刀具自组织过程

根据不可逆热力学的非平衡态下结构稳定与失效原理,当系统熵产生数达到一定值时,系统将会出现"行为临界点"。越过这种临界点后系统将离开原来的热力学无序分支,形成稳定的有序的自组织结构。采用硬质合金刀具对镍基合金Inconel 718进行了车削试验,分析了不同切削条件下形成积屑瘤、切屑流动带、氧化层和粘结层的磨损机理。通过热力学刀具磨损自组织原理,对金属切削工程中刀具的摩擦、磨损进行研究。研究结果表明高速切削镍基高温合金Inconel 718的过程中,积屑瘤、切屑流动带、氧化层和粘结层是刀具形成新的有序的自组织结构的体现。试验和理论分析证实,高速切削镍基高温合金Inconel 718过程中刀具的磨损过程就是非平衡态热力学结构稳定与失效的演变过程。     

冲击对DG7药芯焊丝堆焊层性能的影响

北京地区地铁施工时，盾构机刀具受到高应力作用下的冲击、磨粒磨损，损耗严重，进口刀具仅能掘进250m。针对盾构刀具的修复，研制了DG7药芯焊丝。修复后的刀具在工程试验中的再使用寿命达到780m。本文通过不同质量的铅球对DG7药芯焊丝堆焊层进行冲击，考察了其硬度、组织及耐磨粒磨损性能变化。     

金属车削刀具磨损研究现状

新材料和难加工材料的发展对金属加工制造提出更高的要求,如何在加工时更环保有效地使用刀具、保持加工精度和减小误差成为当前亟代解决的问题。本文论述了影响刀具磨损的因素、不同磨损机理以及刀具磨损模型的研究,总结了切削加工时影响切削界面温度、切削力的因素以及测量方法,并对刀具磨损的研究现状进行了归纳,指出了刀具磨损研究的发展趋势。     

基于卷积神经网络的刀具磨损评估方法

采用可靠的刀具磨损评估方法对于提高加工质量和生产效益具有重要意义.提出一种基于卷积神经网络的刀具磨损评估方法,采用短时傅里叶变换对采集的主轴电机直流电流和交流电流进行处理,得到对应时频谱,将时频谱输入所设计的卷积神经网络模型,评估得到刀具磨损值.采用铣削数据集对卷积神经网络模型进行训练和验证,表明在主轴转速、切削深度、...     

超大直径盾构机刀具磨损规律及布置方法研究

针对超大直径盾构机工况的特殊性,研究了刀盘上刀具的磨损规律。依据建立的刀具磨损模型,预测刀具的掘进寿命,采用等磨损布置方法,使超大直径盾构机刀具的布置更加合理,为超大直径盾构的技术研究提供依据与参考。     

高速轴向车铣45钢刀具磨损的研究

介绍了轴向车铣加工的特点,通过试验得到了高速轴向车铣加工45钢时刀具的磨损曲线,分析了在水冷和干切削时TiN涂层和金属陶瓷刀具的磨损特点,得出采用干切削更有利于延长刀具使用寿命,且TiN涂层刀具比金属陶瓷刀具更适合高速轴向车铣加工45钢.     

基于神经网络的BTA刀具磨损量预测

用单齿BTA刀具进行深孔钻削时,刀具磨损通常以刀齿后刀面磨损为主。本文提出一种基于人工神经网络的后刀面磨损值预测方法,采用试验设计的方法进行BTA钻削试验,通过万能工具显微镜来测量刀齿后刀面的磨损值,得到训练样本。通过有限的训练样本建立关于切削速度、进给量和轴向力的刀齿后刀面磨损量的预测模型,然后运用MATLAB进行仿真与计算。试验和仿真结果表明,该模型能有效预测刀齿后刀面磨损值,为减少刀具磨损提供了依据。     

TiSiC涂层钻头钻削CFRP/TC4钛合金叠层材料的研究

为解决碳纤维复合材料/钛合金叠层材料制孔刀具使用寿命短的问题,本文提出采用Ti Si C涂层来提高刀具耐用度,并研究了Ti Si C涂层钻头钻削碳纤维复合材料/钛合金叠层材料时的轴向力、刀具磨损和孔出口质量。结果表明,Ti Si C涂层刀具能减小钻削钛合金的轴向力,延长刀具寿命和改善孔出口质量,且制孔一致性良好,有利于提高钻孔质量和刀具寿命。     

土压平衡盾构机刀盘刀具布置方法研究

研究土压平衡(Earth pressure balanced,EPB)盾构机刀盘刀具的布置方法,目的是为了确保刀具结构布置的合理性和实用性。依据刀具磨损的等寿命原则,提出确定刀具数量的磨损系数法和掘进系数法;针对具体施工问题,可预测盾构在开挖区间,刀具的磨损量以及许用磨损情况下刀具的掘进距离,为保障工程的安全顺利进行提供参考。基于阿基米德螺旋线布置方法,计算以刀具磨损的等寿命原则下,主切削刀的布置曲线;提出刀具平面对称布局原则,分析刀具的切削过程,得到单把刀具的实际切深;建立EPB盾构刀盘上先行刀的立体布局方法,计算得到先行刀的超前量;结合南京地铁二号线TA07标段,验证了刀具布置方法的正确性。研究内容和研究方法可为EPB盾构机刀盘的选型和设计奠定理论基础。