盾构刀具切削研究进展及非正常磨损实例分析

盾构刀具在切削岩土体过程中的受力形态和磨损情况是决定工程施工顺利与否的关键因素之一。然而,在穿越高磨蚀性的砂卵石及土岩复合地层时,常会面临因刀具过量磨损而导致盾构机无法正常掘进等难题。针对刀具切削岩土体过程的受力与磨损问题,从刀具磨损监测方法、切削机理、切削过程受力的试验和数值模拟等方面系统地总结了近年来的相关研究进展,并通过典型工程案例分析了目前严重困扰盾构掘进的刀具非正常磨损问题。关于刀具磨损监测方法,目前通电式和超声波式监测技术在盾构施工中被广泛应用,并逐步发展形成连续成像的摄影测量和DCRM技术;在刀具切削力学模型方面,重点阐述了滚刀张拉破岩模式和CSM力学模型,以及刮刀的流动切削模型和Mckyes-Ali模型;刀具切削和磨损试验分别从岩土磨蚀单元试验、单个刀具切削试验和刀盘整体切削的模型试验3个方面研究刀具切削磨损效果;数值模拟研究则偏重于研究岩土体在不同的切削条件下应力状态和破碎形态的变化情况;刀具非正常磨损直接缩短刀具的使用寿命,具有突发性和不规律性的特点,是工程实际中最为典型的刀具磨损方式。最后,针对盾构刀具切削与磨损形式,展望了盾构刀具切削磨损在刀具监测方式、外形及布置方式、合金材料和焊接工艺等方面的发展趋势。     

盾构刀具切削研究进展及非正常磨损实例分析（双语出版）

盾构刀具在切削岩土体过程中的受力形态和磨损情况是决定工程施工顺利与否的关键因素之一。然而,在穿越高磨蚀性的砂卵石及土岩复合地层时,常会面临因刀具过量磨损而导致盾构机无法正常掘进等难题。针对刀具切削岩土体过程的受力与磨损问题,从刀具磨损监测方法、切削机理、切削过程受力的试验和数值模拟等方面系统地总结了近年来的相关研究进展,并通过典型工程案例分析了目前严重困扰盾构掘进的刀具非正常磨损问题。关于刀具磨损监测方法,目前通电式和超声波式监测技术在盾构施工中被广泛应用,并逐步发展形成连续成像的摄影测量和DCRM技术;在刀具切削力学模型方面,重点阐述了滚刀张拉破岩模式和CSM力学模型,以及刮刀的流动切削模型和Mckyes-Ali模型;刀具切削和磨损试验分别从岩土磨蚀单元试验、单个刀具切削试验和刀盘整体切削的模型试验3个方面研究刀具切削磨损效果;数值模拟研究则偏重于研究岩土体在不同的切削条件下应力状态和破碎形态的变化情况;刀具非正常磨损直接缩短刀具的使用寿命,具有突发性和不规律性的特点,是工程实际中最为典型的刀具磨损方式。最后,针对盾构刀具切削与磨损形式,展望了盾构刀具切削磨损在刀具监测方式、外形及布置方式、合金材料和焊接工艺等方面的发展趋势。     

PCD刀具断续切削铝合金时力学特性的试验研究

PCD是最新的刀具材料之一，已在国内外采用，但目前多用于连续切削加工，对继续切削的应用和研究很少。本文就PCD刀具断续切削铝合金时的切削力、切入冲击力和刀具磨损等问题进行了试验研究。结果表明PCD刀具也适用于断续切削加工。     

自动化生产中刀具磨损的预测和监控

在自动化生产中，为保证各自动化环节的正常运行，必须对其进行预测和监控，刀具磨损的预测和监控，也是保证自动化生产顺利进行的关键，本介绍了刀具磨损的测量方法，并介绍了对刀具正常磨损，异常磨损和断裂的预测和监控，它对汽车自动化生产有实用价值。     

剃齿刀刃磨技术

剃齿刀和其它金属切削刀具一样，切削工件数越多，其刀具切削刃磨损越严重，并导致切削工件几何精度下降，这时在加工件的尺寸超出它的允许公差之前，剃齿刀切削刃槽底出现磨损，切削刃变钝这时必须进行修磨，另外，阐述了剃齿刀直径与公法线关系及刃磨图表的应用，以及不同阶段的剃齿刀对齿轮齿形的影响及采取的相应措施。     

成都地铁盾构刀具磨损分析研究

成都地铁隧道盾构法掘进中,刀具严重磨损成了制约工程顺利进行的一大难题。在对刀具切削原理的分析和盾构掘进中的刀具磨损情况进行了现场调查的基础上,对滚刀和刮刀的磨损特点及原因进行了分析和研究,指出了磨损的主要原因,最后提出了合理的建议和意见。     

添加稀土元素的硬质合金刀具切削性能的研究

在硬质合金中添加稀土元素可显著提高硬质合金的断裂韧度和抗弯强度，进而改善刀具的抗冲击性能，提高硬质合金的硬度和耐磨性，延长刀具在正常磨损条件下的使用寿命。文章针对ＹＧ８Ｒ和ＹＴ１４Ｒ两个牌号的稀土硬质合金刀具的切削性能进行了系统的切削试验，结果表明，ＹＧ８Ｒ和ＹＴ１４Ｒ两个牌号的硬质合金刀具比添加稀土元素前的刀具（ＹＧ８和ＹＴ１４）机械、物理性能得到明显改善，耐用度提高约２０％￣８０％，切削力减小     

高性能切削刀具材料的种类及选用

在制造加工技术中，刀具是切削加工中不可缺少的重要工具，无论是普通机床或是数控设备都必须依赖刀具才能完成其切削加工。随着生产规模的扩大和产量不断提高，对生产线上使用的刀具及其性能提出了更高的要求，只有高性能的切削刀具，才能在高速切削和精密加工中担当和胜任这一重要角色，高性能刀具在高速切削和精密切削中的出色表现，使它成为现代制造技术中最重要的切削工具。     

解析刀具磨损与刀具寿命

"加工过程中,刀具遇到部件微结构中的硬质点,或进行断续切削,可导致切削力出现波动。因此,对切削刀具有耐高温、高韧性、高耐磨性、高硬度等特点的要求。     

大直径盾构刀盘刀具选型及常压换刀技术研究

由于盾构在软土地层和岩石地层的刀具切削原理和配置形式不同,对于不同地质,尤其复合地质刀盘刀具的适应性配置与磨损刀具的安全更换一直是当前大型盾构施工中遇到的技术难题。针对武汉地铁8号线越江隧道工程及其特殊的水文地质,分析大直径泥水盾构在软土和硬岩复合地层中刀盘刀具的选型配置,创新采用复合刀盘设计理念,并开发应用常压条件下滚刀齿刀互换技术,最后针对不同地质条件给出了刀具配置方案。通过采取以上措施,延长了刀具使用寿命,提高了刀具更换效率,降低了施工风险,实现了在复杂地层隧道的顺利穿越。     

软土刀具的磨损预测——一种研究刀具磨损系统中主要影响因素的新方法

硬岩隧道掘进机的性能很大程度上取决于其切削刀具的磨损情况。刀具的磨损会降低掘进速度,进而导致掘进时间延长、项目成本增加。通常在隧道项目的规划阶段使用预测模型来进行磨损预测,而常规的磨损试验对磨损系统的考虑还不够准确,并没有考虑到刀具/土体的相互作用、周围介质（水、膨润土）以及掘进过程中的荷载等因素。针对该问题,专门设计了一个水平放置的磨损试验设备。本文介绍了该试验方法,研究并讨论了磨损系统相关因素对磨损率的影响。结果表明,该设备可模拟真实的掘进过程,很好地解决了上述问题,达到了高效、准确预测磨损的效果。     

高水压大直径盾构隧道刀盘配置与刀具更换关键技术

为系统总结大直径水下盾构刀盘配置与刀具更换先进技术，结合典型的水下大直径盾构隧道施工案例，分析不同地层刀具切削机制，阐述不同高水压复杂地层大直径盾构刀具配置技术。针对江底高水压、强透水、不稳定等特点，介绍常压刀盘刀具更换和带压开舱技术等。最后，提出在建及拟建的大直径盾构隧道工程中需要深入研究及探索的技术难题。     

用PCD刀具精密,超精密切削时表面粗糙度的实验研究

采用人造金钢石刀具进行精密、超精密切削实验，实验结果表明，在精密切削时影响工件表面粗糙度要主要因素是机床精度、刀具和是给量，并取得了人造多晶金刚石刀具可以进行超精密切削的突破性结果。     

截齿刀具切削混凝土连续墙试验研究

基于在混凝土连续墙切削中的刀具损伤问题,借鉴采煤领域中的切割技术并针对不同刀头锥度和刀尖弧长设计4种不同的截齿刀具。先通过仿真确定切削轨迹,设定相邻切削轨迹间距大于18 mm;随后对C35混凝土进行切削试验。试验结果表明:1)刀具弧长和刀具锥度的减小可使切削合力下降,但刀具锥度的影响性小于刀具弧长; 2)正压力分力受刀具弧长和刀具锥度的影响均较小;3)切向力分力受刀具弧长影响较大,刀具弧长的减小可以减小切向力以达到降低转矩的目的,但易造成切削效率的下降。基于前期试验结果兼顾考虑刀具耐久性,选用锥度为40°、弧长为5 mm的刀具作为试验刀,并对C35玻璃纤维筋混凝土进行模拟盾构试验,对比立体化布置后的贝壳刀切削效果。对比发现:截齿刀具有效解决了采用贝壳刀切削时刀盘卡死的问题,切削能力优于立体化布置后的贝壳刀,有效控制了转矩峰值,但截齿刀具刀身体积过小,易出现整体剪切断裂。     

稳定土拦和机反向旋转刀具工作过程数学物理模型的参数 …

在大量试验的基础上确定了稳定土拌和机以两种不同型式的刀具反转切削土壤时，其工作过程数学物理模型的各力学参数，并对最大切削为Ｐｍａｘ等参数作了分析讨论，最后对刀具的工作过程进行了计算机仿真设计。     

成都砂、卵石地层盾构机耐磨性及刀具适用性研究

针对成都砂、卵石地层盾构施工中刀盘、刀具和螺旋输送机等磨损大的问题,提出和实施了预防磨损和提高耐磨性的几方面措施,提出和应用了适用于成都砂、卵石地层的刀具,并特别强调了滚刀在成都砂卵石地层中使用的重要性和适用性。延长了刀盘、刀具和螺旋输送机的使用寿命,降低了磨损和消耗,减少了在砂卵石地层中的修理和更换刀具次数,顺利达到长距离掘进和施工的目标。     

涂层高速钢刀具的切削试验

现代制造业的高速发展对切削刀具的综合机械性能和使用寿命提出了更高的要求，高质量、高产量，低成本是现代制造业不懈追求的最高目标，刀具表面涂层技术是在传统高速钢刀具不能适应现代制造业需要而发展起来的一项新技术。刀具切削性能的好坏都将对产品的加工质量．劳动生产率和制造成本造成有接的影响。因此，从上世纪六十年代开始，瑞士、美国和德国等西方发达国家就致力于涂层理论．涂层技术和涂层设备的研究和开发，并不断发展和完善了这项技术，并把这项技术应用在制造业上取得了很好的效果。     

盾构切削刀具的布置规律及优化研究

根据盾构切削刀具的阿氏螺线布置规律,针对北京地铁四号线14标学院南路站—双榆树站区间盾构刀具的布置形式,推导该区间盾构刀具的阿氏螺线布置公式及规律;并通过对刀具实际磨损情况的分析和研究,提出减少刀具磨损的优化布置措施。研究有助于为同类工程盾构刀具的布置提供参考。     

淬硬钢切削时的刀具设计

淬硬钢制成的零件具有一系列优良性能，用切削代替磨削加工这些零件，具有明显的优点。文中介绍切削淬硬钢时的刀具设计，合理选择刀具材料和刀具几何参数，可使此工艺能够顺利进行。     

盾构隧道刀具更换技术综述

盾构穿越复杂水文地质地层时,常因刀盘刀具过量磨损而导致盾构被迫停机,这已成为困扰盾构施工的重要难题之一,进行刀具更换是目前解决这一难题,恢复盾构掘进的主要方法。然而,工程界尚未形成系统的盾构换刀技术体系。针对这一问题,在对已有技术研究理解和总结的基础上,阐述了盾构刀具更换技术的内涵和主要分类,并结合典型盾构工程换刀作业实例和笔者所在课题组的研究成果,对加固地层-常压换刀、基于常压可更换刀盘设计的换刀、带压换刀等3种主要换刀技术的原理、技术流程、关键技术、适用范围和优缺点等进行系统的分析和总结。最后介绍了日本最新的刀具更换技术,并对中国盾构隧道刀具更换技术进行了展望。结果表明：地层加固-常压换刀技术和带压换刀技术都是在常规刀盘设计条件下形成的,其关键都是保障开挖面地层的稳定性;差别在于,前者是使加固开挖面地层达到自稳后,在常压条件下实施的,而后者则是通过泥浆渗透成膜等辅助工艺提高开挖面地层的闭气性后,在气压支护条件下实施的;对于基于常压可更换刀盘设计的换刀技术来说,开挖面地层的稳定性不需要重点考虑,盾构机特殊的中空刀盘辐臂和常压可更换刀具设计才是该技术的关键。