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。     

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。     

基于Mckyes Ali模型盾构刀具切削软土三维力学模型研究

为研究盾构法施工过程中任意位置刀具与软土之间的相互作用,基于朗肯被动土压理论,以Mckyes Ali理论建立的耕作刀具切土阻力模型为基础,考虑切削土与刀具、地层的法向力、黏聚力以及自身重力等,引入表示切刀任意位置的参变量L和Ψ,根据力的平衡原理,建立任意位置刀具的切削软土三维力学模型。最后,通过与已有模型对比,验证了该模型的准确性;通过编制Excel计算界面,保证了该模型工程应用的可行性。该模型适用于盾构任意位置切刀的受力分析,为刀盘刀具的地质适应性设计提供了更加全面的切刀受力计算公式。     

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。     

盾构直接切削桩基施工关键技术

为解决盾构刀盘在切削桩基过程中出现的刀盘刀具异常损坏、刀盘卡死及掘进效率低下等问题,依托以色列特拉维夫轻轨红线项目,采用刀盘切削桩基实体模型方法,通过模拟不同刀具布置和多种掘进工况,分析掘进参数及刀具布置对桩基破坏形态、刀盘破坏形态的影响规律。研究结果表明,在盾构刀盘切削桩基过程中,存在最佳切削推进速度（3~5 mm/min）、刀盘转速（1.0~1.2 r/min）和最佳转矩（3 300~4 300 kN?m）等,且滚刀和切刀的数量对于切削桩基有着一定的影响。现场实际掘进和监测结果表明,利用该实验结果合理地调整相关参数,在轻轨项目中盾构切削桩基过程未出现卡机、刀盘损坏等现象,取得了良好的效果。     

机械法联络通道管片切削试验与数值模拟研究

T接头受力复杂，易引发安全事故，为确保盾构施工安全,分析正线隧道管片弱化效应，针对主隧道特殊管片的设计施工，开展机械法联络通道刀盘切削试验，模拟始发端混凝土管片掘进切削过程，揭示刀具在不同时刻切削力的变化情况及管片、螺栓在不同工况下的内力分布规律。通过研究得到以下结论： 1)刀具切削厚度、切削速度越大，切削阻力越大，混凝土裂纹扩展越严重，刀具磨损越严重；基体强度越大的混凝土，切削时混凝土板面受损越小。2)切削对同一环的螺栓影响较大，对侧边的螺栓影响较小，随着刀盘旋转推进，管片发生位移变化，螺栓连接点的位移逐渐增大。当刀盘钻出管片时，混凝土管片及内部螺栓位移逐渐趋于稳定。3)改变切削洞口管片的强度对于隧道的变形影响很小，在改变了切削洞口强度后，洞口管片所受的位移增大，但是影响量比较小，结构仍较安全。     

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。     

高速切削刀具材料

介绍了高速切削所使用的陶瓷刀具、金刚石刀具、立方氮化硼刀具、涂层刀具的性能特点及应用,探讨了高速切削刀具材料的发展方向。     

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。     

土壤稳定机械理论与计算(7)

2.3 旋转工作部件工作过程的数学物理模拟方法前述试验研究的结果充分证实了旋转刀具人土、稳定切削、纯粹抛土阶段的动力学过程服从于不同的物理规律,因而对它们采用分段模拟的方法来建立单刀工作过程的动力学模型是完全可能和合理的。考虑到稳定切削阶段在工作过程功率消耗中所占的主要地位,可以将稳定切削作为数学物理模拟的基础,并由此确定与前后阶段交接处的边界条件。这样,单刀工作过程的切向阻力P_τ随转角而变化的进程可利用三个不同性质的模型来加以模拟。数学物理模拟方法的任务就是要根据模型的不同性质分别采用直接物理模拟或相似     

不同结构参数下盾构切刀切削土体数值模拟研究

基于ABAQUS有限元分析软件,采用ALE算法和线性Drucker-Prager土体塑性本构模型,利用具有单元删除功能的剪切失效准则,建立盾构切刀切削土体的三维仿真模型,研究不同切削参数条件下刀具切削土体过程中土屑的流动状态和刀具切削力的变化规律。研究结果表明： 在不同的切深状况下,总的切削力变化并不大,但随着切深的增大,已切削土屑的分离度降低甚至不分离;随着刀宽的增大,切削力也随之增大,但土屑的流动性降低;随着前角的增大,切屑的破碎状态和流动性降低,导致堆积在切刀的刀刃处,阻碍切削的持续进行。     

我国刀具行业面临的机遇与挑战—兼述湖北省金属切削刀具技术的若干进展

从我国刀具行业及切削技术的发展特点和角度，论述了入世后我国刀具行业的机遇和挑战，同时兼述了我省金属切削刀具技术近年来的若干进展。     

小刀具成就大模具的未来

现代汽车模具快速发展的标志之一就是数控加工技术的介入。而高效切削刀具的使用也将带动数控切削加工技术进入一个更高的层次。切削加工工艺与高效切削刀具两者的紧密结合与相互促进,大大提高了生产效率,缩短了模具的制造周期。作为模具加工企业,我们在数控加工工艺的改进、数控刀具的统一规划及刀具装备的选用等方面正在向国际化的方向发展,     

技术创新推动了刀具夹持的革命

拆卸大型附件、刀具和方杆刀具或者在机床上更换可转位刀片,都需要耗费很长的停机时间.采用刀具夹持创新技术,可以快速手动换刀,现代的主轴接口可以用于自动换刀,同时,实现了刀具系统的模块化. 上世纪70年代末期,山特维克可乐满推出了第一个模块化工具系统方案:嵌入式工具系统(Block Tool System).该工具系统创新采用独特的新型接口作为切削单元和夹紧机构之间的连接,其最关键的特点和优势在于大大提高了精度、稳定性和快速换刀的能力.将切削单元装入夹紧单元内,通过中心拉杆逆着法兰面拉紧.这种设计使得在径向、轴向和切线方向的支撑最大化,与类似的整体刀柄相比,刀具夹持更加稳定牢固.     

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。     

土壤稳定机械理论与计算(4) 第二讲 土壤稳定机械动力学

4 多列刀具的切土过程从平移刀具的切土过程中已经获知土体的破坏是带有空间性的,当刀具通过土壤后,它的切口不是矩形,而是如图7所示的梯形断面.对于旋转刀具的切土过程同样也有类似的情况.因此当多列刀具同时切土讨,每把刀具的实际进给及切屑厚度和单刀切土时是不同的.这样,多刀切土时的总切削阻力和作用在转鼓轴上的总阻力矩并非简单地为单刀切土时之总和.而总的阻力和阻力矩显然与多刀的排列方法和刀具在圆周上的分布有关.图8和图9分别表示了两种典型的排列和分布方     

刀具磨损及刀具磨钝标准

在机械加工过程中，刀具使用一段时间后都会出现不同程度的磨损，刀具磨损的强弱受到切削方式、切削用量、切削材料、冷却液等因素的影响，刀具磨损是一个非常复杂的过程。在金属切削原理的理论中。一般把刀具磨损分为正常磨损和非正常磨损。在正常磨损过程中，只要刀具磨损达到某一极限值时，刀具就必须进行修磨或更换；当刀具在非正常磨损时也必须立即进行更换刀具，否则将会造成产品加工质量急剧下降，直接影响到产品的尺寸精度和粗糙度，严重时会造成设备损坏或操作者人身安全事故。研究刀具磨损过程、磨损形式和制订刀具磨钝标准，为刀具切削过程中的厦时修磨和更换提供了理论依据。     

基于ABAQUS的盾构切刀群模拟切削研究

为了解决复合式土压平衡盾构(earth pressure balance)在实际施工时常出现刀盘结饼、刀箱堵塞等工程问题,从刀群切削效果角度研究刀盘刀具布置的合理性,采用切刀群和滚刀群的动态切削模拟方法,提出土体质量变化和刀盘受载的评价指标,得到以下结论:软土地质下切刀群存在内偏角时的切削效果明显好于无内偏角的情况;掘进地层地质较软时宜采用小切刀切削重叠量,地质较硬时宜采用大切刀切削重叠量。刀群布置的研究过程为实际工程问题的解决提供了方法,数值仿真结果为复合式土压平衡盾构刀盘刀群的组合设计提供了参考。     

剃齿时刀具性能时精加工齿形的影响

模拟剃齿工艺，开发了一种计算机程序。该文介绍了剃齿工艺的一种新型切削模型，将剃民切削性能的影响纳入该模拟程序。该切削模型以下述假设构成：以超过一可靠准则的切削深深度，从加工齿轮的齿廓上切除材料。此外，该准则没有固定的值，但它的值显示出正态分布。该分布的平均值可确定剃齿刀切削性能的特性。小的平均值，意味着即使在小的切深下，也可产生余量切除。换言之，该刀具具有良好的切削性能。在可靠性被证实后，计算机模     

机械数控加工过程刀具高效使用优化探讨

如今,社会生产追求效率和利润,所有行业都希望发展技术创新,以提高生产效率,然后提高竞争力和经济效益。数控加工也是如此:本文介绍了如何在数控加工中明智地使用刀具,以提高刀具的使用效率,延长刀具的使用寿命并增加刀具的使用寿命以及减少加工阶段的能耗。本文介绍了用于数控加工的切削刀具的性能,用于钻削和磨削的切削刀具的原理,为数控加工的发展提供参考。