一种选择性熔渗制备超硬盾构刀体的方法及设备装置与流程

本发明涉及盾构刀体技术领域，具体为一种选择性熔渗制备超硬盾构刀体的方法及设备装置。

背景技术：

盾构即盾构机，全名叫盾构隧道掘进机，是一种隧道掘进的专用工程机械，它是一个横断面外形与隧道横断面外形相同，尺寸稍大，利用回旋刀具开挖，内藏排土机具，自身设有保护外壳用于暗挖隧道的机械，盾构通常由盾构壳体、推进系统、拼装系统和出土系统等四大部分组成，在地铁桥隧施工过程中，盾构机是必不可少的，而盾构机的使用，内部的盾构刀体也是必然使用的，可以提高盾构机的工作效率。

硬质合金盾构刀具是盾构机中的专门配件装置，在盾构施工工程中起关键的破岩掘进作用，通常硬质合金盾构刀具在掘进施工过程中，当地质岩土坚硬时，盾构刀具材料耐磨性和耐冲击性能不够，磨削破损严重，使用寿命短，容易失效，直接影响到盾构机的工作效率、工程进展及工程的经济效益，石墨模具或砂型模的制备环节、熔渗固结环节，以及后期取模环节，存在着模具循环使用质量难以控制、脱模困难、耗时长，组成熔渗体质量难以把控，生产效率低下。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种选择性熔渗制备超硬盾构刀体的方法及设备装置，解决了盾构刀具材料耐磨性和耐冲击性能不够，磨削破损严重，使用寿命短，容易失效，直接影响到盾构机的工作效率、工程进展及工程的经济效益，模具循环使用质量难以控制、脱模困难、耗时长，组成熔渗体质量难以把控，生产效率低下的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种选择性熔渗制备超硬盾构刀体的设备装置，包括框架，所述框架的内部右上侧安装有滑块，且滑块的下侧设置有加热炉，并且加热炉的内侧中心处安装有放料堵棒，所述加热炉的下侧表面开设有炉嘴，且炉嘴的下部固定有骨架料，所述骨架料的内部下表面安装有钢体，且骨架料的外部下表面固定有工具升降台，所述框架的内部左下侧设置有原料升降台，且原料升降台的上部连接有原料仓，并且原料仓的左上侧安装有铺料滚筒，所述框架的左侧外表面固定有电脑，且电脑的输出端连接有控制指令，并且控制指令控制有选择性溶渗，同时选择性溶渗分别与熔化熔渗剂、分层铺料和冷却取出并后处理相互连接，所述熔化熔渗剂的输入端为产品设计及模型处理，且产品设计及模型处理的另一个输出端为配料、混料、装料入仓，并且配料、混料、装料入仓连接有分层铺料，所述冷却取出并后处理输出有钎焊复合片，所述钢体的上侧分别连接有钎焊复合片和熔渗体。

优选的，所述加热炉通过滑块与框架构成滑动结构。

优选的，所述骨架料通过工具升降台与框架构成升降结构。

优选的，所述原料仓通过原料升降台与框架构成升降结构。

本发明还提供了如下技术方案：

一种选择性熔渗制备超硬盾构刀体的方法，包括以下步骤；

(1)利用电脑和相应的软件进行产品的三维模型设计，并且将设计好的三维模型进行近似处理，即将产品上有许多不规则的曲面进行近似处理，用一系列相连的小三角平面来逼近曲面，得到stl格式的三维近似模型文件，然后对stl文件进行分层处理，由于快速成型是将模型按照一层层截面加工，累加而成的，将stl格式的三维cad模型转化为快速成型制造系统可接受的层片模型，片层的厚度范围为0.1-1mm，快速成型系统带有分层处理软件，能自动获取模型的截面信息，通过控制指令运行，以次完成产品设计及模型处理；

(2)将骨架粉粒料wc或wc2，按找一定的粒度和重量比例进行配比和混合，并装入原料仓中备用，配料要求原材料具有多种粒度和重量，以便获得确定孔隙率和松装密度的粉粒体，以保证相应量的熔渗剂渗入，且形成致密固结的熔渗体，以此完成配料、混料、装料入仓；

(3)熔渗剂为较低熔点的金属粉粒，如铜粒子，并掺入一定量的硼砂，将其放入加热炉中进行加热熔化，加热温度达到1000-1100℃之间进行保温，铜粒子全部熔化待用，以此通过加热炉完成熔化熔渗剂；

(4)按照控制指令，工具升降台和原料升降台分别升降，同时铺料滚筒启动，在钢体上铺上一层骨架原料，料层厚度在模型处理时已确定，以此完成分层铺料；

(5)按照控制指令，加热炉以一定的速度在料层上方通过滑块逐层来回移动，在不同区域点上，加热炉中放料堵棒随螺旋升降，开合炉嘴，熔渗剂液体选择性流出，并向下渗入到wc骨架料间隙中，逐渐填满填实粉粒层，待上一层熔渗固结完成，工具升降台和原料升降台分别升降，再铺一层进行逐层熔渗，循环进行，直至完整的工具产品熔渗固结完成，以此完成选择性溶渗；

(6)逐层熔渗结束后，直接取出熔渗件，未熔渗区的粉粒料直接回收利用，后处理主要是对原型进行表面处理，去除实体的支撑部分，对部分实体表面进行处理，使原型精度、表面粗糙度等达到要求，以此完成冷却取出并后处理；

(7)将复合片替换件清除掉，直接采用铜基或银基焊剂，通过高频加热将pdc/yg钎焊而成，钎焊前对工件必须进行焊位的清理，除去油污和氧化膜层，保证0.01～0.1毫米装配间隙；pdc/yg复合片采用六面顶压机高温高压制备，熔点在450℃以上，焊接过程中添加硼砂、硼酸、氯化物、氟化物，以此完成钎焊复合片。

(三)有益效果

本发明提供了一种选择性熔渗制备超硬盾构刀体的方法及设备装置。具备以下有益效果：

(1)、该选择性熔渗制备超硬盾构刀体的方法及设备装置，通过刀头部分，采用金刚石聚晶/硬质合金复合片材料，替换传统的单纯硬质合金材料，通过聚晶复合片突出的硬度和耐磨性，来显著提高刀具的耐用度；二是新增刀体部分，采用全新熔渗浸渍技术制造，以wc/w粉粒作为骨架材料，熔渗青铜合金粒，形成固结体，该部分作为中间梯度性能段，一端与刀头材料钎焊固结，另一端与钢体熔渗时啮合并冶金烧结，形成刀具整体；刀体一方面牢固支撑刀头，保证对刀头部分的包镶能力，减缓刀头在使用过程中因磨损而脱落，另一方面本身具有一定耐磨性能，直接起保径作用，该超硬盾构刀具替代传统的硬质合金刀具，可有效地解决刀具耐磨性不足，刀刃及周边钢体区域严重磨损，以及刀体断裂和刀刃脱落的现象发生。

(2)、该选择性熔渗制备超硬盾构刀体的方法及设备装置，本发明基于fdm快速成型原理，fdm快速成型法(熔积成型法)使用丝状材料(石蜡、金属、塑料、低熔点合金丝)为原料，利用电加热方式将丝材加热至略高于熔化温度(比熔点高1℃)，在电脑的控制下，喷头作x-y平面运动，将熔融的材料涂覆在工作台上，冷却后形成工件的一层截面，一层成形后，喷头上移一层高度，进行下一层涂覆，这样逐层堆积形成三维工件，该制造方法具有操作环境干净，安全，在办公室课进行；工艺干净、简单、易于操作且不产生垃圾；尺寸精度高，表面质量好，易于装配，可快速构建瓶状或中空零件；原材料以卷轴丝的形式提供，易于搬运和金额快速更换；实现超硬材料熔渗体的快捷、质稳、节能等特点的绿色制造。

附图说明

图1为本发明剖面主视结构示意图；

图2为本发明熔渗体主视结构示意图；

图3为本发明工作流程结构示意图。

图中：1、框架；2、滑块；3、加热炉；4、放料堵棒；5、炉嘴；6、骨架料；7、钢体；8、工具升降台；9、原料升降台；10、原料仓；11、铺料滚筒；12、电脑；13、产品设计及模型处理；14、配料、混料、装料入仓；15、熔化熔渗剂；16、选择性溶渗；17、分层铺料；18、控制指令；19、冷却取出并后处理；20、钎焊复合片；21、熔渗体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，本发明提供一种技术方案：一种选择性熔渗制备超硬盾构刀体的设备装置，包括框架1、滑块2、加热炉3、放料堵棒4、炉嘴5、骨架料6、钢体7、工具升降台8、原料升降台9、原料仓10、铺料滚筒11、电脑12、产品设计及模型处理13、配料、混料、装料入仓14、熔化熔渗剂15、选择性溶渗16、分层铺料17、控制指令18、冷却取出并后处理19、钎焊复合片20和熔渗体21，框架1的内部右上侧安装有滑块2，且滑块2的下侧设置有加热炉3，并且加热炉3的内侧中心处安装有放料堵棒4，加热炉3通过滑块2与框架1构成滑动结构，加热炉3的下侧表面开设有炉嘴5，且炉嘴5的下部固定有骨架料6，骨架料6通过工具升降台8与框架1构成升降结构，骨架料6的内部下表面安装有钢体7，且骨架料6的外部下表面固定有工具升降台8，框架1的内部左下侧设置有原料升降台9，且原料升降台9的上部连接有原料仓10，并且原料仓10的左上侧安装有铺料滚筒11，原料仓10通过原料升降台9与框架1构成升降结构，框架1的左侧外表面固定有电脑12，且电脑12的输出端连接有控制指令18，并且控制指令18控制有选择性溶渗16，同时选择性溶渗16分别与熔化熔渗剂15、分层铺料17和冷却取出并后处理19相互连接，熔化熔渗剂15的输入端为产品设计及模型处理13，且产品设计及模型处理13的另一个输出端为配料、混料、装料入仓14，并且配料、混料、装料入仓14连接有分层铺料17，冷却取出并后处理19输出有钎焊复合片20，钢体7的上侧分别连接有钎焊复合片20和熔渗体21；

该选择性熔渗制备超硬盾构刀体的方法，包括以下步骤；

(1)利用电脑12和相应的软件进行产品的三维模型设计，并且将设计好的三维模型进行近似处理，即将产品上有许多不规则的曲面进行近似处理，用一系列相连的小三角平面来逼近曲面，得到stl格式的三维近似模型文件，然后对stl文件进行分层处理，由于快速成型是将模型按照一层层截面加工，累加而成的，将stl格式的三维cad模型转化为快速成型制造系统可接受的层片模型，片层的厚度范围为0.1-1mm，快速成型系统带有分层处理软件，能自动获取模型的截面信息，通过控制指令18运行，以次完成产品设计及模型处理13；

(2)将骨架粉粒料wc或wc2，按找一定的粒度和重量比例进行配比和混合，并装入原料仓10中备用，配料要求原材料具有多种粒度和重量，以便获得确定孔隙率和松装密度的粉粒体，以保证相应量的熔渗剂渗入，且形成致密固结的熔渗体21，以此完成配料、混料、装料入仓14；

(3)熔渗剂为较低熔点的金属粉粒，如铜粒子，并掺入一定量的硼砂，将其放入加热炉3中进行加热熔化，加热温度达到1000-1100℃之间进行保温，铜粒子全部熔化待用，以此通过加热炉3完成熔化熔渗剂15；

(4)按照控制指令18，工具升降台8和原料升降台9分别升降，同时铺料滚筒11启动，在钢体7上铺上一层骨架原料，料层厚度在模型处理时已确定，以此完成分层铺料17；

(5)按照控制指令18，加热炉3以一定的速度在料层上方通过滑块2逐层来回移动，在不同区域点上，加热炉3中放料堵棒4随螺旋升降，开合炉嘴5，熔渗剂液体选择性流出，并向下渗入到wc骨架料6间隙中，逐渐填满填实粉粒层，待上一层熔渗固结完成，工具升降台8和原料升降台9分别升降，再铺一层进行逐层熔渗，循环进行，直至完整的工具产品熔渗固结完成，以此完成选择性溶渗16；

(6)逐层熔渗结束后，直接取出熔渗件，未熔渗区的粉粒料直接回收利用，后处理主要是对原型进行表面处理，去除实体的支撑部分，对部分实体表面进行处理，使原型精度、表面粗糙度等达到要求，以此完成冷却取出并后处理19；

(7)将复合片替换件清除掉，直接采用铜基或银基焊剂，通过高频加热将pdc/yg钎焊而成，钎焊前对工件必须进行焊位的清理，除去油污和氧化膜层，保证0.01～0.1毫米装配间隙；pdc/yg复合片采用六面顶压机高温高压制备，熔点在450℃以上，焊接过程中添加硼砂、硼酸、氯化物、氟化物，以此完成钎焊复合片20。

综上可得，该选择性熔渗制备超硬盾构刀体的方法及设备装置，通过刀头部分，采用金刚石聚晶或者硬质合金复合片材料，替换传统的单纯硬质合金材料，通过聚晶复合片突出的硬度和耐磨性，来显著提高刀具的耐用度；二是新增刀体部分，采用全新熔渗浸渍技术制造，以wc/w粉粒作为骨架材料，熔渗青铜合金粒，形成固结体，该部分作为中间梯度性能段，一端与刀头材料钎焊固结，另一端与钢体熔渗时啮合并冶金烧结，形成刀具整体；刀体一方面牢固支撑刀头，保证对刀头部分的包镶能力，减缓刀头在使用过程中因磨损而脱落，另一方面本身具有一定耐磨性能，直接起保径作用，该超硬盾构刀具替代传统的硬质合金刀具，可有效地解决刀具耐磨性不足，刀刃及周边钢体区域严重磨损，以及刀体断裂和刀刃脱落的现象发生；本发明基于fdm快速成型原理，fdm快速成型法使用丝状材料(石蜡、金属、塑料、低熔点合金丝)为原料，利用电加热方式将丝材加热至略高于熔化温度(比熔点高1℃)，在电脑12的控制下，喷头作x-y平面运动，将熔化熔渗剂15涂覆在工作台上，冷却后形成工件的一层截面，一层成形后，喷头上移一层高度，进行下一层涂覆，这样逐层堆积形成三维工件，该制造方法具有操作环境干净，安全，在办公室课进行；工艺干净、简单、易于操作且不产生垃圾；尺寸精度高，表面质量好，易于装配，可快速构建瓶状或中空零件；原材料以卷轴丝的形式提供，易于搬运和金额快速更换；实现超硬材料熔渗体的快捷、质稳、节能等特点的绿色制造。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。