掘进机滚刀刀圈截面的梯度硬度检测装置及方法与流程

本发明属于掘进机刀圈检测技术领域，具体涉及一种掘进机滚刀刀圈截面的梯度硬度检测装置及方法。

背景技术：

滚刀刀圈是全断面隧道掘进机施工的关键零件，行业标准中规定刀圈沿轴向截面硬度应为58-62hrc，具有很好的耐磨性能，但在实际使用中发现，刀圈除了正常疲劳磨损外，也会出现整体断裂现象。通过技术手段分析得知，造成整体断裂失效的原因主要是当刀圈受到较大冲击载荷作用时，在刀圈零件内部的微裂纹沿着晶界处形成穿晶断裂。出现这种整体断裂失效的主要原因是为追求零件高的耐磨性能，而忽略了材料的塑性。在热处理过程中为提升刀圈材料的耐磨性能，通过控制材料的热处理工艺使得刀圈零件具有很高的硬度，由于材料的硬度与塑性之间成反比例关系，高的硬度必然降低材料的韧性，使得刀圈材料对材料内部微裂纹扩张的阻碍作用降低，进而出现了在刀具工作过程中刀圈沿零件的径向方向整体脆断。

为解决上述问题，在不降低刀圈零件工作部位硬度的前提下，通过合适的热处理方法降低刀圈零件内径部位处的硬度，形成梯度硬度，以提高刀圈径部的塑性，可以有效的起到阻挡裂纹的扩展作用，从而降低零件发生整体断裂的概率，保证刀圈零件具有较好的耐磨性。

目前行业内企业生产的刀圈，大多没有梯度硬度，其各处硬度基本一致，刀圈整体硬度相差一般在0.5°～2°左右，因此，在进行硬度测量时，无需对测量点进行固化。对于梯度硬度刀圈，刀圈刃部硬度为58-62hrc，端部硬度为43-47hrc，刀圈刃部与端部洛氏硬度相差15°左右。由于刀圈由刃部向端部硬度逐渐降低，在测定硬度过程中，距刀圈内径不同部位各处的硬度是不一样的，需要对刀圈不同圆周以及不同圆周的不同位置进行检测；应用现有技术中的方式进行测量时，通过人为判断测量点，实现不同圆周不同位置的测量，测量点不固定；对于不同刀圈试件，难以保证测量点位置相同，同一测量点硬度不一致。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种掘进机滚刀刀圈截面的梯度硬度检测装置及方法，解决现有技术存在的测量点不固化，对于不同刀圈试件，难以保证测量点位置相同以及同一测量点硬度不一致的问题。

为实现上述目的，本发明的掘进机滚刀刀圈截面的梯度硬度检测装置包括：

定位盘，所述定位盘包括盘体，所述盘体上开有由盘体外圆周向圆心方向的定位槽；

设置在盘体上位于待测的刀圈试件两侧的两个横向定位体，两个所述横向定位体关于定位槽过盘体圆心的中心线对称设置，每个横向定位体至少包括两个并排设置并相对盘体沿定位槽的中心线方向滑动的横向定位块；

以及设置在盘体上位于待测的刀圈试件两侧的两个纵向定位体，两个所述纵向定位体关于定位槽过盘体圆心的中心线对称设置，每个纵向定位体至少包括多个并排设置的相对盘体沿垂直定位槽中心线方向滑动的纵向定位块。

所述横向定位块位于定位槽内和所述定位槽的槽侧壁平行设置；两个所述横向定位块的宽度与刀圈试件的宽度和与定位槽宽度相同。

每个所述横向定位体还包括横向定位导轨，所述横向定位导轨固定在所述盘体上，两个所述横向定位块和所述横向定位导轨滑动配合。

每个所述纵向定位体还包括纵向定位导轨，所述纵向定位导轨固定在所述盘体上，多个所述纵向定位块和所述纵向定位导轨滑动配合。

多个并排设置的纵向定位块和所述定位槽相对设置，和所述定位槽的槽底靠近的一个纵向定位块的外侧壁和所述槽底位于同一平面；和定位槽中心线垂直的直径距离槽底的宽度与多个并排设置的纵向定位块的宽度和的差值为一个纵向定位块的宽度值。

所述纵向定位块的数量为5个。

所述横向定位块和所述纵向定位块的宽度相同。

所述横向定位块和所述纵向定位块的宽度为5mm。

基于上述掘进机滚刀刀圈截面的梯度硬度检测装置的检测方法包括以下步骤：

步骤一：沿滚刀刀圈轴线方向截取厚度为n作为刀圈试件；

步骤二：将检测装置的定位盘同轴固定在检测用的洛氏硬度计的工作台上；所述检测装置的两组横向定位体中的四个横向定位块由一侧向另一侧依次为横向定位块a、横向定位块b、横向定位块c和横向定位块d；每个所述纵向定位体中的纵向定位块由原离槽底向靠近槽底的方向依次为纵向定位块a、纵向定位块b、纵向定位块c、纵向定位块d和纵向定位块e；

步骤三：将步骤一中获得的刀圈试件放置在所述定位盘的定位槽内，刀圈试件的端部和所述槽底相对设置，刀圈试件的一个截面和工作台接触；

步骤四：通过横向定位块a和横向定位块d分别与纵向定位块a、纵向定位块b、纵向定位块c、纵向定位块d和纵向定位块e的配合测量刀圈试件截面轴线所在位置由端部向刃部的六个测量点的硬度；

步骤五：通过横向定位块a和横向定位块b分别与纵向定位块a、纵向定位块b、纵向定位块c、纵向定位块d和纵向定位块e的配合测量刀圈试件截面轴线一侧由端部向刃部的六个测量点的硬度；

步骤六：通过横向定位块c和横向定位块d分别与纵向定位块a、纵向定位块b、纵向定位块c、纵向定位块d和纵向定位块e的配合测量刀圈试件截面轴线另一侧由端部向刃部的六个测量点的硬度；

步骤七：将步骤四、步骤五和步骤六中位于刀圈试件同一周向的三个测量点取平均值作为该周向硬度值，进而获得六个周向的六个硬度值，完成检测。

本发明的有益效果为：本发明的掘进机滚刀刀圈截面的梯度硬度检测装置及方法，通过检测装置实现测量过程中位置的限定，实现测量点的固化，保证不同刀圈试件测量时测量点相同；另外，本发明采用在洛氏硬度计大平台上安装定位盘的方法，通过a、b、c、d四个5mm宽的横向定位块和定位盘上两侧a、b、c、d、e十个5mm宽的纵向定位块对刀圈试件进行定位，以测出梯度硬度刀圈端部每隔5mm处周向硬度真实值，共测18个点，每个周向取三点平均值，得到待测刀圈试件的梯度硬度。通过定位块定位，确保相同的位置在相同的热处理条件下硬度趋近一致，解决了梯度硬度刀圈洛氏硬度的检测难题。测量效率高，有效保证了测量点的准确性。

附图说明

图1为本发明的掘进机滚刀刀圈截面的梯度硬度检测装置结构示意图；

图2为本发明的掘进机滚刀刀圈截面的梯度硬度检测方法测量第一测量点到第六测量点测定示意图；

图3为本发明的掘进机滚刀刀圈截面的梯度硬度检测方法测量第七测量点到第十二测量点测定示意图；

图4为本发明的掘进机滚刀刀圈截面的梯度硬度检测方法测量第十三测量点到第十八测量点测定示意图；

图5为本发明的掘进机滚刀刀圈截面的梯度硬度检测方法测量刀圈试件测量点分布图；

其中：1、定位盘，101、盘体，102、定位槽，103、槽底，104、槽侧壁，2、横向定位体，201、横向定位导轨，202、横向定位块a，203、横向定位块b，204、横向定位块c，205、横向定位块d，3、纵向定位体，301、纵向定位导轨，302、纵向定位块a，303、纵向定位块b，304、纵向定位块c，305、纵向定位块d，306、纵向定位块e，4、刀圈试件，5、工作台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

参见附图1，本发明的掘进机滚刀刀圈截面的梯度硬度检测装置包括：

定位盘1，所述定位盘1包括盘体101，所述盘体101上开有由盘体101外圆周向圆心方向的定位槽102；

设置在盘体101上位于待测的刀圈试件4两侧的两个横向定位体2，两个所述横向定位体2关于定位槽102过盘体101圆心的中心线对称设置，每个横向定位体2至少包括两个并排设置并相对盘体101沿定位槽102的中心线方向滑动的横向定位块；

以及设置在盘体101上位于待测的刀圈试件4两侧的两个纵向定位体3，两个所述纵向定位体3关于定位槽102过盘体101圆心的中心线对称设置，每个纵向定位体3至少包括多个并排设置的相对盘体101沿垂直定位槽102中心线方向滑动的纵向定位块。

所述横向定位块位于定位槽102内和所述定位槽102的槽侧壁104平行设置；两个所述横向定位块的宽度与刀圈试件4的宽度和与定位槽102宽度相同。

每个所述横向定位体2还包括横向定位导轨201，所述横向定位导轨201固定在所述盘体101上，两个所述横向定位块和所述横向定位导轨201滑动配合。

每个所述纵向定位体3还包括纵向定位导轨301，所述纵向定位导轨301固定在所述盘体101上，多个所述纵向定位块和所述纵向定位导轨301滑动配合。

多个并排设置的纵向定位块和所述定位槽102相对设置，和所述定位槽102的槽底103靠近的一个纵向定位块的外侧壁和所述槽底103位于同一平面；和定位槽102中心线垂直的直径距离槽底103的宽度与多个并排设置的纵向定位块的宽度和的差值为一个纵向定位块的宽度值。

所述纵向定位块的数量为5个。

所述横向定位块和所述纵向定位块的宽度相同。

所述横向定位块和所述纵向定位块的宽度为5mm。

基于上述掘进机滚刀刀圈截面的梯度硬度检测装置的检测方法包括以下步骤：

步骤一：沿滚刀刀圈轴线方向截取厚度为20mm作为刀圈试件4；

步骤二：将检测装置的定位盘1同轴固定在检测用的洛氏硬度计的工作台5上；所述检测装置的两组横向定位体2中的四个横向定位块由一侧向另一侧依次为横向定位块a202、横向定位块b203、横向定位块c204和横向定位块d205；每个所述纵向定位体3中的纵向定位块由原离槽底103向靠近槽底103的方向依次为纵向定位块a302、纵向定位块b303、纵向定位块c304、纵向定位块d305和纵向定位块e306；本发明所选取的洛氏硬度计型号为hr-150a；

本申请的定位盘1上有m4通孔8个，每个横向导轨上有φ4.2的螺纹孔2个，每个纵向导轨上有φ4.2的螺纹孔2个，螺钉穿过φ4.2的螺纹孔以及定位盘1上的通孔固定在硬度计的工作台5上；

步骤三：将步骤一中获得的刀圈试件4放置在所述定位盘1的定位槽102内，刀圈试件4的端部和所述槽底103相对设置，刀圈试件4的一个截面和工作台5接触；

步骤四：参见附图2和附图5，通过横向定位块a202和横向定位块d205分别与纵向定位块a302、纵向定位块b303、纵向定位块c304、纵向定位块d305和纵向定位块e306的配合测量刀圈试件4截面轴线所在位置由端部向刃部的六个测量点的硬度；

步骤五：参见附图3和附图5，通过横向定位块a202和横向定位块b203分别与纵向定位块a302、纵向定位块b303、纵向定位块c304、纵向定位块d305和纵向定位块e306的配合测量刀圈试件4截面轴线一侧由端部向刃部的六个测量点的硬度；

步骤六：参见附图4和附图5，通过横向定位块c204和横向定位块d205分别与纵向定位块a302、纵向定位块b303、纵向定位块c304、纵向定位块d305和纵向定位块e306的配合测量刀圈试件4截面轴线另一侧由端部向刃部的六个测量点的硬度；

步骤七：将步骤四、步骤五和步骤六中位于刀圈试件4同一周向的三个测量点取平均值作为该周向硬度值，进而获得六个周向的六个硬度值，完成检测。

步骤四中六个测量点的硬度测量过程具体为：将横向定位块a202和横向定位块d205向槽底103方向滑动和刀圈试件4两侧贴合限制横向位置；将依次两个纵向定位体3的纵向定位块a302、纵向定位块b303、纵向定位块c304、纵向定位块d305和纵向定位块e306向定位槽102中心线方向滑动，并和刀圈试件4的端部贴合限制纵向位置；横向定位块a202、横向定位块d205与纵向定位块a302配合测得第一测量点的硬度，横向定位块a202、横向定位块d205与纵向定位块b303配合测得第二测量点的硬度，横向定位块a202、横向定位块d205与纵向定位块c304配合测得第三测量点的硬度，横向定位块a202、横向定位块d205与纵向定位块d305配合测得第四测量点的硬度，横向定位块a202、横向定位块d205与纵向定位块e306配合测得第五测量点的硬度，横向定位块a202、横向定位块d205与槽底103配合测得第六测量点的硬度。

步骤五中六个测量点的硬度测量过程具体为：将横向定位块a202和横向定位块b203向槽底103方向滑动和刀圈试件4两侧贴合限制横向位置；将依次两个纵向定位体3的纵向定位块a302、纵向定位块b303、纵向定位块c304、纵向定位块d305和纵向定位块e306向定位槽102中心线方向滑动，并和刀圈试件4的端部贴合限制纵向位置；横向定位块a202、横向定位块b203与纵向定位块a302配合测得第七测量点的硬度，横向定位块a202、横向定位块b203与纵向定位块b303配合测得第八测量点的硬度，横向定位块a202、横向定位块b203与纵向定位块c304配合测得第九测量点的硬度，横向定位块a202、横向定位块b203与纵向定位块d305配合测得第十测量点的硬度，横向定位块a202、横向定位块b203与纵向定位块e306配合测得第十一测量点的硬度，横向定位块a202、横向定位块b203与槽底103配合测得第十二测量点的硬度。

步骤六中六个测量点的硬度测量过程具体为：将横向定位块c204和横向定位块d205向槽底103方向滑动和刀圈试件4两侧贴合限制横向位置；将依次两个纵向定位体3的纵向定位块a302、纵向定位块b303、纵向定位块c304、纵向定位块d305和纵向定位块e306向定位槽102中心线方向滑动，并和刀圈试件4的端部贴合限制纵向位置；横向定位块c204和横向定位块d205与纵向定位块a302配合测得第十三测量点的硬度，横向定位块c204和横向定位块d205与纵向定位块b303配合测得第十四测量点的硬度，横向定位块c204和横向定位块d205与纵向定位块c304配合测得第十五测量点的硬度，横向定位块c204和横向定位块d205与纵向定位块d305配合测得第十六测量点的硬度，横向定位块c204和横向定位块d205与纵向定位块e306配合测得第十七测量点的硬度，横向定位块c204和横向定位块d205与槽底103配合测得第十八测量点的硬度。

步骤七中所述的将步骤四、步骤五和步骤六中位于刀圈试件4同一周向的三个测量点取平均值作为该周向硬度值具体为：取第七测量点、第一测量点、第十三测量点三点平均值作为沿刀圈周向方向距内径5mm处第一硬度值，取第八测量点、第二测量点、第十四测量点三点平均值作为沿刀圈周向方向距内径10mm处第二硬度值，取第九测量点、第三测量点、第十五测量点三点平均值作为沿刀圈周向方向距内径15mm处第三硬度值，取第十测量点、第四测量点、第十六测量点三点平均值作为沿刀圈周向方向距内径20mm处4'的第四硬度值，取第十一测量点、第五测量点、第十七测量点三点平均值作为沿刀圈周向方向距内径25mm处第五硬度值，取第十二测量点、第六测量点、第十八测量点三点的平均值作为沿刀圈周向方向距内径30mm处第六硬度值，完成刀圈截面端部梯度硬度测定。

本发明以刀圈截面距端部5mm起开始测量，每隔5mm测量一次，采用在洛氏硬度计大工作台5上安装定位盘1的方法，确保距离端部30mm处18个点的硬度准确性，在相同的热处理条件下，不同刀圈试件4同一位置的硬度基本一致。