一种方形犁削式金刚石复合片及其盾构机滚刀的制作方法

1.本实用新型涉及超硬材料领域，特别涉及一种方形犁削式金刚石复合片及其盾构机滚刀。


背景技术：

2.盾构机掘进法是目前隧道掘进的主流方法，目前在各类工程特别是市政类工程中的占比已达到90%以上。盾构机的主要工作部件是安装在刀盘上的各类刀具，其中用途最广的是滚刀。目前滚刀的材质多为高硬钢、硬质合金等，其采购成本相对较低，然而由于上述材料耐磨性较差，在钻进过程中损坏较快，寿命较短，从而导致频繁更换刀具，这样一来对滚刀的综合使用成本就大大上升。
3.金刚石复合片是近年来应用广泛的一种超硬材料，集中了金刚石的高硬度、高耐磨特性以及硬质合金的耐冲击、焊接性能好等特点，广泛应用于各类煤田、地质、油气等领域的采掘作业，能够适应多种复杂地层的应用。特别是近年来随着异形金刚石复合片的陆续问世，其用途被不断放大。但受制于行业的固有习惯，目前尚未有企业尝试使用金刚石复合片作为滚刀受力部件，这既不利于盾构行业的有序发展，也不利于各类钻进成本的降低。
4.公开号cn112324349a的对比文件，公开了一种多重犁削的金刚石复合片及钻头，该产品沿轴向方面横截面均为圆形，而圆柱形产品无法实现侧面完全接触；且该对比文件的上端为异形三角斜面，刃口宽度在使用过程中不断扩大；且该对比文件的排屑槽位于刃口两侧。
5.公开号cn104727752b的对比文件，公开了一种聚晶金刚石复合齿及其制造方法和一种钻头，该产品沿轴向方面横截面均为圆形，而圆柱形产品无法实现侧面完全接触；且该对比文件的上端为圆锥形，其刃口为单一刃口。
6.上述两个对比文件均无法组成完整圆环，因此无法形成滚刀刃口，无法适用到盾构机上。


技术实现要素：

7.本实用新型要解决的技术问题是：如何设计一款针对盾构机滚刀的金刚石复合片，因此提供一种方形犁削式金刚石复合片及其盾构机滚刀。
8.本实用新型的技术方案具体为：
9.方形犁削式金刚石复合片，包括复合片本体，复合片本体由上端的聚晶金刚石复合层与下端的硬质合金层组成，聚晶金刚石复合层整体为山脊状，包括两个脊面，每个脊面沿x轴方向延展，两脊面夹角为75~165
°
，且两脊面的顶部通过脊面弧面平滑过渡相连接，脊面弧面的纵向断面为脊面弧线，脊面弧线所在圆的半径为0.5~3mm。
10.每个脊面的下部均连接有侧面，侧面下方连接硬质合金层的表面。
11.聚晶金刚石复合层中，每个脊面的顶部为弧顶，弧顶中间高，两边低，弧顶所在圆的弧顶半径为350~650mm，弧顶所在圆的圆心角为10~60
°
。
12.聚晶金刚石复合层的弧顶设置有排屑槽，排屑槽截面形状为矩形、半圆形、v形、u形中的任意一种。
13.排屑槽的槽宽度为0.5~3mm，深度为1~5mm，排屑槽个数为1~5个。
14.聚晶金刚石复合层与硬质合金层的结合面形状为平面、锯齿、弧面中的任意一种或几种组合。
15.硬质合金层的横断面为方形。
16.复合片本体的总宽为8.0~25.4mm，总厚为8.0~25.4mm，总高度为5~19mm，复合片边缘处厚度为0.8~3mm。
17.一种采用方形犁削式金刚石复合片制成的盾构机滚刀，包括滚刀钢体，在滚刀钢体上设置有若干个复合片本体，所有复合片本体中的弧顶共圆，由此，所有复合片本体围成圆环，滚刀钢体位于圆环的一侧；滚刀钢体中间开孔，主轴从孔中穿过，滚刀钢体通过滚珠轴承安装到主轴上。
18.本实用新型的有益效果为：本实用新型依托现有滚刀产品钢体设计，减少了重新设计钢体的浪费，同时能够快速制备出合适的滚刀产品，所生产的滚刀产品耐磨性好，能够长时间在硬质或复杂地层中工作，减少了因更换刀具而造成的盾构停机以及时间和物料的双重成本上升。同时使用带有排屑槽复合片制成的滚刀排屑效果较好，减少了粘性地层中塑流化改良带来的成本上升。
附图说明
19.图1 为一种方形犁削式金刚石复合片主视图；
20.图2 为图1的左视图；
21.图3为图1的a-a剖面图；
22.图4 为一种锯齿结合面方形犁削式金刚石复合片剖面图；
23.图5 为另一种弧形结合面方形犁削式金刚石复合片剖面图；
24.图6为带有排屑槽的方形犁削式金刚石复合片主视图；
25.图7 为图6的b处局部放大图；
26.图8 为图6的c-c剖面图；
27.图9 为图1复合片在滚刀中的排列方式示意图；
28.图10为使用图1复合片制成的滚刀俯视图；
29.图11为图10的d-d剖面图；
30.图12为图6复合片在滚刀中的排列方式示意图。
具体实施方式
31.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
32.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是
为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
33.以图1所示的复合片本体1建立坐标系，并以此坐标系描述本专利申请。其中，以复合片本体1的横切轴为x轴，以复合片本体1的纵轴为y轴，复合片本体1的厚度方向为z轴。
34.如图1所示，用于盾构机滚刀的方形犁削式金刚石复合片，包括复合片本体1，复合片本体1由上端的聚晶金刚石复合层101与下端的硬质合金层102组成。
35.如图1、图2所示，聚晶金刚石复合层101整体为山脊状，包括两个脊面104，每个脊面104沿x轴方向延展，两脊面夹角θ为75~165
°
，且两脊面的顶部通过脊面弧面105平滑过渡相连接，脊面弧面105的纵向断面为脊面弧线，脊面弧线所在圆的半径r为0.5~3mm。需要说明的是，两个脊面104均为倾斜设置的平面。
36.进一步地，每个脊面104的下部均连接有侧面103，侧面103下方即为硬质合金层102的表面。侧面103与脊面104之间存在夹角，侧面103与硬质合金层102的外表面平行。
37.进一步地，聚晶金刚石复合层101中，每个脊面的顶部为弧顶，弧顶中间高，两边低，弧顶所在圆的弧顶半径r为350~650mm，弧顶所在圆的圆心角α为10~60
°
，弧顶两侧面与弧顶相垂直。
38.由此，本实用新型中的方形犁削式金刚石复合片，其聚晶金刚石复合层101整体可以作为切削刃口，故，其刃口包括脊面104和脊面弧面105。这样，在实际使用过程中，刃口在切削土体方向上的宽度始终一致。
39.进一步地，如图6、图7、图8所示，聚晶金刚石复合层101的弧顶带有或不带有排屑槽106，排屑槽106截面形状包含但不限于矩形、半圆形、v形、u形，排屑槽106的槽宽度d为0.5~3mm，深度h为1~5mm，排屑槽106在弧顶均匀分布，一般为1~5个。需要说明的是，本技术中，排屑槽106位于连续刃口内部，其主要作用为：
①
实现切削过程中对大直径土颗粒的排出作用，避免大直径土颗粒影响土体切削效率；
②
实现对坚硬土体的断续切削，避免连续刃口切削坚硬土体时过度磨损。
40.进一步地，聚晶金刚石复合层101与硬质合金层102的结合面形状为平面、锯齿、弧面中的任意一种或几种组合。如图3所示，二者接合面为弧面。如图4所示，接合面为锯齿。如图5所示，接合面为弧面和平面的多面结合，其中，两端的接合面为弧面，中间的接合面为平面。
41.进一步地，硬质合金层102的横断面为方形。
42.进一步地，复合片本体1的总宽l为8.0~25.4mm，总厚w为8.0~25.4mm，总高度h为5~19mm，复合片边缘处厚度d(侧面103的高度)为0.8~3mm。
43.具体实施例可以如表1所示：
[0044][0045]
表1。
[0046]
优选实施例为：如图6、7、8、12所示，方形犁削式金刚石复合片，由上端的聚晶金刚石复合层101与下端的硬质合金层102组成组成，二者结合面形状为弧面。硬质合金层102的横断面为方形，上端的聚晶金刚石复合层101整体为山脊状，两脊面夹角θ为90
°
，脊面弧线所在圆的半径r为2mm。弧顶所在圆的弧顶半径r为500mm，弧顶所在圆的圆心角α为20
°
，弧顶两侧面与弧顶相垂直。复合片弧顶一侧总长l为15.88mm，屋脊一侧总厚w为15.88mm，总高度h为13.2mm，复合片边缘处厚度d为1.5mm。复合片弧顶带有3个排屑槽，排屑槽截面形状为矩形。
[0047]
方形犁削式金刚石复合片，大大提高了滚刀的耐磨性及钻进效率，能够长时间在硬质或复杂地层中工作，减少了因更换刀具而造成的盾构停机以及时间和物料的双重成本上升。同时使用带有排屑槽复合片制成的滚刀排屑效果较好，减少了粘性地层中塑流化改良带来的成本上升。
[0048]
如图9、图10、图12所示，一种用于盾构机的滚刀，包括滚刀钢体2，在滚刀钢体2上设置有若干个复合片本体1，所有复合片本体1中的弧顶共圆，由此，所有复合片本体1围成圆环，滚刀钢体2位于圆环的一侧。滚刀钢体2中间开孔，主轴4从孔中穿过，滚刀钢体2通过滚珠轴承3安装到主轴4上，如图11所示，滚珠轴承3包括301为轴承端盖和302为滚珠。
[0049]
由此，将前述的方形犁削式金刚石复合片拼接成为一个完整的圆环整体，从而形成盾构机滚刀外围刃口。
[0050]
以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员
来说，在不脱离本实用新型整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围。