一种盘形滚刀热处理装置

摘要

一种盘形滚刀热处理装置，包括基座、升降感应加热装置、升降旋转托架装置、冷却水槽，所述升降感应加热装置、冷却水槽、升降旋转托架装置依次安装在所述基座上表面，且所述升降感应加热装置、升降旋转托架装置分别处于所述冷却水槽相对的两侧；所述升降旋转托架装置回转运动至所述冷却水槽上部并处于水槽中心位置时，正好处于所述升降感应加热装置的感应加热线圈正下方。本发明控制便捷、节省成本、安全可靠，采用简洁可靠的机构提供一个梯度温度的回火环境，实现盘形滚刀径向硬度梯度，提高盘形滚刀的使用寿命，填补了盘形滚刀梯度硬度热处理装置的空白。特别适用于隧道工程领域的TBM盘形滚刀热处理。

权利要求

1.一种盘形滚刀热处理装置，所述热处理装置包括基座、升降感应加热装置、升降旋转托架装置、冷却水槽，其特征在于：所述升降感应加热装置、冷却水槽、升降旋转托架装置依次安装在所述基座上表面，且所述升降感应加热装置、升降旋转托架装置分别处于所述冷却水槽相对的两侧；

所述升降感应加热装置包括第一立柱、感应加热线圈、第一升降驱动装置，所述感应加热线圈安装在所述第一立柱上并处于所述冷却水槽上部，第一升降驱动装置驱动所述第一立柱沿其的轴线作上下平动；

所述升降旋转托架装置包括第二立柱、托架、第二升降驱动装置、旋转驱动装置，所述托架安装在所述第二立柱上，所述第二升降驱动装置驱动所述第二立柱沿其的轴线作上下平动，所述旋转驱动装置驱动所述第二立柱沿其轴线作回转运动；所述托架随所述第二立柱回转运动至所述冷却水槽上部并处于水槽中心位置时，所述托架正好处于所述感应加热线圈正下方；

所述托架一端延设有一个与所述第二立柱连接的支架，另一端为一平板，在所述平板上表面设有两个同轴线的圆环，第二圆环的内径比第一圆环的外径大，第一圆环的外径与盘形滚刀的刀体内孔直径尺寸相匹配，第二圆环的高度比第一圆环高度小，其上端面为斜面，所述斜面的斜率与盘形滚刀的刀刃与刀体连接曲面的斜率相匹配。

2.根据权利要求1所述的一种盘形滚刀热处理装置，其特征在于：盘形滚刀的刀体内孔套装在第一圆环外表面，其刀刃与刀体连接的一个曲面与第二圆环上端面的斜面接触，使盘形滚刀沿第一圆环或第二圆环轴线实现轴向及径向定位。

3.根据权利要求2所述的一种盘形滚刀热处理装置，其特征在于：所述感应加热线圈的直径与第一圆环的内径尺寸相匹配，感应加热线圈随第一立柱向下平动时，可以插入第一圆环的内腔。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种盘形滚刀热处理装置，其特征在于：所述冷却水槽上设有入水口、出水口、溢流水收集槽，所述溢流水收集槽环设在所述冷却水槽上端口外壁，所述入水口设置在冷却水槽下部，所述出水口设置在所述冷却水槽上部。

5.根据权利要求4所述的一种盘形滚刀热处理装置，其特征在于：所述第一升降驱动装置或第二升降驱动装置选自液压升降驱动装置、齿轮齿条升降驱动装置、丝杠螺母驱动装置中的一种。

6.根据权利要求5所述的一种盘形滚刀热处理装置，其特征在于：所述旋转驱动装置选自液压回转驱动装置、电机驱动装置、气动回转驱动装置中的一种。

说明书

一种盘形滚刀热处理装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种盘形滚刀热处理装置，特别是指一种用于隧道工程领域的全断面岩石隧道掘进机(TBM)盘形滚刀热处理装置。属于热处理技术领域。

背景技术

[0002] 近年来随着我国地下空间工程建设的迫切需要和科学技术水平的提高，全断面岩石隧道掘进机(TBM)在地下工程施工中得到广泛使用。盘形滚刀是TBM的破碎切削刀具，其使用寿命直接影响了地下工程施工的进度和成本。TBM施工过程中的盘形滚刀刀圈容易发生磨损、断裂、崩刃等现象，不得不时常停机检查和更换，造成刀具失效的一大原因是刀具韧性和硬度分布不合理。盘形滚刀发展方向为外硬内韧方向发展，因此，掌握TBM盘形滚刀硬度分布刀具的制造方法，制造梯度硬度分布的盘形滚刀具有很大的意义。

[0003] 通过对国内外相关文献及资料的检索发现，目前国内外多所高校和研究机构都对材料硬度分布和梯度温度实现方法展开试验研究或理论研究,但是没有具体的梯度温度或梯度硬度环件热处理装置或机构，对于盘形滚刀专用的梯度硬度热处理机构或装置还处于空白阶段。国内北京科技大学、浙江大学、西北工业大学、国营第四〇四厂、苏州工业园区华福科技有限公司等机构对材料硬度分布和梯度温度装置实现方法开展了相关研究。北京科技大学发明专利CN103131987A，名称为：一种23CrNi3Mo钎具用材料的硬度分布控制工艺，通过渗碳后的钎具淬火后采用分两个不同冷却速率阶段冷却，再进行回火处理，实现渗碳后钎具由表及里的平缓硬度梯度分布；浙江大学发明专利CN103777662A，名称为：一种用于梯度温度控制的装置和方法，采用少数温控模块，利用：“分时复用”思想在不同的时间段内使用不同的温控模块控制目标温度，可以实现多个目标梯度温度；国营第四〇四厂发明专利CN1974802A，名称为：6CrNiSiMnMoV钢硬度梯度热处理回火工艺方法，该方法能根据硬度技术要求的不同确定不同温度的回火工艺，同时在一个零件上做到回火后金相组织的不同和硬度梯度的不同、苏州工业园区华福科技有限公司发明专利CN100491784C，名称为：工频感应梯度温度加热炉，其感应线圈采用不同节距和不同截面铜管构成实现梯度温度加热的目的。

[0004] 以上研究机构对材料硬度分布和梯度温度的控制装置和方法，缺乏针对盘形滚刀梯度硬度实现的具体研究，对盘形滚刀梯度硬度回火热处理装置没有研究。本发明专利研制了盘形滚刀梯度硬度回火热处理装置。该装置通过感应加热盘形滚刀内径和径向散热媒介的不同实现盘形滚刀梯度温度回火热处理，从而达到沿径向由内到外硬度由低到高分布的目的。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于克服现有技术之不足而提供一种盘形滚热处理装置，该装置能提供一个梯度温度的回火环境，实现盘形滚刀径向硬度梯度的目的，以提高盘形滚刀的使用寿命。

[0006] 本发明一种盘形滚刀热处理装置，所述热处理装置包括基座、升降感应加热装置、升降旋转托架装置、冷却水槽，所述升降感应加热装置、冷却水槽、升降旋转托架装置依次安装在所述基座上表面，且所述升降感应加热装置、升降旋转托架装置分别处于所述冷却水槽相对的两侧；

[0007] 所述升降感应加热装置包括第一立柱、感应加热线圈、第一升降驱动装置，所述感应加热线圈安装在所述第一立柱上并处于所述冷却水槽上部，第一升降驱动装置驱动所述第一立柱沿其的轴线作上下平动；

[0008] 所述升降旋转托架装置包括第二立柱、托架、第二升降驱动装置、旋转驱动装置，所述托架安装在所述第二立柱上，所述第二升降驱动装置驱动所述第二立柱沿其的轴线作上下平动，所述旋转驱动装置驱动所述第二立柱沿其轴线作回转运动；所述托架随所述第二立柱回转运动至所述冷却水槽上部并处于水槽中心位置时，所述托架正好处于所述感应加热线圈正下方。

[0009] 本发明一种盘形滚刀热处理装置，所述托架一端延设有一个与所述第二立柱连接的支架，另一端为一平板，在所述平板上表面设有两个同轴线的圆环，第二圆环的内径比第一圆环的外径大，第一圆环的外径与盘形滚刀的刀体内孔直径尺寸相匹配，第二圆环的高度比第一圆环高度小，其上端面为曲面，所述曲面的斜率与盘形滚刀的刀刃与刀体连接曲面的斜率相匹配。

[0010] 本发明一种盘形滚刀热处理装置，盘形滚刀的刀体内孔套装在第一圆环外表面，其刀刃与刀体连接的一个曲面与第二圆环上端面的曲面接触，使盘形滚刀沿第一圆环或第二圆环轴线实现轴向及径向定位。

[0011] 本发明一种盘形滚刀热处理装置，所述感应加热线圈的直径与第一圆环的内径尺寸相匹配，感应加热线圈随第一立柱向下平动时，可以插入第一圆环的内腔。

[0012] 本发明一种盘形滚刀热处理装置，所述冷却水槽上设有入水口、出水口、溢流水收集槽，所述溢流水收集槽环设在所述冷却水槽上端口外壁，所述入水口设置在冷却水槽下部，所述出水口设置在所述冷却水槽上部。

[0013] 本发明一种盘形滚刀热处理装置，所述第一升降驱动装置或第二升降驱动装置选自液压升降驱动装置、齿轮齿条升降驱动装置、丝杠螺母驱动装置中的一种。

[0014] 本发明一种盘形滚刀热处理装置，所述旋转驱动装置选自液压回转驱动装置、电机驱动装置、气动回转驱动装置中的一种。

[0015] 本发明一种盘形滚刀热处理装置，通过调节出水口、入水口的流量，实现冷却水槽中水位和水温的控制。

[0016] 本发明工作原理简述于下：

[0017] 首先，通过旋转驱动装置驱动所述第二立柱沿其轴线转动，带动托架旋转至冷却水槽外面，将盘形滚刀刀体上的内孔卡装在托架的第一圆环上，此时，盘形滚刀刀刃与刀体连接的一个曲面与第二圆环上端面的曲面接触，使盘形滚刀沿第一圆环或第二圆环轴线实现轴向及径向定位，同时，将盘形滚刀刀体的下端面封闭在第一圆环、第二圆环与托架平面构成的密封腔体中；然后，通过旋转驱动装置驱动所述第二立柱转动，带动托架旋转至冷却水槽上部的中心位置并处于感应加热线圈正下方时，停止转动并启动第二升降驱动装置驱动第二立柱沿其轴线向下运动至托架底面距冷却水槽中的水面20-30cm，停止向下运动；此时，再通过第一升降驱动装置驱动所述第一立柱沿其的轴线向下运动，带动感应加热线圈向下运动直至插入托架的第一圆环内，启动感应加热线圈的电源，对托架的第一圆环及盘形滚刀加热，利用盘形滚刀自身传递热量，使盘形滚刀刀体与刀刃均温并达到设定的回火温度时，切断感应加热线圈的电源，停止加热，通过第二升降驱动装置驱动第二立柱沿其轴线向下运动，直至安装在托架圆环上的盘形滚刀刀刃部分全部浸入冷却水槽中的水中而盘形滚刀刀体上端面仍处于空气中，实现盘形滚刀刀刃部分水冷；由于盘形滚刀刀体的下端面处于托架的平板与第一圆环、第二圆环与托架平面构成的密封腔体中，而上端面处于空气中，因此，实现盘形滚刀刀体部分为空气冷却，刀刃部分为水冷的不同冷却速度回火，进而实现盘形滚刀从刀体中心通孔至刀刃由低到高的硬度分布；冷却结束后，通过第二升降驱动装置驱动第二立柱沿其轴线向上运动至设定高度，然后，利用旋转驱动装置驱动第二立柱转动，带动托架旋转至冷却水槽外面，将盘形滚刀从托架的圆环上取出；完成一个盘形滚刀的回火。

[0018] 本发明的优点简述于下：

[0019] 发明装置采用在回火工艺中控制盘形滚刀径向不同的冷却速率，实现滚刀径向和由内到外温度梯度的回火温度控制，从而实现滚刀径向梯度和由内到外硬度梯度，满足工程对盘形滚刀外硬内韧的技术要求。

[0020] 本发明采用第二圆环曲端面的斜率与盘形滚刀的刀刃与刀体连接曲面的斜率相匹配的结构，利用盘形滚刀受热时发生热胀大的现象，实现第一圆环、第二圆环与托架平面构成的腔体的密封，确保了盘形滚刀刀体的下端面处于空气中冷却。

[0021] 本发明采用简洁可靠的机构来实现梯度温度回火工艺的目的，控制便捷、节省成本、安全可靠，填补了盘形滚刀梯度硬度热处理装置研制的空白。

附图说明

[0022] 附图1为盘形滚刀梯度硬度回火热处理装置主视图。

[0023] 附图2为盘形滚刀梯度硬度回火热处理装置托架与盘形滚刀配合示意图。

[0024] 图中各部件的标号为：

[0025] 1--基座；

[0026] 2--升降感应加热装置；

[0027] 21--第一立柱，22--感应加热线圈，

[0028] 23--第一升降驱动装置，231--液压缸；

[0029] 3--升降旋转托架装置；

[0030] 31--第二立柱，

[0031] 32--托架，321--支架，322--平板，323--第二圆环，324--第一圆环，[0032] 33--第二升降驱动装置，331--液压缸，

[0033] 34--旋转驱动装置，341--液压马达，342--小齿轮，343--大齿轮；

[0034] 4--冷却水槽；

[0035] 41--入水口，

[0036] 42--出水口，

[0037] 43--溢流水收集槽；

[0038] 5--盘形滚刀；

[0039] 51--刀体，下端面--511上端面--512，

[0040] 52--刀刃，

[0041] 53--曲面；

具体实施方式

[0042] 一种盘形滚刀热处理装置，所述热处理装置包括基座1、升降感应加热装置2、升降旋转托架装置3、冷却水槽4，所述升降感应加热装置2、冷却水槽4、升降旋转托架装置3依次安装在所述基座1上表面，且所述升降感应加热装置2、升降旋转托架装置3分别处于所述冷却水槽4相对的两侧；

[0043] 所述升降感应加热装置2包括第一立柱21、感应加热线圈22、第一升降驱动装置23，所述感应加热线圈22安装在所述第一立柱21上并处于所述冷却水槽4上部，第一升降驱动装置23驱动所述第一立柱21沿其的轴线作上下平动；

[0044] 所述升降旋转托架装置3包括第二立柱31、托架32、第二升降驱动装置33、旋转驱动装置34，所述托架32安装在所述第二立柱31上，所述托架32一端延设有一个与所述第二立柱31连接的支架321，另一端为一平板322，在所述平板322上表面设有两个同轴线的圆环，第二圆环323的内径比第一圆环324的外径大，第一圆环324的外径与盘形滚刀5的刀体51内孔直径尺寸相匹配，第二圆环323的高度比第一圆环324高度小，其上端面为曲面3231，所述曲面3231的斜率与盘形滚刀5的刀刃52与刀体51连接曲面53的斜率相匹配；盘形滚刀5的刀体51内孔套装在第一圆环324外表面，其刀刃52与刀体51连接的曲面53与第二圆环323上端面的曲面3231接触，使盘形滚刀5沿第一圆环324或第二圆环323轴线实现轴向及径向定位；所述第二升降驱动装置33驱动所述第二立柱31沿其的轴线作上下平动，所述旋转驱动装置34驱动所述第二立柱31沿其轴线作回转运动；所述托架32随所述第二立柱31回转运动至所述冷却水槽4上部并处于水槽中心位置时，所述托架31正好处于所述感应加热线圈
22正下方，所述感应加热线圈22的直径与第一圆环的324内径尺寸相匹配，感应加热线圈22随第一立柱21向下平动时，可以插入第一圆环的内腔；

[0045] 所述冷却水槽4上设有入水口41、出水口42、溢流水收集槽43，所述溢流水收集槽43环设在所述冷却水槽4上端口外壁，所述入水口41设置在冷却水槽4下部，所述出水口42设置在所述冷却水槽4上部，通过调节出水口、入水口的流量，实现冷却水槽中水位和水温的控制。

[0046] 本实施例中，所述第一升降驱动装置23或第二升降驱动装置33的驱动动力均为液压升降驱动装置，所述液压升降驱动装置包括液压缸231、331，所述液压缸231驱动第一立柱21沿其的轴线作上下平动；所述液压缸331驱动第二立柱31沿其的轴线作上下平动；

[0047] 本实施例中，所述旋转驱动装置34的驱动动力为液压回转驱动装置，所述液压回转驱动装置包括液压马达341、大齿轮343、小齿轮342，所述小齿轮342安装在所述液压马达341输出轴上，所述大齿轮343安装在第二立柱31上，所述小齿轮342与大齿轮342啮合传动，实现第二立柱31沿其轴线作回转运动，进而带动所述托架32摆动至所述冷却水槽4上部并处于水槽中心位置或摆动至所述冷却水槽4外。

[0048] 本发明的具体工作过程是：

[0049] 首先，通过旋转驱动装置34驱动所述第二立柱31沿其轴线转动，带动托架32旋转至冷却水槽4外面，将盘形滚刀5刀体51上的内孔卡装在托架32的第一圆环324上，此时，盘形滚刀5刀刃52与刀体51连接的一个曲面531与第二圆环323上端面的曲面3231接触，使盘形滚刀5沿第一圆环324或第二圆环323轴线实现轴向及径向定位，同时，将盘形滚刀5刀体51的下端面封闭在第一圆环324、第二圆环323与托架32平面构成的密封腔体中；然后，通过旋转驱动装置34驱动所述第二立柱31转动，带动托架32旋转至冷却水槽4上部的中心位置并处于感应加热线圈22正下方时，停止转动并启动第二升降驱动装置33驱动第二立柱31沿其轴线向下运动至托架32底面距冷却水槽4中的水面20-30cm，停止向下运动；此时，再通过第一升降驱动装置23驱动所述第一立柱21沿其的轴线向下运动，带动感应加热线圈22向下运动直至插入托架32的第一圆环324内，启动感应加热线圈22的电源，对托架32的第一圆环
324及盘形滚刀5加热，利用盘形滚刀5自身传递热量，使盘形滚刀5刀体51与刀刃52均温并达到设定的回火温度时，切断感应加热线圈22的电源，停止加热，通过第二升降驱动装置33驱动第二立柱31沿其轴线向下运动，直至安装在托架32圆环上的盘形滚刀5刀刃52全部浸入冷却水槽4中的水中而盘形滚刀5刀体51上端面仍处于空气中，实现刀刃52水冷回火；由于盘形滚刀5刀体51的下端面511处于托架32的平板与第一圆环324、第二圆环323与托架32平面构成的密封腔体中，而上端面512处于空气中，因此，实现盘形滚刀5刀体51为空气冷却，刀刃52为水冷的不同冷却速度回火，进而实现盘形滚刀5从刀体51中心通孔至刀刃52由低到高的硬度分布；冷却结束后，通过第二升降驱动装置33驱动第二立柱31沿其轴线向上运动至设定高度，然后，利用旋转驱动装置34驱动第二立柱31转动，带动托架32旋转至冷却水槽4外面，将盘形滚刀5从托架32的圆环上取出；完成一个盘形滚刀5的回火。