铣刨机刀具的使用与维护

摘要】本文简述了铣刨机刀具的结构、工艺，并从工作介质、铣刨工况分析了刀具磨损的各种情况，由此提出使用维护过程中需要注意的事项。最后还给出了可供参考的铣深与产量的关系。

【关键词】铣刨机 刀具

引言

路面冷铣刨机是一种用于去除路面材料的养护机械，高速旋转且布满刀具的铣刨鼓采用逆铣的方式切除沥青、水泥等混凝土路面。由于路面材料成分复杂、硬度高，刀具的剧烈磨损使其成为消耗最迅速的易损件，大大增加了施工费用。因此，加强对刀具的研究以及合理的使用具有重要的经济意义。

１．０ 刀具结构及工艺

刀具典型结构如图１所示，主要有刀头、刀座和基座组成。连接方式为：基座直接焊接在铣刨鼓上，刀座通过螺钉紧固在基座的槽里，而刀头则通过涨簧插入刀座。刀头由刀尖、刀柄、垫片和涨簧组成（如图２）。

１．１刀头

由于要完成主要的切削任务，刀尖材料采用大颗粒的碳化钨合金，并由软性的钴金属将其连结在一起，硬度达到１４００ＨＶ以上，使其在高温、高冲击的情况下也拥有较好的抗折和耐磨性能。刀尖呈锥形，顶部直径小，确保切入地面时的锥入性能，减少切削阻力；刀尖底部直径大，提供对刀柄的保护。刀尖通过特别的金属钎焊连接在刀柄上，连接强度高，能承受施加在刀尖上，与刀柄成４５度方向的６吨力所产生的弯矩。

刀柄上下部分有着不同的力学性能，上半部要与路面和铣刨废料产生磨擦，所以需要很高的硬度，下半部的杆插入刀座内，需要能吸收铣刨过程中的冲击，所以韧性好。这样刀柄就需要具有双重性能：耐磨且抗折。中间存在一个退刀槽，可以利用卸刀钳将刀头从刀座中拔出（有的刀头没有退刀槽，使用刀头冲杆将其从后部冲出）。一些新型的刀头，刀柄头部还布有凹槽，增加了与地面摩擦过程中的旋转性能，防止偏磨。

垫片是由优质弹簧钢制成，形状类似碟簧，呈倒锥状。其用处有两个：首先减小刀座的磨损。工作时旋转的刀头如果直接安装在刀座上，势必给刀座带来严重磨损，而刀座的价格远高于刀头，所以要在这之间安装一个垫片，让刀头旋转时只与垫片发生摩擦，保护了刀座；其次，锥形的垫片与刀座的锥形定位面配合，保证工作时刀头在刀座中处于良好的对中状态，减少刀座孔的磨损。

涨簧由１．２ｍｍ优质弹簧钢制成，装入刀座后与刀座孔牢固张紧，且不会在铣刨过程中从刀座中脱出。铣刨过程中刀头需要能旋转，所以涨簧与刀柄之间有很大的径向间隙。其轴向固定是依靠刀柄和涨簧的Ｒ形槽配合形成。

１．２刀座

老式铣刨机采用的是焊接刀座，因其不易更换，现在大都采用快换型刀座，通过紧定螺钉固定于基座内。拧开螺钉，既可轻松拆下刀座。刀座安装面积大，有效地保护了基座并且减小应力。顶部开有两道环型槽，作为磨耗标志线，方便维护。

１．３基座

基座直接焊接在铣刨鼓上，除了安装其他刀具外，还有一个十分重要的作用——螺旋输料。宽大的基座在铣刨鼓上螺旋布置，形成了一道道的“螺旋叶片”。铣刨后的废料就是依靠转动的“螺旋叶片”，将其推到铣刨室的中间，再通过抛料板抛出。所以，基座的形状和布置直接影响到铣刨鼓的堆料以及收料效果，需要引起特别注意。

２．０刀具的使用及维护

２．１刀具与作业方式

简单看来，作业效率是和铣刨深度、前进速度有关。大铣深，全速前进好象是产量最大的时候，实则不然。因为铣深加大了，前进速度必然要降低。某２Ｍ铣刨机的铣深和前进速度如图３所示。此外，铣深大，前进速度小，则铣刨废料的粒径小，对刀具的磨损也就越严重，单把刀具的产量也就下降。图４表示的是某型号刀头的单把产量和铣深的关系。可见，有时候分层铣刨反而更经济。

２．２刀具的磨损

刀具，尤其是刀头，使用寿命很低，在破碎地面的过程中，与地面和废料产生剧烈摩擦，迅速磨损。沥青混凝土路面是用高稠度沥青为结合料，经高温加热与各种矿物质材料强制拌合、摊铺、碾压而成。沥青混凝土路面材料是混合材料，能谱分析知其主要构成元素是硅、钙、铝、碳、钾、铁等元素，其中含量较多的是硅和钙。构成的化学物质主要有石英 （ＳｉＯ）、方解石（ＣａＣＯ、白云石（ＣａＭｇ）（ＣＯ）、高岭土（ＡｌＯ、２ＳｉＯ、２ＨＯ）等。各种物质的结构形态及硬度见表１。

由表１可见，路面材料中含有硬度非常高的石英，硬度接近硬质合金。图５是硬质合金刀尖（ＷＣ－Ｃｏ）磨损的扫描电镜图。有明显的凹坑和有方向性划痕，这就是石英等硬质颗粒对合金刀尖产生的颗粒磨损。图６是使用４５＃钢制成的刀柄磨损后的扫描电镜图，靠近刀尖处有明显的划痕和犁沟。本应由碳化钨合金刀尖承当的切削任务，由于刀具的形状、安装位置以及恶劣的工况，造成刀柄部分与路面材料直接接触，发生摩擦磨损。由于刀柄本身材料硬度较刀尖低，所以往往先被磨蚀。通过以上分析可知，刀具的合理磨损主要发生在刀尖和刀柄的上部。为了使刀头磨损均匀，刀具在切入地面时，刀头轴线不在刀尖轨迹平面内，有一定的夹角，促使刀头在切入地面的同时在刀座孔内旋转，均匀磨损。正常的磨损过程如图７，此种磨损状况最大程度地延长了刀具的使用寿命。但是在实际施工过程中，刀头往往不能达到理想的磨损状态，产生以下非正常磨损，如图８所示。

图６ ４５＃钢刀柄磨损后的扫描电镜图

刀柄过度磨损 铣刨过软的路面材料或铣刨室堆料过多时容易产生这种情况。刀尖硬度有足够富余，连接刀尖的刀柄部分过度磨损，如不即时更换，磨损的刀柄不足以支撑刀尖切削而被折断，进而开始磨损刀座，对机器造成更大伤害。出现这种情况应立即检查输料带转速，如没有问题，则要更换刀头，使用刀尖底部直径较大的刀头，有效保护刀柄。

偏磨刀头在铣刨过程中没有旋转，仅在一侧产生磨损，则会造成偏磨。偏磨的成因比较复杂，可能有：洒水不够，导致刀具过热；刀座过度磨损；铣刨沥青含量高的黏性材料；使用轻型刀头；细小的铣刨废料进入刀柄与涨簧之间等。偏磨的刀头也需要立即更换。

刀尖崩裂在铣刨过程中突然遇到硬物，比如钢筋、窨井盖、大块水泥等，刀尖易崩裂。崩裂后的刀头极易磨损，应立即更换。

由以上分析可知，要减少刀具磨损，缩短停机时间，提高经济效益，需要做到：合理选用刀具，使刀具和发动机功率、铣刨路面的材料、铣深和前进速度相匹配；充分的洒水，降低刀头温度；高效的输料系统，减少铣刨室堆料等。

２．３刀具的更换

刀具更换的理由有两点。首先，随着刀尖的磨损，刀尖直径变大，导致切削能力降低，从而机器的作业效率也降低。其次，磨损的刀具导致刀尖切削圆直径不同，铣过的路面也不平整，机器的作业质量降低。虽然延迟刀具的更换，使其在磨损的状态下继续工作，可以节省刀头费用，但是磨钝了的刀头会降低工作速度，减少铣刨产量（如图７）。所以及时更换磨损的刀具是有利于提高经济效益的。

具体的更换时间是由操作手靠感觉机器的振动以及观察铣刨后的路面来判断刀具的磨损情况。当发现机器振动加大，铣刨后的路面凹凸不平时，需要停机检查刀头。发现上文所述的不正常磨损的刀头以及正常磨钝的刀头（见图７最右端刀头），就需要及时更换。更换时注意一定要使用铜锤敲入，防止合金刀头崩裂（见图８）。

刀座的更换需要根据刀座的磨损标志线来评估。当标志线被磨完时，就需要更换刀座。