一種仿竹耐磨表面的製作方法

2023-12-04 02:03:11 3

專利名稱：一種仿竹耐磨表面的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種仿竹耐磨表面，更具體的說，本實用新型涉及一種用以提高農業機械觸土部件耐磨性能和使用壽命的仿生耐磨表面。
背景技術：
隨著農業機械化的快速發展,耕作速度大大提高,耕作環境越來越複雜，對於耕作工具性能，尤其是觸土耕作部件的性能提出了越來越高的要求。農業機械觸土部件在耕作過程中主要的失效形式是磨損失效，因此提高農業機械觸土部件的耐磨性，從而延長部件的使用壽命，降低頻繁更換部件所帶來的成本成為農業機械觸土部件研究領域的重要課
題。 在提高觸土部件的耐磨性，降低生產成本和耕作阻力等方面，國內外均有專利報導。目前，專利成果主要集中在新材料應用和仿生技術應用兩個方面。採用耐磨材料生產農業機械觸土耕作部件，採用新型加工處理技術對農業機械觸土耕作部件進行處理都可以明顯提高部件的耐磨性和使用壽命I、中國專利申請號為=01133458. 4，公告日為2005. 01. 26，發明名稱為「仿生非光滑耐磨複合塗層及其製備方法」公開了一種非光滑耐磨複合塗層以多元銅基釺料作粘結合金，將增強耐磨硬質點顆粒與基體鋼連接，在基體鋼的表面形成一非光滑耐磨複合塗層，多元銅基釺料的成分為鋅，錳，鎳，錫，矽，稀土，餘量銅；釺劑的成分為硼酸與硼砂的混合物，並加入少量氟化物；增強耐磨硬質點顆粒的成分為碳化物，粒度為50 100目，加入總量在20 80Wt%。非光滑耐磨複合塗層的製備方法將多元銅基釺料按上述組成成分的配製冶煉後，製成顆粒大小為20 80目粉末，按質量百分比30 70%與20 80%的碳化鎢、碳化鈦、碳化矽中的一種、二種或三種以及釺劑I 3均勻混合，通過加熱多元銅基釺料和釺劑熔化後，多元銅基釺料將硬質點釺焊在基體碳鋼表面形成一非光滑耐磨複合塗層。以提高出土機械部件的耐磨性。2、中國專利，公告日為1994.01.26，申請號91106940. 2，發明名稱為「高壽命採掘元件耐磨材料及其製造方法」公開了了一種耐磨材料，用於農業、礦山、國防等工程機械中採掘元件的加工，以一般鋼材為母材，表面噴焊一層過渡層和一層耐磨層，過渡層含Cr、B、Si、Ni組份，耐磨層為WC和粘接金屬的融熔物，其中WC含量50 70%，粘結金屬含Cr、B、Si、Cu、Ni 組分。仿生學研究表明，動植物經過億萬年的進化，已經具有了適應不同環境的結構和功能，在農業機械領域，受到土壤動物特點的啟發，對土壤動物挖掘器官及挖掘動作的分析，採用模擬典型土壤動物的形態學特徵和生物特性的方法，開發出的仿生農業機械觸土部件在減阻減磨方面取得了明顯的效果I、申請號為:201010166033. 5，公告日為2010. 09. 22，發明名稱為「一種具有耐
磨幾何結構表面的錐形觸土部件」公開了一種具有耐磨幾何結構表面的錐形觸土部件，該部件由基體和基體表面分布的仿生幾何結構單元組成，所述的仿生幾何結構單元包括凸包型、凹坑型、環形凸肋條型、環形凹肋條型、螺旋凸包型、螺旋凹坑型、螺旋凸肋條型和螺旋凹肋條型。2、申請號為200810050347. 1，公告日為2010. 03. 17，發明名稱為「稜紋型仿生耐磨結構表面」公開了一種仿生耐磨結構表面，特別是涉及一種稜紋型仿生耐磨幾何結構表面。該實用新型是基於土壤洞穴動物穿山甲的鱗片表面具有耐土壤磨料磨損的幾何結構特徵，其目的是解決現有的與散體物料接觸部件的磨損問題。該仿生耐磨結構表面是將原有設備或構件與接觸物料的表面改變結構，在表面上增設一系列的具有一定幾何參數和間距的稜紋形結構。其仿生耐磨結構形狀為y = asin(bx+c)。其中,a_振幅,b_頻率,c_初相位，O < a < 12mm, O ^ bx_c ^ π , O ^ x ^ 20mm。稜紋間距0 < L < 30mm。3、申請號為201010166033. 5，公告日為2009. 12. 16，實發明名稱為「仿生減阻起壟器鏟面及其設計方法」。創造描述了一種仿生減阻起壟器鏟面，其特徵在於該鏟面為以y=-0. 0148x2+0. 86563X-1. 51為脊線，y=-0. 0054Z2+30. 49為素線，素線沿脊線所形成的曲面。 比較已報導專利可知，已有通過應用新材料，新加工技術提高農業機械觸土部件耐磨性及使用壽命的專利報導，同時也有通過對土壤動物的形態學特徵和生物特性進行分析模擬所研製的仿生耐磨結構或仿生耐磨表面用於農業機械觸土耕作部件的專利申請公開。但目前通過對植物結構進行分析模擬所設計的仿生耐磨結構還未見公開。竹同時具有中空結構和纖維增強結構，具有良好的機械性能，此外，實驗研究表明，竹具有良好的耐磨性能和脫附性能。本實用新型通過對竹微觀結構的分析研究，設計了一種仿竹耐磨表面，用以提高農業機械觸土部件的耐磨性和使用壽命。
發明內容本實用新型的目的是為了提高農業機械觸土耕作部件的耐磨性及使用壽命，降低耕作部件頻繁更換所帶來的成本，而提供一種仿竹耐磨表面。竹同時具有中空結構和纖維增強結構，具有良好的機械性能，此外，實驗研究表明，竹具有良好的耐磨性能和脫附性能。本實用新型通過對竹微觀結構的分析研究，提供一種仿竹耐磨表面，用以提高農業機械觸土部件的耐磨性和使用壽命。這種仿竹耐磨仿生表面是由一種仿竹纖維截面結構的耐磨仿生表面凸起及仿生凸起的特定排列方式共同組成的。本實用新型為農業機械觸土部件設計了一種仿竹耐磨仿生表面。通過對竹纖維微觀結構，排列方式以及耐磨和脫附機制的分析，設計了一種仿竹纖維截面形狀的耐磨仿生凸起，同時依據竹纖維在竹中得分布方式，設計了耐磨仿生凸起的排列方式。本實用新型為仿竹截面纖維的柱狀仿生凸起結構，仿生凸起結構中心有半球狀凹坑，凹坑半徑為r, Imm (τ ( 5mm,仿生凸起結構的外輪廓滿足以下數學表達式{x-rf+y2 =R2 M[P1j^^-<x<(r + R)
(x + rf+y2=R2 其中—(r + /e)<A.<_^^I x2+(y-rf=R2 其中> +i )
x2+(y + r)2=R2 ^-(r + R)<y<-^r+^}其中的X和y為二維坐標系中的X軸和y軸。其中R為外廓線半徑，5r，外輪廓線中心位於仿生凸起中結構心的半球狀凹坑邊緣，仿生凸起高為H，H<5mm ；所述耐磨仿生凸起結構的排列方式是相鄰仿生凸起結構按照菱形方式排列，菱形排列中較小夾角角度為Θ，30°〈 Θ〈60°，相鄰仿生凸起結構間距離為L，仿生凸起結構間距L與仿生凸起結構聞度H滿足以下關係
·[0020]10 < — < 20
H菱形排列中較長的對角線與滑動方向一致。上述耐磨仿生凸起結構與仿生凸起結構的排列方法共同組成了本實用新型所述的一種仿竹耐磨表面。本實用新型與現有技術相比的有益效果是本實用新型所述的一種仿竹耐磨表面是針對於農業機械觸土耕作工作部件的磨損問題，通過對竹纖維結構和排列方式的模仿，形成了具有良好耐磨性和脫附性能的仿竹耐磨表面。實驗結果表明，採用本實用新型所設計的仿竹耐磨表面的農業機械觸土耕作部件與同類光滑表面部件相比，作業過程中的阻力沒有明顯增加，耐磨性平均增加4 7%，脫附能力顯著增加。

圖I為竹材截面磨損表面顯微照片。圖2、圖3為本實用新型的仿生凸起結構示意圖。其中，圖2是俯視圖，圖3是主視圖。圖4為本實用新型的仿生凸起結構的排列方式示意圖。圖5、圖6和圖7為實用新型應用於開溝器的示意圖。其中圖5是主視圖，圖6是左視圖，圖7是俯視圖。
具體實施方式
本實用新型依據竹的耐磨特性和結構特點設計了一種仿竹仿生耐磨表面。竹具有良好的機械性能，這得益於竹的中空結構和纖維增強結構，同時，研究表面，竹的纖維增強結構使竹具有良好的耐磨性和脫附性能，因此此種結構適合於應用在農業機械觸土部件的仿生耐磨表面設計領域。對竹磨損面的纖維結構分析發現，對耐磨性能起重要作用的竹纖維呈規則的對稱形狀，中心存在凹坑結構，竹纖維在竹中呈菱形分布，如圖I所示。同時實驗表明，竹纖維中心的凹坑結構可以明顯降低竹在與土壤的磨損過程中土壤的粘附作用，提高竹的脫附性能。本實用新型結合竹纖維的微觀結構和竹纖維在竹中得分布方式設計了用於農業機械觸土部件表面的仿竹耐磨表面，包括仿竹纖維結構的仿生凸起結構及仿生凸起結構的排列方法。本實用新型仿照竹纖維的截面形狀輪廓設計了耐磨仿生凸起結構，仿生凸起結構為仿竹截面纖維的柱狀仿生凸起結構，仿生凸起結構I中心有半球狀凹坑2，凹坑2半徑為r, Imm彡r彡5mm,仿生凸起結構I的外輪廓滿足以下數學表達式
權利要求1.一種仿竹耐磨表面，其特徵在於其為仿竹截面纖維的柱狀仿生凸起結構，仿生凸起結構中心有半球狀凹坑，凹坑半徑為r, Immi^ r ( 5mm,仿生凸起結構的外輪廓滿足以下數學表達式 (x-i) +y2 = R1 其中 {x + r)1 + y2 =R2 其中-(r + i )<x< x2 + (y-rf = Rl 其中」(r+f) 二 <}；<(r + jr) X2+(y + rf = R2 其中—0 + 7 )<y 其中的X和y為二維坐標系中的X軸和I軸； 其中R為外廓線半徑，r < R ( 5r，外輪廓線中心位於仿生凸起中結構心的半球狀凹坑邊緣，仿生凸起高為H，H<5mm ； 所述相鄰仿生凸起結構按照菱形方式排列。
2.根據權利要求I所述的一種仿竹耐磨表面，其特徵在於所述的菱形排列中較小夾角角度為Θ，30°〈 Θ〈60°，相鄰仿生凸起結構間距離為L，仿生凸起結構間距L與仿生凸起結構高度H滿足以下關係 10< —<20 H 菱形排列中較長的對角線與滑動方向一致。
專利摘要本實用新型公開了一種仿竹耐磨表面，其為仿竹截面纖維的柱狀仿生凸起結構，仿生凸起結構中心有半球狀凹坑，凹坑半徑為r，1mm≤r≤5mm，仿生凸起結構的外輪廓滿足以下數學表達式其中的x和y 代表二維坐標系中的x軸和y軸；R為外廓線半徑，r≤R≤5r，外輪廓線中心位於仿生凸起中結構心的半球狀凹坑邊緣，仿生凸起高為H，H<5mm；所述相鄰仿生凸起結構按照菱形方式排列；本實用新型具有良好耐磨性和脫附性能。
文檔編號B32B3/30GK202663766SQ20122034084
公開日2013年1月16日 申請日期2012年7月13日 優先權日2012年7月13日
發明者賈洪雷, 莊健, 範旭輝, 馬雲海, 齊江濤, 劉春喜 申請人:吉林大學