CN108425086A - 生产自刃型刀具的表面喷涂加工方法及喷涂模板 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种生产自刃型刀具的表面喷涂加工方法及其喷涂模板，所述方法控制从刃口处往里的不同耐磨性材料的喷射密度分布，使得刃口往里，低耐磨性材料比率逐渐变小，高耐磨性材料比率逐渐变大，进而实现涂层耐磨性的逐步变化。在使用中，由于涂层的耐磨性由刃口往里逐渐增强，从而使得磨损量逐渐减少，进而实现自刃效果。

Description

生产自刃型刀具的表面喷涂加工方法及喷涂模板

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，具体涉及表面喷涂加工方法。

背景技术

大型联合收割机、伐木机、旋耕机等，其刀具由于工作环境恶劣，长期承受湿热的工作环境，因此刀具是重要的农机耗材。目前的刀具普遍通过热处理、渗氮处理等后处理，其表面硬度较高，可以达到一定的耐磨性及使用寿命。但是，仅仅通过热处理、渗氮处理等，其对农机刀具表面的硬度及耐磨性提高具有均一性（即对农机表面各处的硬度及耐磨性提高效果是相同的），从而导致农机刀具在使用过程中，一旦刀刃磨损，钝化后只能报废，这对于刀具本体来说是一个巨大的浪费。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种能够实现刀具自刃效果的加工方法（即刀具始终保持自锋利状态）及自刃型刀具。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

本发明首先提供一种生产自刃型刀具的表面喷涂加工方法，其特征在于采用不同耐磨性材料进行喷涂，所述耐磨性材料的耐磨性均高于刀刃本体的耐磨性，控制不同耐磨性材料在刀刃区由刃口往里的喷射密度分布，使刃口往里，低耐磨性材料比率逐渐变小，高耐磨性材料比率逐渐变大，实现涂层的耐磨性由刃口往里逐渐增强，使用过程刀刃磨损量由刃口往里逐渐减少，实现自刃效果。

本发明进一步提供用于生产自刃型刀具的表面喷涂加工方法的喷涂模板，其特征在于包括用于喷涂高耐磨性材料的高耐磨性材料喷涂模板和用于喷涂低耐磨性材料的低耐磨性材料喷涂模板，高耐磨性材料喷涂模板从刀刃往里的方向设置有喷涂面积从小到大渐变的孔洞， 低耐磨性材料喷涂模板从刀刃往里的方向设置有喷涂面积从大到小渐变的孔洞。

本发明最后提供一种自刃型刀具，包括刀刃区及刀背区，其特征在于，刀刃区具有梯度涂层，涂层的耐磨性从刃口往里逐渐升高，且涂层的耐磨性高于刀刃本体的耐磨性。

本发明的有益效果：本发明生产自刃型刀具的表面喷涂加工方法，通过控制从刃口处往里的不同耐磨性材料的喷射密度分布，使得刃口往里，低耐磨性材料比率逐渐变小，高耐磨性材料比率逐渐变大，进而实现涂层耐磨性的逐步变化。由于涂层的耐磨性由刃口往里逐渐增强，刀具表面形成梯度耐磨涂层，在使用中，刃口往里磨损量逐渐减少，实现刀具的自刃效果，而且刀具可以多次回收喷涂使用，所以本发明可以明显增大刀具的使用寿命，减少使用成本，有利于减少产品报废量，有利于环境保护。

附图说明

图1是自刃型刀具示意图；

图2是刀具耐磨性能示意图；

图3是自刃原理图；

图4是高耐磨性材料喷涂模板示意图；

图5是低耐磨性材料喷涂模板示意图；

图6是过渡层喷涂模板示意图；

图7是本发明加工方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细描述。本具体实施例以超音速火焰喷涂为手段，实现农机刀具自刃效果。但本发明生产自刃型刀具的表面喷涂加工方法不限于采用超音速火焰喷涂，也不限于农机刀具。

1.自刃型刀具的设计思路及自刃原理

如图1所示为刀具的组成，分为刀刃区及刀背区。本实施例的实现思路是在刀刃区域，从外侧A向里侧B建立一个梯度涂层，涂层的耐磨性从A到B逐渐升高，并且涂层的耐磨性高于刀刃本体的耐磨性，如图2所示。

有了上述的基本结构以后，刀具在实际使用过程中，在承受相同的工作环境下，由A至B，由于A的耐磨性逐渐增大，所以在工作过程中，由A至B的磨损量是逐渐递减的，从而实现刀具的自刃效果。

如图3所示为使用过程中，刀具的自刃磨损示意图。首先在刀刃表面利用超音速火焰喷涂，喷涂一层耐磨涂层，涂层的耐磨性由A到B逐渐增加。

在使用过程中，由A至B的区域，靠近A侧磨损较快，靠近B侧磨损较慢，因此，可以保持自刃效果。当刃尖区域的涂层磨损完毕后，刀刃的本体会露出，此时继续使用，由于刀刃本体的耐磨性小于涂层的耐磨性，所以刀刃的磨损会大于涂层的磨损，从而继续实现自刃效果，直到刀刃本体露出部位磨损完毕。

因此，在使用过程中，刀刃本体的露出和磨损消失是交替发生的，而且无论是刀刃本体露出前，或者刀刃本体露出后直到磨损消失的过程中，刀刃的自刃过程是始终存在的，因此，通过上述方式，可以实现刀具的全程自刃效果。

2.变耐磨性涂层的超音速火焰喷涂实现方法

为了实现图3中，由A至B的涂层的耐磨性逐渐增加，本实施例采用多次反复喷涂、专用喷涂模板引流的方式来实现。接下来具体介绍其实现形式。

（1）专用喷涂模板

如图4-6所示为本发明喷涂模板示意图。喷涂模板主要功能是控制涂层材料在刀具表面不同位置的喷射面积，进而建立由A到B的变耐磨性的梯度涂层，模板形状与刀具形状相似，长宽是刀具长宽的1.5倍。本实施例采用两种耐磨性材料进行喷涂，一种是高耐磨性的材料，这里简称G，另外一种是低耐磨性的材料，这里简称L。（这里的“高耐磨性”、“低耐磨性”仅仅代表两种材料耐磨性的比较，本领域技术人员完全能够对耐磨性材料做出合理的选择，比如高耐磨性材料可以选择Ni60B+45%WC，低耐磨性材料可以选择Ni60B+25%WC），如果材料L和G硬度差别较大，或者耐磨性相差较大，也可以添加过渡层材料M（过渡层材料M的耐磨性介于L和G中间，比如上例情况下，M可以选择Ni60B+35%WC）。

喷涂模板为耐高温合金定制，上面挖有如图所示顺序排列的孔洞，孔洞的尺寸及数量可以灵活变化。为了实现梯度涂层，高耐磨性材料喷涂模板从刀刃往里的方向设置有喷涂面积从小到大渐变的孔洞， 低耐磨性材料喷涂模板从刀刃往里的方向设置有喷涂面积从大到小渐变的孔洞，而过渡层材料喷涂模板从刀刃往里的方向设置有喷涂面积相等的孔洞。喷涂时，材料通过孔洞粘附在刀具表面，而被隔板隔开部分将不会喷到。通过这种结构，可以控制刀具A侧至B侧，不同部位的喷射密度，从而实现材料的引流效果。

（2）喷涂过程

首先将低耐磨性材料喷涂模板放置在刀具上，采用超音速火焰喷涂方法将低耐磨性材料L喷涂至刀具表面，随后，将低耐磨性材料喷涂模板撤下；将高耐磨性材料喷涂模板放置在刀具上，采用超音速火焰喷涂将高耐磨性材料G喷涂至刀具表面上，随后，将高耐磨性材料喷涂模板撤下；此时，在刀具表面将会实现靠近A侧，低耐磨性材料喷射密度较大，高耐磨性材料喷射密度较少，而靠近B侧，低耐磨性材料喷射密度较小，高耐磨性材料喷射密度较大的效果，并且耐磨性从A到B基本是逐渐过度的，但是，仍然会有部分区域无法喷射到，为了解决该问题，本发明采用模板移动、多次喷射的方式解决。

即分别使用高、低耐磨性材料喷涂模板喷射后，将模板以0.15R（这里以0.15R为例，步长可调）的步进长度沿刀具长度方向进行横移，横移后重复按照上述方式喷射，喷射7次，可以实现一轮全覆盖。这里的R为上述模板最大圆的半径。具体的步进长度以及喷射的循环次数与具体的使用要求有关，可以进行适应性调整。

（3）后续热处理

超音速火焰喷涂后，需要对刀具进行后续热处理，一方面去除应力，另一方面可以增加材料G和材料L的互相扩散，使得耐磨性的过度更加平滑。

以下2点需要补充说明：

1、通过上述方式，可以实现从A到B涂层材料耐磨性的逐渐过渡升高。对于耐磨性变化要求较大的特殊使用要求，也可以使用2种以上耐磨性材料（例如材料L和材料G的硬度差别较大，可以在中间增加一层过渡层材料M）。

2、喷涂模板孔洞的形状的设计思想是一侧面积大，另外一侧面积小，中间平缓过渡，孔洞的形状可以变化。

本实施例具体实施步骤如图7：

步骤一：根据刀具形状，制作喷涂模板；

步骤二：根据使用要求，确定耐磨性材料的种类及是否使用中间过渡层；

步骤三：刀具预热；

步骤四：将低耐磨性材料喷涂模板放置在刀具上，将低耐磨性材料透过模板喷涂到刀具上；

步骤五：将过渡层材料喷涂模板放置在刀具上，采用超音速火焰喷涂将过渡层材料M透过模板喷涂到刀具上；（如果只使用两种材料喷涂，则省略本步骤）

步骤六：将高耐磨性材料喷涂模板放置在刀具上，将高耐磨性材料透过模板喷涂到刀具上；

步骤七：判断喷涂次数是否达到目标要求次数，如果未达到，进入步骤八，如果达到，进入步骤九；

步骤八：将喷涂模板沿着刀具长度方向横移一个步长，再次顺序执行步骤四~步骤七，直到达到喷涂目标要求次数。

步骤九：刀具后续热处理。

Claims (9)

1.一种自刃型刀具，包括刀刃区及刀背区，其特征在于，刀刃区具有梯度涂层，涂层的耐磨性从刃口往里逐渐升高，且涂层的耐磨性高于刀刃本体的耐磨性。

2.一种生产自刃型刀具的表面喷涂加工方法，其特征在于采用不同耐磨性材料进行喷涂，所述耐磨性材料的耐磨性均高于刀刃本体的耐磨性，控制不同耐磨性材料在刀刃区由刃口往里的喷射密度分布，使刃口往里，低耐磨性材料比率逐渐变小，高耐磨性材料比率逐渐变大，实现涂层的耐磨性由刃口往里逐渐增强，使用过程刀刃磨损量由刃口往里逐渐减少，实现自刃效果。

3.如权利要求2所述的生产自刃型刀具的表面喷涂加工方法，其特征在于具体包括如下步骤：

步骤一：根据刀具形状，制作喷涂模板；

步骤二：根据使用要求，确定耐磨性材料的种类；

步骤三：刀具预热；

步骤四：将低耐磨性材料喷涂模板放置在刀具上，将低耐磨性材料透过模板喷涂到刀具上；

步骤五：将高耐磨性材料喷涂模板放置在刀具上，将高耐磨性材料透过模板喷涂到刀具上；

步骤六：判断喷涂次数是否达到目标要求次数，如果未达到，进入步骤七，如果达到，进入步骤八；

步骤七：将喷涂模板沿着刀具长度方向横移一个步长，再次顺序执行步骤四~步骤六，直到达到喷涂目标要求次数；

步骤八：刀具后续加热。

4.如权利要求3所述的生产自刃型刀具的表面喷涂加工方法，其特征在于步骤一还包括制作过渡层材料喷涂模板，步骤四和步骤五之间还包括如下步骤：将过渡层材料喷涂模板放置在刀具上，将过渡层材料透过模板喷涂到刀具上。

5.如权利要求3所述的生产自刃型刀具的表面喷涂加工方法，其特征在于所述高耐磨性材料喷涂模板从刀刃往里的方向设置有喷涂面积从小到大渐变的孔洞，低耐磨性材料喷涂模板从刀刃往里的方向设置有喷涂面积从大到小渐变的孔洞。

6.如权利要求4所述的生产自刃型刀具的表面喷涂加工方法，其特征在于所述过渡层材料喷涂模板从刀刃往里的方向设置有喷涂面积相等的孔洞。

7.用于权利要求2所述生产自刃型刀具的表面喷涂加工方法的喷涂模板，其特征在于包括用于喷涂高耐磨性材料的高耐磨性材料喷涂模板和用于喷涂低耐磨性材料的低耐磨性材料喷涂模板，高耐磨性材料喷涂模板从刀刃往里的方向设置有喷涂面积从小到大渐变的孔洞， 低耐磨性材料喷涂模板从刀刃往里的方向设置有喷涂面积从大到小渐变的孔洞。

8.如权利要求7所述的喷涂模板，其特征在于还包括过渡层材料喷涂模板，用于在高耐磨性材料涂层和低耐磨性材料涂层之间喷涂过渡层材料，所述过渡层材料喷涂模板从刀刃往里的方向设置有喷涂面积相等的孔洞。

9.如权利要求7或8所述的喷涂模板，其特征在于采用耐高温合金材料制成，形状与刀具形状相似。