一种大耕深旋耕刀表面喷涂重熔一体化加工方法技术

本发明专利技术公开了一种大耕深旋耕刀表面喷涂重熔一体化加工方法，该加工方法步骤为：对旋耕刀表面预处理至露出基体材料；安装旋耕刀并定位电弧喷枪和感应线圈；旋耕刀待喷涂的部位进行出油与清洗；能够沿着旋耕刀的设置方向行进的电弧喷枪利用压缩空气将熔化的材料雾化成微熔滴喷涂到旋耕刀的表面上形成致密的涂层，且涂层和旋耕刀的基体之间为机械结合状态；同时，能够沿着旋耕刀的设置方向行进的感应线圈对旋耕刀进行感应加热，利用涡流产生的热量瞬间熔化旋耕刀的涂层和基体表层，使旋耕刀上的机械结合状态形成冶金结合。本发明专利技术的加工方法通过构建表面喷涂

【技术实现步骤摘要】
一种大耕深旋耕刀表面喷涂重熔一体化加工方法


[0001]本专利技术涉及设备再制造
，具体地说是一种大耕深旋耕刀表面喷涂重熔一体化加工方法。

技术介绍

[0002]旋耕刀一般是在含有农药、化肥或者是一些潮湿，有腐蚀性的环境中作业，并与土壤中的碎石或作物残渣等发生摩擦，并伴随着振动，冲击等，磨损是导致旋耕刀失效的主要原因之一。有学者提出利用表面强化技术制造大耕深耕刀代表性的有：表面激光冲击强化、表面渗铬。文献(赵荔等.大耕深旋耕刀激光冲击强化后的表面性能[J].扬州大学学报(自然科学版)，2014，17(03)：36
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40)披露了激光强化主要用于防止表面应力集中，但对旋耕刀工件耐磨性的提升作用有限；而文献(赵玉凤等.旋耕刀用65Mn钢表面渗铬工艺优化及其耐磨性研究[J].农机化研究，2012，34(10)：156
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160)披露了旋耕刀工件表面渗铬形成的硬质表层薄，制备的时间较长(9h)，实际应用也很困难。近年来，表面涂层技术受到了越来越多的关注，其在耐磨表面制备领域的应用也越来越广泛。文献(万伟伟等.走向人工智能时代的热喷涂技术发展现状与趋势[J].粉末冶金工业，2021，31(04)：94
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99)披露了典型涂层技术有：基于激光、等离子体喷涂、冷喷涂、超音速火焰喷涂、电弧的熔覆、堆焊、喷涂等。
[0003]近年来，电弧喷涂技术得到了迅速的发展，通过电弧喷涂技术可获得光滑、致密、结合强度高的高质量涂层，据统计，在所有的热喷涂技术中，电弧喷涂应用的市场份额已接近第三位。随着电弧喷涂技术的发展，电弧喷涂丝材的种类越来越多，如复合丝、巴氏合金丝、铝青铜丝等，因此涂层的抗氧化性、隔热性、导电性和耐磨性也逐渐有了一个相对完整的体系，大大提高了涂层的性能。
[0004]电弧喷涂是以电弧为热源，利用两根连续供电的金属丝之间的电弧燃烧来使金属熔化，然后利用压缩空气将熔化的材料雾化成微熔滴，喷涂到工件表面形成涂层。电弧喷涂技术的缺点主要有：喷涂过程中一些粉末状颗粒不可能全部融化，导致颗粒撞击到基体材料表面时变形不足，在冷却和凝固之后，粒子之间不可避免地会出现空隙或空穴，这会降低涂层的性能。另外，涂层与基体之间的结合主要是机械结合(具有一定动能的熔滴碰撞到经过粗糙处理的基材表面后与表面上的凸起和凹陷处形成的机械咬合)，结合强度不是很高，加之涂层制备过程中粒子的快速冷却和较大的温度梯度通常会造成涂层内部残余拉应力的产生，因此该技术方法的工件界面和孔隙缺陷、抗旋耕冲击性能有限的问题已成为业内共识。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种大耕深旋耕刀表面喷涂重熔一体化加工方法，该加工方法可实现电弧喷涂和感应重熔的同步加工，能够实现旋耕刀工件涂层与基体之间的冶金结合，减少涂层内部热应力和降低能耗量。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案解决的：
[0007]一种大耕深旋耕刀表面喷涂重熔一体化加工方法，其特征在于：该加工方法步骤为：
[0008]A、对旋耕刀表面预处理，去除表面的氧化物、露出基体材料；
[0009]B、将旋耕刀装在变位机夹爪上、并将高速电弧喷涂装置中的电弧喷枪的喷嘴朝向旋耕刀且感应重熔装置中的感应线圈套置在旋耕刀上；
[0010]C、对露出基体材料的旋耕刀待喷涂的部位进行出油与清洗，保证旋耕刀表面充分洁净；
[0011]D、能够沿着旋耕刀的设置方向行进的电弧喷枪利用压缩空气将熔化的材料雾化成微熔滴喷涂到旋耕刀的表面上形成致密的涂层，且涂层和旋耕刀的基体之间为机械结合状态；
[0012]E、在电弧喷枪喷涂的同时，能够沿着旋耕刀的设置方向行进的感应线圈对旋耕刀进行感应加热，利用涡流产生的热量瞬间熔化旋耕刀的涂层和基体表层，使旋耕刀上的机械结合状态形成冶金结合。
[0013]所述步骤B中的变位机夹爪能够根据需要带动旋耕刀在步骤D中和/或步骤E中进行旋转。
[0014]所述步骤B中和步骤D中的电弧喷枪分别通过正极线材、负极线材对应连接电弧电源的正极和负极，当正极线材和负极线材的端部相互接触时，产生的电弧瞬间熔融线材端部。
[0015]所述步骤B中和步骤E中的感应线圈安装于线圈安装座上并与感应电源相连接。
[0016]所述步骤B中的高速电弧喷涂装置和感应重熔装置皆设置在三维导向装置的活动末端上；或者所述步骤B中的高速电弧喷涂装置设置在三维导向装置的活动末端上且所述步骤B中的感应重熔装置设置在工业机器人的机械臂末端上，三维导向装置和工业机器人能够相互配合，使得高速电弧喷涂装置的电弧喷嘴和感应重熔装置的感应线圈能够沿着旋耕刀的设置方向同步行进。
[0017]所述步骤B中和步骤D中的电弧喷枪通过喷枪接头安装于数控机床的主轴上，并对旋耕刀进行电弧喷涂操作，电弧喷枪的位置用三维矢量函数p(t)表示：
[0018]p(t)＝[p
x
(t),p
y
(t),p
z
(t)]T
[0019]式中，p(t)为t时刻喷枪在空间笛卡尔直角坐标系中的位置；p
x
(t)为t时刻喷枪在空间笛卡尔直角坐标系中的X轴的位置；p
y
(t)为t时刻喷枪在空间笛卡尔直角坐标系中的Y轴的位置；p
z
(t)为t时刻喷枪在空间笛卡尔直角坐标系中的Z轴的位置；t为喷涂时刻，T为涂层厚度。
[0020]所述步骤B中和步骤E中的感应线圈通过线圈安装座连接于工业机器人的机械臂末端上，在电弧喷涂的同时感应线圈伴随工业机器人的路径规划对旋耕刀进行感应熔覆操作，感应线圈的空间姿态用三维矢量函数o(t)表示：
[0021]o(t)＝[o
x
(t),o
y
(t),o
z
(t)]T
[0022]式中，o(t)为t时刻伴随工业机器人工作的感应线圈在空间笛卡尔直角坐标系中的旋转角度；o
x
(t)为t时刻伴随工业机器人工作的感应线圈在空间笛卡尔直角坐标系中的X轴上的旋转角；o
y
(t)为t时刻伴随工业机器人工作的感应线圈在空间笛卡尔直角坐标系中的Y轴上的旋转角；o
z
(t)为t时刻伴随工业机器人工作的感应线圈在空间笛卡尔直角坐
标系中的Z轴上的旋转角。
[0023]所述的数控机床与工业机器人之间由一根网线连接，在数控机床的控制系统中输入快速指令代码操作工业机器人，数控机床与工业机器人通过显示界面相互确定对方状态，由此来实现电弧喷涂与感应重熔同时工作且不干涉的加工操作；通过工业机器人上的感应线圈空间笛卡尔直角坐标系中的旋转角度参数可建立旋转矩阵，通过运算即可将固定坐标系转换为旋转坐标系，最终得到喷枪位姿总矢量函数a(t)为：
[0024]a(t)＝[p(t)o(t)]T
[0025]式中，a(t)为t时刻喷枪的位姿矢量。
[0026]所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大耕深旋耕刀表面喷涂重熔一体化加工方法，其特征在于：该加工方法步骤为：A、对旋耕刀表面预处理，去除表面的氧化物、露出基体材料；B、将旋耕刀装在变位机夹爪上、并将高速电弧喷涂装置中的电弧喷枪的喷嘴朝向旋耕刀且感应重熔装置中的感应线圈套置在旋耕刀上；C、对露出基体材料的旋耕刀待喷涂的部位进行出油与清洗；D、能够沿着旋耕刀的设置方向行进的电弧喷枪利用压缩空气将熔化的材料雾化成微熔滴喷涂到旋耕刀的表面上形成致密的涂层，且涂层和旋耕刀的基体之间为机械结合状态；E、在电弧喷枪喷涂的同时，能够沿着旋耕刀的设置方向行进的感应线圈对旋耕刀进行感应加热，利用涡流产生的热量瞬间熔化旋耕刀的涂层和基体表层，使旋耕刀上的机械结合状态形成冶金结合。2.根据权利要求1所述的大耕深旋耕刀表面喷涂重熔一体化加工方法，其特征在于：所述步骤B中的变位机夹爪能够根据需要带动旋耕刀在步骤D中和/或步骤E中进行旋转。3.根据权利要求1所述的大耕深旋耕刀表面喷涂重熔一体化加工方法，其特征在于：所述步骤B中和步骤D中的电弧喷枪分别通过正极线材、负极线材对应连接电弧电源的正极和负极，当正极线材和负极线材的端部相互接触时，产生的电弧瞬间熔融线材端部。4.根据权利要求1所述的大耕深旋耕刀表面喷涂重熔一体化加工方法，其特征在于：所述步骤B中和步骤E中的感应线圈安装于线圈安装座上并与感应电源相连接。5.根据权利要求1所述的大耕深旋耕刀表面喷涂重熔一体化加工方法，其特征在于：所述步骤B中的高速电弧喷涂装置和感应重熔装置皆设置在三维导向装置的活动末端上；或者所述步骤B中的高速电弧喷涂装置设置在三维导向装置的活动末端上且所述步骤B中的感应重熔装置设置在工业机器人的机械臂末端上，三维导向装置和工业机器人能够相互配合，使得高速电弧喷涂装置的电弧喷嘴和感应重熔装置的感应线圈能够沿着旋耕刀的设置方向同步行进。6.根据权利要求1
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5任一所述的大耕深旋耕刀表面喷涂重熔一体化加工方法，其特征在于：所述步骤B中和步骤D中的电弧喷枪通过喷枪接头安装于数控机床的主轴上，并对旋耕刀进行电弧喷涂操作，电弧喷枪的位置用三维矢量函数p(t)表示：p(t)＝[p
x
(t),p
y
(t),p
z
(t)]
T
式中，p(t)为t时刻喷枪在空间笛卡尔直角坐标系中的位置；p
x
(t)为t时刻喷枪在空间笛卡尔直角坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈吉朋，王计安，张雨秋，汪亚东，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：