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等离子工艺应用农机刀具的优越性及经济性分析
编辑:上海多木实业有限公司   时间:2019-06-04

摘要:土壤耕作部件磨损严重一直是函待解决的技术难题。耕作部件的磨损会导致土壤耕深减少,牵引阻力增加和工作效率降低,拖拉机燃油消耗增加等问题。提高部件的耐磨性刻不容缓,上海本希企业结合中国材料科研机构针对农机耕作部件防止零件磨损进行深入研究,开发出一款实用、先进、高效,节能的农机刀片表面合金化等离子堆焊设备。

 1 农机耕作部件磨损严重

    耕地是指在种植后或休闲的土地上对土壤进行翻耕、疏松、恢复团粒结构的最初作业,为播种、栽植的苗床做准备。耕地是农业生产作业中消耗能量最大的环节。土壤耕作机械是对耕作层土壤进行加工整理的农业机械,主要完成耕翻、深松和旋耕等作业项目,包括桦式犁、圆盘犁、深松机、旋耕机等。

    土壤耕作部件磨损严重一直是函待解决的技术难题。磨损作为农机耕作部件失效的主要原因,已造成巨大的经济损失。据统计,美国每年因磨损造成的经济损失高达1000亿美元,材料消耗约200亿美元,相当于材料的年产量的7%;以犁桦、耙片、旋耕机刀片、收割机刀片、棉花采摘机刀片、颗粒饲料模、粉碎机锤片以及螺旋杆的螺杆等为主的农机易损件,每年消耗钢材约为150~200万t,占我国钢铁产量的0.4%~0.5%,折合人民币约70亿元,磨损造成的经济损失估计超过150亿人民币,还消耗1/3的总能源。

    耐磨材料及表面工程技术发展以来,在航空航天和工业领域的研究和应用较多,而在农业领域应用较少。我国属于典型的农业大国,农业装备每年因摩擦学问题而导致的损失不容忽视。根据调查显示,我国农业装备行业采用先进的摩擦学技术,每年可以节约资金13.96亿元。

    农机耕作部件的磨损以磨粒磨损为主。土壤中硬的颗粒或突起物在摩擦过程中,由于力的作用使耐磨件表面的部分材料产生脱落或位移。磨粒磨损时,作用在硬质点上的力分为垂直分力和水平分力,前者使硬质点压入材料表面,后者使硬质点与表面之间产生相对位移,其结果使被磨损表面产生犁皱或切屑,形成磨损或沟槽,造成了严重的磨损。国外统计的500种典型农机零件的报废表明,约80%是由于磨损,而磨粒磨损排在第一位,占总额的50%,属于强度原因的损坏部分小于10%。部件的磨损会造成机具牵引阻力的显著增加和工作效率的降低。有资料显示,当犁桦刃从1 mm磨损至5 mm时,耕深减少了38%,牵引阻力增加53%,拖拉机燃油消耗增加25%,机组效率下降48%。

为防止零件因表面局部故障而导致整个零件报废,国内外都在努力研究各种实用、先进、高效的表面工程技术,提高零件的表面性能。

 

 2 农机耕作部件提高耐磨性的方法

    目前,国内外提高农机耕作部件耐磨性的方法主要有三种:(1)应用高耐磨性、高硬度的新材料,提高工作部件性能;(2)易磨损件储备材料的备份,如犁桦背部的“钢材储备”结构,利用锻造延伸法延长使用寿命;(3)表面工程技术,包括表面改性、表面涂层等表面技术,将具有优秀抗磨损特性的材料通过一定的工艺技术与基体材料结合,得到耐磨性更好的表面。据资料显示,国外几乎都对耕作部件进行了表面处理,以强化其特殊性能。

    

3 典型表面工程技术的特点及应用

    3.1等离子堆焊技术

    等离子堆焊是利用等离子弧等热源将堆焊材料熔化,靠自身重力在工件表面堆焊成耐磨、耐蚀、耐热涂层的工艺方法。堆焊具有修复与表面强化两大功能。影响堆焊层性能的主要因素是堆焊层的合金成分和组织性能。由于堆焊主要在于发挥堆焊层的特殊性能,所以除修补零件可用相同或相近于基体金属的焊接材料外,一般都使用具有特殊成分和性能的焊接材料,所以堆焊又有异种材料焊接的特点。为了保证堆焊层的特殊性能,堆焊时要尽量降低稀释率。堆焊合金与基体金属的相变温度和膨胀系数等物理性能要尽量接近。

    等离子弧堆焊是利用等离子弧高温加热的一种熔化堆焊方法,具有堆焊层性能好、工件熔深浅、堆焊层稀释率低、成形好、加工余量小等一系列优点,且易实现机械化和自动化。

进行等离子堆焊对旋耕刀涂层的制备与性能研究,结果表明,表面等离子堆焊后的旋耕刀的耐磨性相对未处理的国产旋耕刀的耐磨性提高了约3-5倍以上。试验表明,旋耕刀的耐磨料磨损性能显著提高,耕作寿命与普通旋耕刀相比提高3~5倍。

  

    3.2等离子工艺技术

    等离子工艺技术可以有效改善基体材料表面的耐磨性、耐蚀性等性能,它是表面工程技术的重要组成部分,等离子堆焊技术是利用等离子热源将喷焊材料加热至溶化状态,并以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成涂层的方法。等离子技术工艺灵活,涂层厚度可以控制。过程中基体表面受热的程度较小而且可以控制,并且对基材的组织和性能几乎没有太大影响。

等离子技术具有熔覆层稀释率低、热变形小、微观缺陷少、结合强度高、对环境污染小等优点,是今后农机表面涂覆的主要研究方向。


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