專利名稱：鱗片型耐磨幾何結構表面的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種耐磨幾何結構表面，特別是涉及一種鱗片型幾何耐磨結構表面。可應用 于農機觸土部件，土方裝載機械的裝載部件和散體物料輸送過程中的物料對管道，傳送帶， 漏斗，儲倉壁等散體物料的輸送部件及其它結構所涉及到的設備和部件的耐磨損，減磨損和 防磨損問題。技術背景在工業生產過程中，與散體物料接觸的設備及部件的磨損是非常嚴重的，屬于磨料磨損 的類型。這種磨損是設備和部件失效的主要原因。目前，為減小這種磨損，人們主要集中在 改善工件的服役工況條件，提高材料自身耐磨性能，開發更高的耐磨材料以及磨料形狀和性 能對耐磨性的影響、磨料磨損機理的探索等方面。這些研究不能從根本上改變設備或部件的 材質自身的磨損，只能短時間內延長其使用壽命，但同時大大地增加了設備或部件的制造成 本和使用成本。也出現了品質高，價格貴的材料應用于普通工況的浪費現象。發明內容基于生物表面的耐磨功能不僅與生物材料有關，而且與生物表面幾何結構或生物材料在 磨料磨損過程中形成的幾何結構表面有關的思想，本發明的目的在于從改變磨損部件表面幾 何結構入手，解決提高散體物料與其運動接觸面的耐磨性問題，提供一種鱗片型耐磨幾何結 構表面。本發明的上述目的是這樣實現的，結合
如下以穿山甲的鱗片裸露部分的形狀和排布作為仿效對象，來進行鱗片型耐磨表面的設計與 試驗。測量穿山甲鱗片裸露部分的工作界面(參閱圖3)，將穿山甲鱗片裸露部分，進行了 整體的規劃。根據圖像直觀情況，將單個鱗片裸露部分規劃成六邊形結構。根據優化分析和 幾何測量，最終確定其增強單元為鱗片型結構(參閱圖4)。鱗片型幾何耐磨結構表面由基體和其表面上的仿生幾何結構單元組成，所說的仿生幾何 結構單元為在基體表面規律分布的鱗片型結構，鱗片型的分布密度為其在基體表面上的幾何投影面積之和與所有棱端圍成的基體表面積之比為50—100%，鱗片型幾何結構單元的表 面形狀為對稱六邊形結構邊長L2/LK.0—2.0， Ll: lmm-50mm，內角a為120。 -130° ， 內角P為IOO。 -110° ，鱗片型的A-A截面為近似三角形，B-B截面為梯形，鱗片型中心脊 與邊緣的高差H為l-5mm。所說的相鄰鱗片型中心距a為2-100mm， b為2-100mm，可根據具體的散體物料顆粒的 尺寸和物料在表面的相對滑動速度進行具體賦值和調整。物料顆粒越大和相對滑動速度越 大，中心距所取的值應越大。所說的鱗片型中心線與物料方向的的夾角為Y為70-110°。所說的仿生幾何結構單元和基體均使用耐磨材料制作，并為一體結構，也可以分別做成 單體固定到基體上。生產該表面需根據機器或部件的材質，結構和使用用途等具體特點進行生產工藝的確 定。如機械加工，注塑成型，模壓成型等工藝。在表面上設置鱗片型結構，仿生幾何結構 單元與基體為一體結構，也可以分別做成單體再連接到一起。如利用螺釘連接，這樣可以定 期更換，維修方便與基體加工成一體。鱗片可以與表面為一體結構，也可以分別做成單體再 連接到一起。如利用螺釘連接，這樣可以定期更換，維修方便。本發明的技術效果是利用鱗片自身結構改變散體物料在接觸表面的流動場，使近壁區 剪切層物料密度降低，減少了散體顆粒的接觸機會；同時，能夠使部分物料顆粒由原來與接 觸面的滑動狀態改變為滾動狀態，從而減輕物料對接觸表面的磨損。其具有提高接觸部件的 耐磨性，延長其使用壽命的效果。該結構耐磨損性與光滑表面的耐磨性相比，能提高 15%~50%。
圖1是鱗片型幾何單元結構的平面模型；圖2是鱗片型幾何結構表面分布；圖3是穿山甲鱗片裸露部分的測量；圖4a是鱗片型單元幾何結構平面示意圖；圖4b是圖4a的B-B剖面圖；圖4c是圖4a的A-A剖面圖；圖5a是鱗片型幾何結構表面分布示意圖；圖5b是圖5a的B-B剖面圖；圖5c是圖5a的A-A剖面圖；圖6a是鱗片型結構中心線與物料運動方向為70。的鱗片型幾何結構表面示意圖； 圖6b是圖6a的B-B剖面圖； 圖6c是圖6a的A-A剖面圖；圖7a是鱗片型結構中心線與物料運動方向為110。的鱗片型幾何結構表面示意圖； 圖7b是圖7a的B-B剖面圖； 圖7c是圖7a的A-A剖面圖。
具體實施方式
下面結附圖所示實施例進一步說明本實用新型的具體內容。 實例1參閱圖5(a、 b、 c):該部件長期經受散體物料(顆粒尺寸為0.214-0.420mm，散體物料 在表面的滑動速度為2.35m/s)磨料磨損的作用。圖中根據物料尺寸和物料在表面的滑動速 度及機構或部件的機構尺寸，鱗片型的表面形狀為對稱六邊形結構邊長L2/L1-1.175， Ll:10mm ，內角分別為127。和106° 。鱗片型的中心脊與邊緣的高差為H為2mm，鱗片型中 心線與物料方向的的夾角Y為90°。鱗片型幾何耐磨表面的相鄰鱗片型中心距a為20mm， b為20mm。實踐表明，該結構明顯優于普通光滑平面部件的磨損性能，在相同的工況下， 帶有該鱗片型幾何結構的部件為普通光滑平面部件質量磨損量的82.50%。質量磨損損失減 少了 17.50%。 實例2參閱圖6 (a、 b、 c):實際工作中散體物料顆粒尺寸為0.104-0.214mm，散體物料在表 面的滑動速度為3.02m/s。圖中根據物料尺寸和物料在表面的滑動速度及機構或部件的機構 尺寸，鱗片型的表面形狀為對稱六邊形結構邊長L2/L1=1.175， Ll: 15mm，內角分別為 127°和106° 。鱗片型的中心脊與邊緣的高差為H為3.5mm，鱗片型中心線與物料方向的 的夾角Y為70°。鱗片型幾何耐磨表面的相鄰鱗片型中心距a為30mm， b為30mm。實踐 表明，該結構明顯優于普通光滑平面部件的損性能，在相同的工況下，帶有該鱗片型幾何結 構的部件為普通光滑平面部件質量磨損量的86.26%。質量磨損損失減少了 13.33%。實例3參閱圖7 (a、 b、 c):實際工作中散體物料顆粒尺寸為0.420-0.840mm，散體物料在表 面的滑動速度為1.68m/s。圖中根據物料尺寸和物料在表面的滑動速度及機構或部件的機構 尺寸，鱗片型的表面形狀為對稱六邊形結構邊長L2/L1=1.175， Ll: 20mm，內角分別為 127°和106° 。鱗片型的中心脊與邊緣的高差為H為5mm，鱗片型中心線與物料方向的的 夾角Y為110°。鱗片型幾何耐磨表面的相鄰鱗片型中心距a為25mm， b為25mm。實踐表 明，該結構明顯優于普通光滑平面部件的損性能，在相同的工況下，帶有該鱗片型幾何結構 的部件為普通光滑平面部件質量磨損量的89.58%。質量磨損損失減少了 11.17%。
權利要求
1、一種鱗片型幾何耐磨結構表面由基體和其表面上的仿生幾何結構單元組成，其特征在于所說的仿生幾何結構單元為在基體表面規律分布的鱗片型結構，鱗片型的分布密度為其在基體表面上的幾何投影面積之和與所有棱端圍成的基體表面積之比為50-100％，鱗片型幾何結構單元的表面形狀為對稱六邊形結構邊長L2/L1＝1.0-2.0，L11mm-50mm，內角α為120°-130°，內角β為100°-110°，鱗片型的A-A截面為近似三角形，B-B截面為梯形，鱗片型中心脊與邊緣的高差H為1-5mm。
2、 根據權利要求1所述的鱗片型幾何耐磨結構表面，其特征在于所說的相鄰鱗片型中 心距a為2-100mm， b為2-100mm，可根據具體的散體物料顆粒的尺寸和物料在表面的相對 滑動速度進行具體賦值和調整。
3、 根據權利要求1或2所述的鱗片型幾何耐磨表面，其特征在于所說的鱗片型的中心 線與物料方向的的夾角為y為7(T -110°。
4、 根據權利要求1所述的鱗片型幾何耐磨表面，其特征在于所說的仿生幾何結構單元 與基體為一體結構，也可以分別做成單體固定到基體上。
全文摘要
本發明涉及一種鱗片型幾何耐磨結構表面。基于穿山甲的鱗片裸露部分的形狀和排布作為仿效對象，來進行鱗片型耐磨幾何表面的設計。其目的是解決現有的與散體物料接觸部件的磨損問題。本發明由基體和其表面上的仿生幾何結構單元組成，仿生幾何結構單元為在基體表面規律分布的鱗片型結構，鱗片型的分布密度為其在基體表面上的幾何投影面積之和與所有棱端圍成的基體表面積之比為50-100％，鱗片型幾何結構單元的表面形狀為對稱六邊形結構邊長L2/L1＝1.0-2.0，L11mm-50mm，內角α為120°-130°，內角β為100°-110°，鱗片型的A-A截面為近似三角形，B-B截面為梯形，鱗片型的高度H為1-5mm。
文檔編號F16S5/00GK101225920SQ200810050348
公開日2008年7月23日 申請日期2008年1月30日 優先權日2008年1月30日
發明者金 佟, 江 周, 孫霽宇, 常志勇, 張金波, 榮寶軍, 閆久林, 陳東輝, 馬云海 申請人:吉林大學