本发明涉及的是农机具触土部件低碳钢仿生表面自纳米化层的制备方法，它包括制备工件；利用三维实体建模建立肋条型耐磨结构实体模型；根据得到的仿生结构尺寸参数，制备模具；采用超声冲击仿生表面成型设备进行工件表面冲击，将工件放置在模具内，并装卡在移动卡台中；通过PLC控制系统控制移动卡台进行X、Y轴的往复运动，通过移动卡台的运动，依次进行对每道条形冲击孔下工件的冲击；将冲击后的工件进行低温退火，去除残余应力；打磨工件至表面出现软硬相间的仿生贝壳棱纹结构，得到具有仿生表面自纳米化层的农机具触土部件。本发明将表面自纳米化技术与仿生表面技术相结合，增强农机具触土部件的耐磨性能和减阻性能，效率高、成本低。
1.一种农机具触土部件低碳钢仿生表面自纳米化层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（一）取适宜尺寸试样低碳钢进行高温退火860℃，退火过程中使用氩气充当保护气，保温180min，退火处理后利用砂纸研磨试样表面，直至表面打磨光滑，粗糙度范围Ra0.8～Ra1.6，得到工件；
（二）结合仿生栉孔贝壳，利用三维实体建模建立肋条型耐磨结构实体模型，得出其最优尺寸参数，肋条宽d=5mm，肋条高h=1.3mm，且每两肋条之间距离d=6.5mm；
（三）根据得到的仿生结构尺寸参数，制备模具（6），模具（6）用于冲击贝壳棱纹形状，该模具（6）为长方形槽体，槽底间隔设置条形冲击孔（8），条形冲击孔（8）宽度d为5mm，两个条形冲击孔（8）之间距离为6.5mm；
（四）采用超声冲击仿生表面成型设备进行工件表面冲击，冲击枪（2）固定在固定移动架（4）上，将工件（7）放置在模具（6）的槽体内，并装卡在移动卡台（5）上的凹槽中；
（五）选定冲击设备参数，输入电流为0～2.5A，工作频率为20Khz～30Khz，冲击振幅为
20μm～40μm，每道条形冲击孔（8）的冲击时间为1min～15min；调整冲击头与工件（7）的距离，冲击时通过PLC控制系统（1）控制移动卡台（5）进行X、Y轴的往复运动，实现控制工件（7）的行走轨迹，行走速度为5mm/s～9mm/s，通过移动卡台（5）的运动，实现冲击枪（2）对模具仿生条形冲击孔下工件（7）的冲击，依次进行对每道条形冲击孔下工件（7）的冲击；
（六）将冲击后的工件（7）进行低温退火，保温30min，去除残余应力；
（七）退火后将工件进行表面打磨，直至工件表面出现软硬相间的仿生贝壳棱纹结构，棱纹高度为1.3mm，得到具有仿生表面自纳米化层的农机具触土部件（11）。
2.根据权利要求1所述的农机具触土部件低碳钢仿生表面自纳米化层的制备方法，其特征在于：所述的步骤一具体为：取适宜尺寸试样低碳钢Q235进行高温退火860℃，退火过程中使用氩气充当保护气，保温180min，退火处理后利用200～1200号砂纸研磨试样表面，直至表面打磨光滑。
3.根据权利要求2所述的农机具触土部件低碳钢仿生表面自纳米化层的制备方法，其特征在于：所述的具有仿生表面自纳米化层的农机具触土部件（11）安装于转轴（10）上，转轴（10）由电机（9）带动运转，转轴（10）插入到试验箱内土壤（12）中，试验箱的箱顶设置有进气孔（13），进气孔（13）连接外部气源，构成土壤摩擦磨损试验台，对具有仿生表面自纳米化层的农机具触土部件进行性能测试。
农机具触土部件低碳钢仿生表面自纳米化层的制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及的是农机具触土部件，具体涉及的是农机具触土部件低碳钢仿生表面自纳米化层的制备方法。
背景技术
[0002] 在现代化农业生产中，农业机械被广泛使用，农业机械化的发展给农业生产带来了巨大改变，因而农业机械化作业的稳定性和可靠性显得尤为重要，影响农业机械的稳定性和可靠性的因素有很多，其中主要问题在于农机具使用过程中的农业机械部件的磨损较为为严重，调查显示每年因农业机械部件失效所引起的农机故障情况约占50%，而其中农业机械触土部件发生磨损失效和断裂失效，约占农机部件失效的80%，因此如何提高农机具触土部件的耐磨问题对于农业机械化发展起着关键性的作用。农机具触土部件在土壤中磨损形式主要为磨料磨损，农机零件中犁铧、耙片、深松铲、开沟器、旋耕机刀片等破碎土壤的刀具, 其磨损主要是刀刃切入土壤和破碎土块时受到石块、砂粒等硬磨粒的强烈磨损，针对农机具触土部件表面磨损机理的耐磨处理工艺，国内外现有以下几方面处理方法。
[0003] 一方面国内外现有方法大多是一种增材处理方法，在其农机具表面形成一种耐磨层，例如：堆焊、熔覆、热喷涂技术等，可以实现增强农机具触土部件的耐磨性能。但其主要存在的缺点是农机具表面与耐磨层不易结合，易断裂，并且操作复杂，成本高等。
[0004] 另一方面国内外针对增加农机具表面耐磨性能方法还有仿生表面处理技术，其主要根据自然界中动植物适应生存所进化出具有特殊功能的器官和体表结构来对于材料表面进行仿生处理，仿生表面主要可以使农机具触土部件表面实现减小土壤的粘附性，降低土壤阻力的能力，以达到增加其耐磨性能。但其主要加工成型方法大多为机械加工、化学加工方法等，具有加工复杂，成本高等缺点。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供农机具触土部件低碳钢仿生表面自纳米化层的制备方法，这种农机具触土部件低碳钢仿生表面自纳米化层的制备方法用于解决现有技术中仿生表面处理技术对农机具触土部件处理时加工复杂、效率低、成本高的问题。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种农机具触土部件低碳钢仿生表面自纳米化层的制备方法：
[0007] （一）取适宜尺寸试样低碳钢进行高温退火860℃，退火过程中使用氩气充当保护气，保温180min，退火处理后利用砂纸研磨试样表面，直至表面打磨光滑，粗糙度范围Ra0.8～Ra1.6，得到工件；
[0008] （二）结合仿生栉孔贝壳，利用三维实体建模建立肋条型耐磨结构实体模型，得出其最优尺寸参数，肋条宽d=5mm，肋条高h=1.3mm，且每两肋条之间距离d=6.5mm；
[0009] （三）根据得到的仿生结构尺寸参数，制备模具，模具用于冲击贝壳棱纹形状，该模具为长方形槽体，槽底间隔设置条形冲击孔，条形冲击孔宽度d为5mm，两个条形冲击孔之间距离为6.5mm；
[0010] （四）采用超声冲击仿生表面成型设备进行工件表面冲击，冲机枪固定在固定移动架上，将工件放置在模具的槽体内，并装卡在移动卡台上的凹槽中；
[0011] （五）选定冲击设备参数，输入电流为0～2.5A，工作频率为20Khz～30Khz，冲击振幅为20μm～40μm，冲击头类型，每道条形冲击孔的冲击时间为1min～15min；调整冲击头与工件的距离，冲击时通过PLC控制系统控制移动卡台进行X、Y轴的往复运动，实现控制工件的行走轨迹，行走速度为5mm/s～9mm/s，通过移动卡台的运动，实现冲击枪对模具仿生条形冲击孔下工件的冲击，依次进行对每道条形冲击孔下工件的冲击；
[0012] （六）将冲击后的工件进行低温退火，保温30min，去除残余应力；
[0013] （七）退火后将工件进行表面打磨，直至工件表面出现软硬相间的仿生贝壳棱纹结构，棱纹高度为1.3mm，得到具有仿生表面自纳米化层的农机具触土部件。
[0014] 上述方案中步骤一具体为：取适宜尺寸试样低碳钢Q235进行高温退火860℃，退火过程中使用氩气充当保护气，保温180min，退火处理后利用200～1200号砂纸研磨试样表面，依次用80、220、400目数进行打磨，直至表面打磨光滑。
[0015] 上述方案中具有仿生表面自纳米化层的农机具触土部件安装于转轴上，转轴由电机带动运转，转轴插入到试验箱内土壤中，试验箱的箱顶设置有进气孔，进气孔连接外部气源，构成土壤摩擦磨损试验台，对具有仿生表面自纳米化层的农机具触土部件进行性能测试。
[0016] 本发明具有以下有益效果：
[0017] 本发明是将表面自纳米化技术与仿生表面技术相结合的一种处理方法，将其应用于农机具触土部件表面耐磨性的处理，该技术不但可以增强农机具触土部件的耐磨性能和减阻性能，而且技术简单操作、加工效率高、效果好、成本低。
附图说明
[0018] 图1为本发明方法使用的超声冲击仿生表面成型设备示意图；
[0019] 图2为本发明中移动卡台示意图；
[0020] 图3为本发明方法中工件和模具装安装于移动卡台上的示意图；
[0021] 图4为本发明中模具的示意图；
[0022] 图5为本发明步骤一得到的工件示意图；
[0023] 图6为本发明方法制备的超声冲击仿生表面棱纹结构示意图；
[0024] 图7为本发明制备的农机具触土部件应用于土壤摩擦磨损试验台的示意图。
[0025] 图中：1PLC控制系统 2冲击枪 3冲击头 4固定移动架 5移动卡台 6模具 7工件 8条形冲击孔 9电机 10转轴 11农机具触土部件 12土壤 13进气孔。
具体实施方式
[0026] 下面结合附图对本发明作进一步的说明：
[0027] 结合图1-图6所示，这种农机具触土部件低碳钢仿生表面自纳米化层的制备方法：
[0028] （一）取适宜尺寸试样低碳钢Q235进行高温退火860℃，退火过程中使用氩气充当保护气，保温180min，退火处理后利用200～1200号砂纸研磨试样表面，依次用80、220、400目数进行打磨，直至表面打磨光滑，粗糙度范围Ra0.8～Ra1.6，得到工件，参阅图5；
[0029] （二）结合仿生栉孔贝壳，利用三维实体建模建立肋条型耐磨结构实体模型，得出其最优尺寸参数，肋条宽d=5mm，肋条高h=1.3mm，且每两肋条之间距离d=6.5mm；
[0030] （三）根据得到的仿生结构尺寸参数，制备模具6，模具6用于冲击贝壳棱纹形状，该模具6为长方形槽体，槽底间隔设置条形冲击孔8，条形冲击孔8宽度d为5mm，两个条形冲击孔8之间距离为6.5mm，（条形冲击孔8长、高尺寸不限，与工件7、冲头尺寸相匹配）；
[0031] （四）采用超声冲击仿生表面成型设备进行试样表面冲击，冲击枪2固定在固定移动架4上，将工件7放置在模具6的槽体内，达到工件7与模具6的紧密配合，并装卡在移动卡台5上的凹槽中，冲击时可通过沿着模具条形冲击孔轨迹对工件7进行冲击加工；
[0032] （五）选定冲击设备参数，输入电流为2.0A，工作频率为20Khz，冲击振幅为30μm，冲击头3类型（单头、直径6mm，材料为工具钢），每道条形冲击孔8的冲击时间为1min～15min，根据所选材料的不同选定适宜参数；调整冲击头与工件7的距离，冲击时通过PLC控制系统1控制移动卡台5进行X、Y轴的往复运动，实现控制工件的行走轨迹，行走速度为6mm/s，通过移动卡台5的运动，实现冲击枪2对模具6仿生条形冲击孔下工件的冲击，形成凹槽，依次进行对每道条形冲击孔8下工件7的冲击，凹槽与凸棱共同形成贝壳棱纹形状；
[0033] （六）将冲击后的工件进行低温退火（200～500℃）保温30min，去除残余应力；
[0034] （七）退火后将工件7进行表面打磨，直至工件7表面出现软硬相间的仿生贝壳棱纹结构，棱纹高度为1.3mm，得到具有仿生表面自纳米化层的农机具触土部件11。
[0035] 将本发明制备的具有仿生表面自纳米化层的农机具触土部件11安装于转轴10上，转轴10由电机9带动运转，转轴10插入到试验箱内土壤12中，试验箱的箱顶设置有进气孔13，进气孔13连接外部气源，构成土壤摩擦磨损试验台，通过这种土壤摩擦磨损试验台对具有仿生表面自纳米化层的农机具触土部件11进行性能测试。
[0036] 表1为在超声冲击最佳工艺参数，不同冲击时间处理后，未经退火处理，土壤摩擦磨损试验台测试（同一磨损环境下，转速80r/min、磨损7200s），得出所受平均阻力与磨损量变化。
[0037] 表1
[0038] 冲击时间（min） 0 5 10 15平均阻力（N） 426.16 370.31 320.20 290.21
磨损量（△m） 4.80 3.33 3.13 3.09
[0039] 表2为在超声冲击最佳工艺参数，不同冲击时间处理后，经300℃退火，经土壤摩擦磨损试验台（如图7所示）测试（同一磨损环境下，转速80r/min、磨损时间7200s），得出所受平均阻力与磨损量变化。
[0040] 表2
[0041]冲击时间（min） 0 5 10 15
平均阻力（N） 425.42 370.52 325.68 285.54
磨损量（△m） 4.65 3.20 3.09 3.02
