专利名称:制造耐磨层的方法和装置及用此方法制造的刀具的制作方法
本发明涉及一种在刀具上制造耐磨层的方法和装置，用此方法制造的刀具具有自动磨锐的刃口，所述的刀具主要用于收割具有粗茎的硬纤维作物，例如甘蔗的机械上。
用于收割、种植或加工具有粗茎的硬纤维作物(例如玉米、甘蔗、向日葵、灌木)的刀片需要有足够的强度，但首先需要有高的耐磨性，以及防止折断的韧性。可是钢的高的耐磨性和足够的韧性不能同时兼顾，因此必须综合考虑。
刀具一般是由足够韧的钢制成的，但它遭受着强列的磨损。问题是，如果在切割时除了作物的硬纤维的阻力外还同时受到其它的复合磨损，那么磨损就会进一步加剧。例如甘蔗联合收割机的刀具就存在这个问题。
甘蔗联合收割机能用来收和割，因此它具有收和割的刀具。联合收割机工作，利用刀具的高速旋转(超过100r.p.m)冲击来切割。不同的工艺过程，刀具的磨损是不同的。
当切割时碰到土壤，刀片除了受到甘蔗茎的阻力外，还受到土壤的强烈磨损。刀片由碳钢制成，偶尔也用低合金钢制造，具有足够的安全系数防止折断，但它不能经受土壤的磨损作用。
刀片可用螺钉固定在圆盘上，以便随时更换损坏的刀片(见奥地利专利AT-PS307，785);刀片也可以是大直径圆盘锯上的锯齿，如英国专利UK-PS2，137，121和联邦德国专利DE-PS328，187上所公布的。
然而，螺钉和/或圆盘的磨损大于刀片的磨损。因此，需要频繁地更换螺钉和圆盘。
由于斩切刀具的尺寸较大，转速较快，必须考虑防止刀具折断。因此刀片是由足够坚韧的，但也是较易磨损的材料，通常是非合金钢制成的。
由于刀片、连接螺钉和圆盘的强烈磨损，需要频繁地更换零件，因而影响联合收割机的工作效率和材料的充分利用。另外还有一个问题，那就是联合收割机的易损零件并不是同时损坏。因此为了减少维修时间，即使没有完全损坏的零件也被频繁地更换。这样进一步增加了材料的消耗。
根据如上所述，必须显著地增加刀片、连接零件和圆盘的耐磨性。
显然，通过在上述的遭受磨损的零件表面敷上高度耐磨材料，这个问题可以获得解决。为了保证刀具刃口的锐度和自动磨锐能力，必须在刀具上敷上一层薄的、最大为2.5-3毫米均匀厚度，20-40毫米宽度的高耐磨材料带。为此目的，从经济效益考虑，利用表面层焊接是最可取的。
已有技术中，可以通过堆焊，即在同一方向上纵向移动焊弧形成耐磨层。从工艺上说，横向堆焊更好些，它通常通过焊机或要焊接的刀具纵向的间歇性送进以及焊弧的横向振动来实现。这样，工件的送进是间断的，即在焊接横向焊道时工件不动，然后工件被送进一个道宽，通过局部重迭的焊道形成纵向连续的带。(奥地利专利AT-PS333，102.)然而，这种加工方法不能形成薄的、厚度均匀的表层，这是由于焊道互相毗邻使焊接带的表面形成波状或鳞状。而且，它的最小厚度也远远超过了所要求的最佳的、最大为3毫米的厚度。此外，因为工件的厚度较薄(一般小于10毫米)，只能用较低的电弧能和相应的较低的堆焊速度进行堆焊。电弧的振动速度一般是10-15米/小时，在极个别的情况下也不超过50米/小时。
如上所述，可以清楚地看出，用已知的表层焊接加工方法是不可能形成相当薄的，具有自动磨锐能力的刃口。
本发明的目的是提供一种在所述的刀具上形成耐磨层的方法和装置。
按照本方法，工件在纵向送进的同时，电弧也进行横向振动，其振动速度为100-300米/小时。在堆焊开始后，这个振动引导着电弧的基点(电极)总是处于1700-1900℃的焊接熔池里。
振动速度可以是恒定的或变化的，它取决于所要表层的横截面。例如如果表层的横截面呈8字形，振动就以正弦曲线变化的速度实现。如果表层的厚度在横截面上是均匀增加的，工件的平面与水平方向成一角度，这样焊层将呈所要的形状。
根据本发明的装置包括一动力源，送丝部件，工件固定架，以及具有100-300米/小时速度的电弧振动部件。
本发明的进一步目的是提供用上述方法和装置制造的、具有耐磨层的和自动磨锐能力的刃口的刀具，这里所述的刀具能用在收割硬纤维、粗壮作物，例如甘蔗的机械中，其特征在于，刀具刃口上具有最大为3毫米均匀厚度的耐磨层，刀片或齿的材料的耐磨性与耐磨层材料的耐磨性之比在3到10之间。
利用本堆焊方法-电弧以高速度在熔池里移动-可以按照所需要的横截面和形状，形成一层很小熔深的薄而宽的焊层。本方法既节约能源，又提高产量。由于电弧是在熔池里而不是在冷的原材料上移动，因此维持电弧和形成同样体积的焊层所需要的能量少于普通方法的25-40%。厚度恒定或逐渐变化的横截面可使表层带形成所需要的几何形状。焊层的表面是光滑的和均匀的，它接近于用热轧机形成的表面的质量。本方法的堆焊效能高于普通方法的25-40%。
根据本发明方法制造的刀具的主要优点是，使用寿命显著增加，而与此同时，更换刀具的时间，即停止运转时间和材料的消耗则显著降低。
本发明的进一步细节，通过下面结合附图的一些实施例的叙述将更加清晰。
图1是装有刀片的圆盘;
图2是刀片;
图3是图2所示刀片沿Ⅲ-Ⅲ线的剖面图;
图4是具有耐磨层的圆盘刀;
图5是沿图4所示圆盘刀的Ⅴ-Ⅴ线的剖面图;
图6是单片制成的圆盘锯;
图7是沿图6所示圆盘锯的Ⅶ-Ⅶ的剖面图;
图8是用于联合收割机的切刀;
图9是沿图8所示切刀的Ⅸ-Ⅸ线的剖面图;
图10是根据本发明的方法，电极和工件移动情况的示意图;
图11是根据本发明的装置。
甘蔗联合收割机的刀具如图1所示，包括圆盘1和刀片2。刀片2利用通常的连接件固定在圆盘1上。
图2和图3所示的、根据本发明的刀片2具有耐磨层3。刀片2是由低合金工具钢制成的。其厚度5毫米，使用前热处理至30-40HRC硬度。在刃口处形成一耐磨层，形成的方法可用本发明的方法，或金属喷镀方法，或离子一等离子方法。耐磨层3的厚度约1毫米，宽度15毫米。这样，耐磨带和刀片材料具有不同的耐磨性，它们的耐磨性之比约是5。这个方法不仅是防止磨损的方法，而且能保证自动磨锐。
图4和图5显示了圆盘1和焊在它刃口上的耐磨层3。在此结构中，沿圆盘的周边有一条40毫米宽的V型耐磨层3。耐磨层在外边上的厚度是4毫米，在内边上的厚度是1毫米。
在堆焊耐磨层3之前，用摩擦器将要加工的圆盘表面擦清，在金属表面清扫出一条约45-50毫米宽的带。
然后将圆盘固定在旋转装置上并安装成有一倾斜角，电弧振动部件被安装成在其振动的极端位置上产生的电弧在圆盘之内离边缘约5毫米远。
利用3mm直径的碳化物填充焊丝来进行堆焊。圆盘的旋转速度为4毫米/秒，所用的电流强度为350A。
电弧振动速度300米/小时，振幅30-35毫米，每分钟振动85-95次。
这样获得的耐磨带的耐磨性与圆盘材料的耐磨性之比为8。
根据图6和图7所示的实施例，圆盘和刀片被加工成一单片圆盘锯4。按照图1，刀片通过连接件被固定在圆盘上，并且最好具有耐磨层，而这里圆盘和刀片连成一体，也即在圆盘的边缘上加工出锯齿5。刃口6在锯齿5的径向上，通过图7所示的耐磨层3形成刃口6。它的厚度约1毫米。根据本发明，在锯齿5的外缘上还有耐磨层7，耐磨层3和7的耐磨性与圆盘材料的耐磨性之比为8。
图8和图9表示切刀8，这种切刀是用来切割联合收割机收进的农作物。其刃口上也有一层耐磨层3，形成方法如下所述。
工作被固定在焊机的送进架上，然后电弧振动部件被置于刀的一端、位于粗加工的槽的上方，在振动的极端位置上产生的电弧在刀的端部离边缘约5mm处。首先开动焊机，然后在2到3次电弧振动后，工件被送进，随着不断的送进，刀片被堆焊。(如果在堆焊时一由于产生热-焊层的宽度和熔深增加到不适当的程度，就只堆焊刀片的一半长度，然后从另一端继续堆焊)。
在堆焊前，予先利用金属切削机床沿刀的全长加工一条深约1.5毫米，宽约25毫米的槽。
堆焊时，用2mm的焊丝和200A的焊接电流。送进速度3毫米/秒，而电弧振动速度是240米/小时。刀片材料的耐磨性与耐磨层的耐磨性之比是8。
这个例子清楚地显示出，根据本发明的堆焊方法可以获得非常薄的和完全均匀的表层。在堆焊时，固定在工作台上的工件以恒定的速度Vm，以与焊层形成方向相反的方向移动(见图10)。焊弧在垂直于焊层形成方向的方向上快速振动，其振幅与焊接带的宽度相当。振动速度Vi约比通常的振动速度高10-15倍，即100-300米/小时。尽管这样，通过使电弧总是在焊接熔池里移动，堆焊仍可进行。在这种情况下，熔池的温度是1700-1900℃。这样可确保熔池上的气体的高度游离状态，从而确保即使在高速移动中，也有稳定的电弧。
由于电弧的高速移动，使得电弧压力不能推动焊接熔池离开电弧，这样就不会形成凸缝和弧坑，焊层的厚度和熔透的深度就比用通常的表层焊接方法形成的焊层要降低。
熔池与电弧前进的方向垂直，并且在同一时刻沿着全部宽度凝固。这样焊接带的表面光洁度和整齐度近似于热轧钢铁制品。
如果电弧的前进速率保持恒定值，就能形成一厚度均匀的薄层。此外，由于电弧基点(电极)在高温焊接熔池里移动，从而使得一除了上面提到的外-维持稳定电弧只需要用比已知的加工方法少得多的能源即可。
电弧的振动也可以用不同的速度来实现。在这种情况下，可以获得不同横截面的焊接熔池。如果电弧的振动是根据正弦曲线变化的速度来实现的(这可以通过标准的偏心盘来实现)，表层的横截面将是指纹状的。
焊层横截面的几何形状利用形成焊层的万有引力定律可以进一步变化。例如如果被焊的物体与水平方向成一角度，那就可以形成一V型焊接层。
从上所述可以明白，根据本发明的加工方法完全不同于以往的加工方法。
在以往的加工方法中，电弧的基点在150-400℃温度的固体基材上移动，根据本发明的加工方法，这种移动发生在1700-1900℃的熔池上。
通常电弧前进的方向总是与焊层形成的方向相同，然而在根据本发明的加工方法中，电弧振动的方向垂直于焊层形成的方向。相应地，凝固的方向也垂直于电弧前进的方向。
作为以上所述的结果，在根据本发明的加工方法中，熔透程度约是传统的加工方法的一半，与此同时，焊层的表面不存在鳞状和波纹状，而是光滑和均匀的。而且焊接带的横截面在带的宽度上没有变化，但是可以得到带的完全均匀的宽度。
根据本发明的加工方法的再一个根本优点是，能量消耗只是传统加工方法的60-70%，而它的焊层形成能力是1.3-1.4倍高。
在加工时，熔池里焊弧的前进是由要焊的带的宽度决定的，电弧前进的速率，焊接电流的强度是由工件的送进速率决定的。
为了保证焊弧在熔池里前进，电弧前进的速率和焊接电流的强度要根据要焊的带的宽度来选择;首先电弧的前进速率，其次是电流强度随带的宽度而增加。为了降低带的厚度，首先是工件送进的速率，其次是焊接电流要降低。
图11表示根据本发明的装置。它包括动力源9，送丝部件10，电弧振动部件11和工件固定架12。它的特点是，电弧振动部件以100-300米/小时速度振动。该装置的主要参数如下焊接电流100-500A送丝速度100-550米/小时振动幅度0-50毫米送进或旋转工件的固定架-沿焊层的送进速度1-6毫米/秒从上所述可以明白，根据本发明的方法和装置根本不同于传统的方法和装置，因此能适用于新产品的生产。当然，本技术和本装置在本发明的范围内可以作出许多变化。在所有的变型中能被找到的加工方法的主要参数概括在下面的权利要求
中。
权利要求
1.一种制造耐磨层的方法，其中工件纵向送进，焊弧横向振动，其特征在于，所述工件连续不断地送进，焊弧以100-300米/小时速度振动，这时焊弧的基点总是位于1700-1900℃的焊接熔池中。
2.根据权利要求
1所述的方法，其特征在于，焊弧以恒速振动。
3.根据权利要求
1所述的方法，其特征在于，焊弧以变速振动。
4.根据权利要求
3所述的方法，其特征在于，按正弦曲线改变振动的速度。
5.根据权利要求
1至3任何一项所述的方法，其特征在于，将工件安装成与水平成一角度。
6.根据权利要求
1至5任何一项所述的方法，其特征在于，工件以1-6毫米/秒的速度送进。
7.一种用来实现权利要求
1至6任何一项所述的方法的装置，包括一动力源，一送丝部件，一工件固定架和一产生100-300米/小时速度的电弧振动部件。
8.根据权利要求
1至6任何一项所述的方法制造的、适用于硬纤维、粗壮作物、例如甘蔗收割的刀具，所述的刀具或是装有刀片的圆盘，或是圆盘锯，其中刃口上有厚度不超过3毫米的均匀的耐磨层，刀或齿的材料的耐磨性与耐磨层材料的耐磨性之比在3和10之间。
专利摘要
本发明提供一种在刀具上制造耐磨层的方法和装置。所述的方法是工件纵向送进，焊弧横向振动，工件连续不断地送进，焊弧以恒速或变速振动。所述的装置包括一动力源，一送丝部件，一工件固定架和一电弧振动部件。所述的刀具或是装有刀片的圆盘，或是圆盘锯，其刃口上有均匀的耐磨层。用此方法制造的刀具具有自动磨锐的刃口，主要用于收割具有粗茎硬纤维作物，例如甘蔗的机械上。
文档编号B23B27/14GK87103571SQ87103571
公开日1988年11月30日 申请日期1987年5月15日
发明者霍尔瓦特·亚诺士, 海雷弟·卡尔曼, 都里·奥劳达尔 申请人:钢铁研究发展公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan