一种仿河狸门齿结构的耐腐蚀树枝粉碎刀具的制作方法

本发明属于仿生类加工机械技术领域，具体涉及一种仿河狸牙齿结构的耐腐蚀树枝粉碎刀具。

背景技术：

我国林木资源丰富，每年产生大量林业剩余物及园林废弃物。目前，多种环保且有效处理林木剩余物的途径已经得到广泛应用，但处理林木剩余物的前提是均需要将剩余物进行粉碎。树枝粉碎机的核心部件即为碎粉刀具，其性能直接影响粉碎机的工作效率及粉碎效果。

现有树枝粉碎机刀具存在以下缺陷：

1.粉碎机刀具在粉碎切削林木剩余物过程中，会产生林木浆液，刀刃与林木粉碎所产生浆液接触后，极易被腐蚀，刀刃耐磨性能及机械性能急剧下降，从而导致粉碎机工作效率低下，需要频繁更换粉碎刀具；

2.粉碎机刀具的切削阻力较大，导致其存在功耗高，产率低等问题。

河狸是典型以植物为食的哺乳啮齿类动物，能在2小时内用锋利的牙齿将40cm直径的大树啃段，由于河狸的生活习性，经过自然进化，造就了河狸锋利的门齿和发达的咬肌。效仿河狸门齿的构造能够为树枝粉碎刀具的设计提供重要理论依据。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种仿河狸门齿结构的耐腐蚀树枝粉碎刀具，以实现在树枝粉碎过程中，减少树枝粉碎刀具的工作阻力、提高粉碎效率。结合说明书附图，本发明的技术方案如下：

一种仿河狸门齿结构的耐腐蚀树枝粉碎刀具，所述仿生树枝粉碎刀具由仿生刀片1和定位螺栓2组成，其中，所述仿生刀片1是由仿生切削刃3和刀柄4组成的一体式结构，在刀柄4上开有u形定位孔5，所述定位螺栓2垂直于刀柄4安装在u形定位孔5内，从而实现仿生刀片1与粉碎机的机体之间固定连接；

所述仿生刀片1的仿生切削刃3的上切削表面的轮廓曲线为仿河狸门齿结构曲线，曲线方程为：

f(x)＝a1x²+a0x；

其中：a1的取值范围为-0.012～-0.008，a0的取值范围为0.55～0.70，x的取值范围为0mm～30mm；

在所述仿生切削刃3的上表面覆有mos2微球结构6，所述mos2微球结构6的球径为300μm～600μm，所述mos2微球表面沿径向分布着纳米柱7，纳米柱高80μm～120μm，直径为500nm～700nm。

进一步地，所述仿生切削刃3的长度与刀柄4长度比例为1：2。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明所述的树枝粉碎刀具的仿生切削刃上表面轮廓曲线模仿河狸门齿结构，以提高刀片粉碎树枝过程与河狸啃碎树木行为之间的近似度，降低树枝粉碎机功耗、提高其切削粉碎效率；

2、本发明所述的树枝粉碎刀具的仿生切削刃的长度与刀柄长度比例效仿河狸门齿结构特征，在工作过程中有效防止仿生刀片由于转速过高而折损；

3、本发明所述的树枝粉碎刀具的仿生切削刃表面设有mos2涂层，使仿生切削刃与树枝浆液之间形成空气薄膜层，从而提高仿生刀具的耐腐蚀性。

附图说明

图1为本发明所述仿河狸门齿结构的耐腐蚀树枝粉碎刀片的三维结构示意图；

图2为图1中a-a剖视图；

图3为本发明所述仿河狸门齿结构的耐腐蚀树枝粉碎刀片的俯视图；

图4为图2中b处局部放大图。

图中：

1-仿生刀片，2-定位螺栓，3-仿生切削刃，4-刀柄，

5-u形定位孔，6-mos2微球结构，7-纳米柱。

具体实施方式

为进一步阐述本发明的技术方案，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：

如图1和图3所示，本发明提供了一种基于河狸门齿结构的仿生树枝粉碎刀具，所述仿生树枝粉碎刀具由仿生刀片1和定位螺栓2组成，其中，所述仿生刀片1是由前端的仿生切削刃3和后端的刀柄4组成的一体式结构，在刀柄4的后端左右对称地开有两个开口水平朝后的u形定位孔5，所述定位螺栓2有两组，分别垂直于刀柄4安装在u形定位孔5内，从而实现仿生刀片1与粉碎机的机体(图中未显示)之间固定装配连接。

如图2所示，所述仿生刀片1的仿生切削刃3的上切削表面的轮廓曲线cd为模仿河狸门齿结构曲线，通过逆向工程技术提取河狸门齿上特征轮廓的数据点，拟合得到二次多项式曲线方程：

f(x)＝a1x²+a0x；

其中：a1的取值范围为-0.012～-0.008，a0的取值范围为0.55～0.70，x的取值范围为0mm～30mm。

如图4所示，在仿生刀片1的仿生切削刃3的上表面覆有mos2涂层，通过高压喷涂法将mos2微球结构6均匀分布在仿生切削刃3的上表面；其中，所述mos2微球结构6可通过化学合成法或光刻蚀法制备，mos2微球结构6的球径为300μm～600μm，所述mos2微球表面沿径向分布着纳米柱7，纳米柱高80μm～120μm，直径为500nm～700nm。

所述仿生切削刃3的长度与刀柄4长度比例为1：2，该比例效仿了河狸门齿的结构特征，能够增强仿生刀片1的刚度，有效防止其在粉碎树枝过程中折断损坏。

本发明所述基于河狸门齿结构的仿生树枝粉碎刀具的工作原理和过程如下：

在粉碎机的电机的带动下，本发明的仿生刀片1高速旋转将树枝切削粉碎，由于仿生刀片1的仿生切削刃3上表面具有类似于河狸门齿的曲线构造，仿生切削刃3在与树枝接触进行切削时，其切入角度总是小于30度，因此使其所受切削阻力小，从而达到降低功耗、提高切削粉碎效率的目的；此外，仿生切削刃3的长度与刀柄4长度比例也是模拟河狸门齿结构特征，增加了整个仿生刀片1的刚度，有效防止其在粉碎树枝过程中由于转速过高而折损；

与此同时,仿生切削刃3的上表面具有mos2涂层，mos2微球结构6的表面分布着纳米柱结构7，构成微纳表面结构，增加了其表面自由能，使其具有亲气疏液的双重性能，故仿生切削刃3在切削过程中与树枝浆液及空气形成三相界面体系，在表面张力作用下，仿生切削刃3与树枝浆液间形成一层空气薄膜，从而避免了仿生切削刃3与树枝浆液直接接触，因而实现使其具有耐腐蚀性能的目的。

技术特征：

技术总结
本发明提供了一种仿河狸门齿结构的耐腐蚀树枝粉碎刀具，由仿生刀片和定位螺栓组成，其中，所述仿生刀片是由仿生切削刃和刀柄组成，在刀柄4上开有U形定位孔5，所述定位螺栓2垂直于刀柄4安装在U形定位孔5内，从而实现仿生刀片1与粉碎机的机体之间固定连接；所述仿生刀片1的仿生切削刃3的上切削表面的轮廓曲线为仿河狸门齿结构曲线，曲线方程为：f(x)＝a1x2+a0x；其中：a1的取值范围为‑0.012～‑0.008，a0的取值范围为0.55～0.70，x的取值范围为0mm～30mm；在所述仿生切削刃的上表面覆有MoS2微球结构，所述MoS2微球表面沿径向分布着纳米柱。本发明所述刀具仿河狸门齿结构，在树枝粉碎过程中，减少树枝粉碎刀具的工作阻力、提高粉碎效率。

技术研发人员：张伟;刘昕;郑伟涛;张磊磊;马云海;佟金
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2018.08.27
技术公布日：2018.11.13