阅读说明：本技术 一种螺旋叶片及其制备方法 (Helical blade and preparation method thereof ) 是由 孔祥意 陈志凯 宋宏涛 李强 关婷婷 王飞 何冰 赵拼搏 于 2021-07-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种螺旋叶片及其制备方法,包括：叶片基体和若干耐磨体,所述叶片基体呈半圆设计,耐磨体呈线状设计,所述叶片基体上设置堆焊(熔覆)区域,线状耐磨体呈螺旋分布或组合呈“Z”字形分布；本申请的制备方法采用配比不低于60HRC硬质合金粉末及堆焊(熔覆)制备方法,将硬质合金粉末按照设定好的运动轨迹,堆焊(熔覆)形成致密性好、硬度高、耐磨性好的耐磨体结构。本发明可以通过改变物料与叶片的相对运动轨迹,降低作用在叶片边缘处的摩擦力,提升螺旋叶片耐磨性以延长使用寿命,减少堆焊(熔覆)过程中的热输入量防止基体开裂,降低粉末消耗及提升堆焊(熔覆)效率,创造了新型高耐磨复合形式的摊铺机螺旋叶片。(The invention discloses a helical blade and a preparation method thereof, and the preparation method comprises the following steps: the blade comprises a blade base body and a plurality of wear-resistant bodies, wherein the blade base body is in a semicircular design, the wear-resistant bodies are in a linear design, a surfacing (cladding) area is arranged on the blade base body, and the linear wear-resistant bodies are distributed spirally or combined in a Z shape; according to the preparation method, the hard alloy powder is subjected to surfacing (cladding) according to a set motion trajectory to form a wear-resistant body structure with good compactness, high hardness and good wear resistance by adopting the preparation method of the hard alloy powder with the proportion of not less than 60HRC and the surfacing (cladding). The invention can reduce the friction force acting on the edge of the blade by changing the relative motion track of the material and the blade, improve the wear resistance of the helical blade to prolong the service life, reduce the heat input in the surfacing (cladding) process, prevent the matrix from cracking, reduce the powder consumption and improve the surfacing (cladding) efficiency, thereby creating the novel high-wear-resistance composite-form helical blade of the paver.)

一种螺旋叶片及其制备方法

技术领域

本发明公开了一种螺旋叶片及其制备方法，涉及工程机械路面施工装备技术领域。

背景技术

行业常采用多台摊铺机并机摊铺与分层摊铺方式实现超宽路面摊铺，但是容易引起温度、温度、横向、纵向、竖向离析问题，影响路面施工质量与进程，超宽超厚摊铺机的投入使用，不仅缓解路面离析，且大幅度缩短施工周期与降低施工成本，实现超宽路面一次摊铺施工，螺旋叶片作为混凝土物料输送、分料、摊铺的关键零部件，在超宽超厚路面摊铺时，所需的物料量巨大，叶片由“半埋入”物料转变成“全埋入”物料的工作方式，导致叶片磨损十分严重。

如图1所示的现有螺旋叶片，其材料一般采用高铬铸铁，尽管该材料硬度较高，但是在长时间与混凝土物料摩擦时，仍然会出现叶片边缘磨损较大，进而影响螺旋叶片的寿命，直至报废，无法满足超宽超厚摊铺机的极限磨损工况需求。

发明内容

本发明针对上述背景技术中的缺陷，提供一种螺旋叶片及其制备方法，以提升螺旋叶片的综合耐磨能力，延长螺旋叶片的使用寿命。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种螺旋叶片，包括：叶片基体和若干耐磨体，所述叶片基体呈半圆设计，所述耐磨体为线状耐磨体，所述叶片基体上设置堆焊（熔覆）区域，叶片基体所述线状耐磨体在堆焊（熔覆）区域呈螺旋分布(沿圆周方向平行分布)或组合呈“Z”字形分布，“Z”字形分布线状耐磨为相邻的螺旋分布的线状耐磨体之间首尾相接，且其为连续的。

进一步的，所述的堆焊（熔覆）区域设置于叶片基体导料方向的工作面，所述的堆焊（熔覆）区域包括：距离叶片基体边缘的0~80mm区域。

进一步的，所述的耐磨体的中心线与经过其中心的叶片基体半径之间夹角范围为20~70°，叶片基体半径方向为叶片圆心与耐磨体几何中心所在直线。

进一步的，所述线状耐磨体的长度L=20~80mm；所述线状耐磨体的宽度d=3~8mm；所述线状耐磨体的高度H=1~5mm；相邻呈螺旋分布的线状耐磨体之间距离D=10~30mm。

进一步的，所述线状耐磨体为截面成半圆形或者近似半圆形的具有熔深的凸起结构。

一种螺旋叶片制备方法，

固定叶片基体：将叶片基体固定在连接轴上，叶片基体工作面朝上，将连接轴组件固定于三爪卡盘上；

堆焊（熔覆）制备耐磨体：采用高能束热源将硬质合金粉末按照预设的运动轨迹堆焊（熔覆）在待强化的叶片基体表面，高能束将合金粉末在局部区域快速熔化并迅速凝固，进而形成耐磨体，且耐磨体沿着叶片旋转方向依次构建。

进一步的，所述的高能束热源包括：激光束或等离子弧，所述的高能束热源包括：激光束或等离子弧，激光束堆焊（熔覆）的工艺为：激光功率P=3500~3900W，扫描速度V=6~10mm/s，送粉速度2~3r/min；

等离子弧堆焊（熔覆）的工艺为：电流I=100~400A，送粉电压U=20~60V，摆动速度V=200~800mm/min，摆动宽度20~80mm。

进一步的，所述硬质合金粉末的硬度不低于60HRC，粉末粒度为50~200目。

进一步的，堆焊（熔覆）制备之前，所述硬质合金粉末预先加热150~200℃进行烘干处理。

进一步的，堆焊（熔覆）制备之前，采用钢刷对叶片基体上堆焊（熔覆）区域进行打磨处理，并酒精对叶片基体表面进行擦拭清理，除去油污。

有益效果：1. 本发明的线状耐磨体位于叶片外圆边缘近似平行分布，且与螺旋叶片旋转方向呈锐角的结构设计，可在螺旋叶片工作过程中，降低磨损颗粒向叶片边缘驱动力，改变混凝土碎石物料等硬质介质与叶片边缘的相对运动轨迹，降低作用在叶片边缘处所受到颗粒的作用力，从而延长叶片的使用寿命；同时，磨损颗粒在叶片表面高速运动时，当接触到耐磨体后，其磨损机理则由磨粒磨损变为滚动磨损，从而进一步降低磨损量；另外，采用了线状耐磨体结构，不需要将整个工作面做成耐磨体，非连续平面的结构设计可以显著降低堆焊（熔覆）热输入，避免因大量热应力导致涂层或基体开裂，并且，可以显著降低制备成本与提升加工效率，对产业化的应用具有重要意义。

2.本发明采用堆焊（熔覆）技术，利用高能束热源将硬质合金粉末按照预设的运动轨迹堆焊（熔覆）在待强化的工件表面，高能束将合金粉末在局部区域快速熔化并迅速凝固，进而形成组织结构细小致密的非平衡态致密组织，其稀释率低，高硬度，宏观上堆焊（熔覆）层具有一定熔深、成形美观，其机械化程度高，生产效率高，加工柔性化并且适宜定制化批量生产，极大改善耐磨性，延长叶片使用寿命，提升超宽超厚摊铺机的作业质量及施工效率。

附图说明

图1为现有螺旋叶片基体结构示意图；

图2为一种螺旋叶片耐磨体结构示意图；

图3为另一种螺旋叶片耐磨体结构示意图；

图4（a）为耐磨体截面示意图、图4（b）为耐磨体侧面示意图；

图5为螺旋叶片堆焊（熔覆）加工示意图。

具体实施方式

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图2~3所示的一种实施例：一种螺旋叶片，包括：叶片基体1和若干耐磨体5，所述叶片基体1呈半圆设计，所述耐磨体5为线状耐磨体，所述叶片基体端部上设置堆焊（熔覆）区域2，叶片基体根部3设置螺栓连接孔4，所述线状耐磨体5在堆焊（熔覆）区域呈螺旋分布(沿圆周方向平行分布)或组合呈“Z”字形分布，其中：呈螺旋分布的耐磨体A的中心线与经过其中心的叶片半径R₁之间夹角为α ₁，夹角范围α₁=20~70°；呈“Z”字形分布的中部耐磨体B的中心线与经过其中心的叶片半径R₂之间夹角为α ₂ ，夹角范围α₂=20~70°。

所述的堆焊（熔覆）区域2设置于叶片基体导料方向的工作面，所述的堆焊（熔覆）区域2包括：距离叶片基体边缘的0~80mm区域。

如图4（a）和4（b）所示，所述线状耐磨体的长度L=20~80mm；所述线状耐磨体的宽度d=3~8mm；所述线状耐磨体的高度H=1~5mm；相邻的呈螺旋分布的线状耐磨体之间距离D=10~30mm。

所述线状耐磨体为截面成半圆形或者近似半圆形的具有熔深的凸起结构。

如图5所示的一种制备方法：针对高铬铸铁材质的螺旋叶片，选用粉末材料硬质合金粉末所述硬质合金粉末的硬度不低于60HRC，粉末粒度为50~200目，采用激光堆焊（熔覆）制备方法，在对螺旋叶片耐磨体进行制备前，具体方法包括以下步骤：

步骤1，采用钢刷对叶片基体端部堆焊（熔覆）部位进行打磨处理，再用酒精对表面进行擦拭除去油污，保证表面清洁度，将叶片基体1按照图5的形式通过螺栓7固定在连接轴6上，连接时要确认叶片基体和连接轴紧密贴合，且需要确认叶片不会晃动；

步骤2，将叶片基体1和连接轴6组件置于三爪卡盘8上，叶片基体工作面朝上，并旋转三爪卡盘卡爪驱动机构，使卡爪径向移动，夹紧连接轴；

步骤3，旋转用于支撑三爪卡盘8的变位机，采用杠杆表找正连接轴6的中心，径向跳动＜0.5mm，将三爪卡盘采用压板固定在变位机上，重新确认连接轴是否在中心位置；

步骤4，旋转变位机，找正叶片基体1的最低边缘，设定为起始角度0°，所述线状耐磨体以叶片基体X位置（角度0°）为起点沿着叶片基体旋转方向Y位置（角度180°）依次构建；

步骤5，按照叶片基体1形状和堆焊（熔覆）的耐磨体形状，进行堆焊（熔覆）程序编制，以及启动程序模拟，验证程序复合耐磨体堆焊（熔覆）要求；

步骤6，将粉末预先加热至150℃-200℃烘干处理1.5h左右，将粉末置于送粉器9中，送粉器的下端设置堆焊（熔覆）喷嘴10，堆焊（熔覆）喷嘴设置于叶片基体1工作面的上侧，设定热源参数，激光功率P为3800W，送粉速度2.5r/min，扫描速度V=6mm/s，离焦量（激光焦点与目标平面的距离）150mm，启动堆焊（熔覆）机器，堆焊（熔覆）叶片耐磨体；

步骤7，在堆焊（熔覆）结束后，采用专用装置或佩戴耐热手套，将叶片基体从连接轴6上取下；

步骤8，在不更换叶片基体形状的情况下，将叶片基体采用螺栓安装在连接轴6上，启动堆焊（熔覆）机器，堆焊（熔覆）完成后将叶片基体取下，重复此动作循环。

按上述方法制成的线状耐磨体与螺旋叶片半径经过其中心方向之间夹角为α₁，夹角α₁=35°，线状耐磨体之间距离为20mm，长度为30mm，宽度为5mm，高度为3mm。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。