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摘要：仿生学的巧妙利用可以提高刀具的耐磨性和刀具使用过程中的工作效率，也可以为今后刀具的改进提供了一些好的思路。本文从形态学上的仿生技术，构造形态上的仿生技术和生物材料的仿生技术三个方面进行总结，总结出当前仿生技术在社会刀具领域设计中的应用。通过对当前社会仿生刀具应用和特点做一些简单的讨论和分析，以此来分析仿生刀具技术目前所存在的一些问题，并希望对仿生刀具技术的未来研究方向做一些有用的指导意义。
关键词：刀具仿生;形态;技术进展
地球上的生物体经过数万亿年的进化，不断演变出了许许多多具有优异特性的材料结构形态生物体。这些各种各样的生物体为人类的工程领域设计和研究提供了思路和灵感。应用仿生技术能够提高产品的寿命，也能够提高产品的性能，还能够提高产品的使用效率。在日常生活中，我们需要使用多种工具，如果能有效地减少工具的磨损，可以延长工具的使用寿命，提高工具的利用率，节省工具制造成本。通常来说刀具磨损通常发生在刀具表面，如果使用合理的表面技术，可以有效地避免这种问题。自然界的一部分生物经过长期的演化，具备了耐磨损的体表。因此，应用仿生学可以提高刀具的耐磨性和工作效率，下面就形态仿生，构形仿生以及材料仿生三方面做一些简单的探讨。
一、形态仿生
形态仿生是通过模拟生物体的表面来实现一定功能的一种仿生形态。例如，非光滑形态仿生，如果在工具的表面加工出类似于生物体表面仿生非光滑表面，则能够使工具表现出性质优越的耐磨性能。
1、仿生学的应用于切刀刀片中
在印刷行业的切刀刀片上，应用蜣螂前胸背板的凹坑形态，设计出合理的非光滑仿生单元体，通过这种性能优越设计，可以降低切刀刀片的切割力，最主要的特性体现在切刀的寿命能够提高将近20倍左右。使用仿生设计的切刀刀片能够有效的减少纸张被切花，这样既能够提高切纸的质量，也能够保证裁切纸张的尺寸的精度和稳定性。这项技术被广泛应用于包装皮革加工，塑料加工以及布匹生产等行业。
2、地质勘探钻头中仿生学的应用
根据仿生学所制造的金刚石钻头，选用石墨合成树脂作为材料。在地质勘探钻探过程中，利用石墨合成树脂材料的钻头，其的硬度往往比较低，在钻探过程中受到磨损时会脱落，使钻头持续产生一洗了宏观的凹坑，这能够帮助破岩和起到增加耐磨性，降低阻力的作用。而钻头本身的金刚石颗粒由于质地较为坚硬，能够击碎岩石，起到良好的作用。这种钻头于普通的金刚石钻头相比，钻进效率提高了一半，寿命延长了2/3，但钻头的整体设计还有待优化，需要后人不断的努力推动钻头发展。
3、螺旋钻头
仿生学在螺旋钻头中使用也比较广泛，在螺旋钻头翼板上利通过用仿生学的方法，加工出一系列非光滑性质的结构单元体，能够解决钻进过程中钻头阻力过大，附着严重的问题。钻头在钻进的过程中，由于翼板的凹凸不平，破坏了土层中水膜的连续性，也减小了土壤的黏着力，能够提高钻头的机械效率。与普通钻头相比，这种钻头能够提高2/3的钻进效率，也能够减少钻机一半的耗油量。
4、高速钢车刀
在高速钢车刀的前刀面进行仿生设计。能够使高速钢防身车道的磨损率减少35%，同时切削力减少2/5，切削温度降低1/4。通过仿生学在刀具上的应用，能够提高刀具的效率，也能够提升刀具的耐磨水平，仿生学对于刀具的发展是具有重大意义的。
二、构形仿生
构形仿生是根据生物体的体表形状进行仿生设计的一种方式。例如，日常生活中常见的飞机以及潜水艇的外形等都设计来自于仿生学的理解。
1、太空钻头
通过模仿树蜂尾部的产卵器，制作出的太空钻头，能够有效的降低钻头钻进时的阻力，也能够防止钻头被完全排出。钻头在钻进的过程中进行往复相反的运动，能够帮助钻屑的及时排出，避免钻屑沉积在孔底。而且这种钻头具有质量较轻，消耗功率比较小，钻进效率也较高的特点。还有一种太空钻头是仿蚯蚓的太空钻头。通过研究蚯蚓的爬行，设计出了可以在月球风化层内部进行爬行的机器人钻头。这种钻头不需要太大的施工空间，在较小的空间中就可以实现分化层中的高效率的钻进，能够大大的提高太空工作的效率。
2、食品加工时的仿生刀具
众所周知食人鱼的咬合力非常大，可以有效的切割猎物的皮肤和肌肉。因此，根据食人鱼牙齿的构型特点，设计出了一种类似于食人鱼牙齿的仿生剪刀。这种剪刀的内侧有锯齿形的结构，在进行肉类加工处理的过程中，具有非常高的效率。而且这种刀具的寿命比较长，效率也比较高，广泛应用于食品加工行业中。
三、仿生材料
仿生材料是通过模拟生物的材料结构来实现仿生的。大自然的生命在长期的进化中形成了完美的结构。以及性能优越的生物耐磨、抗疲勞材料，对各种刀具的设计提供了很大的参考意义。
科学家们通过研究河狸的牙齿发现，这种生物的牙齿外层为较硬的特殊物质，内层则为相对较软的牙本质。这种生物的内牙本质磨损得更快，这将会使得暴露出坚硬的外层特殊材料，进而使它们的牙齿变得更加锋利。技术专家通过研究这一有趣的现象，通过用较硬的氮化钛涂层和较为坚硬的合金刀片进行结合，使其附着在表面，这样可以显著提高合金刀片的耐磨损程度，也能够有效的增强仿生刀具的强度以及刚度，这种技术的应用，可以有效地消散压力，防止刀具表面产生技术裂纹。
四、目前仿生刀具技术存在的一些问题
目前国内的仿生刀具技术方面的研究工作开展进度不高，存在着以下几个重要的问题。首先，对自然界多种多样的生物研究不够到位，能够提供素材的生物不多。其次，研究加工刀具的仿生研究工作较少，而且各类的仿生刀具的切削效果有待时间的考验。最后，对于仿生刀具的相关理论基础研究还不足整体上匮乏，同时对于仿生刀具在切削过程中的性能以及使用过程中耐磨机理和耐磨性能等方向的研究深度有所欠缺。
五、小结
巧妙的应用仿真技术可以解决实际生活中和实际工程中所遇到的一些技术难题。目前，仿生技术在各类刀具的设计中得到一定的体现，使得刀具的种类和领域也发展较为广泛。但目前的仿生技术缺乏相关的理论指导，需要运来越多的科技工作者不断投身到这个行业中，不断推动我国仿生事业的发展，推动国家现代化的建设。
参考文献：
[1]邓宝清. 内燃机活塞缸套系统非光滑效应的仿生研究[D].长春：吉林大学，2004.
[2]杨卓娟. 凹坑形仿生非光滑轧辊耐磨性研究[D]. 长春：吉林大学，2006.
[3]任露泉，梁云虹. 耦合仿生学[M]. 北京：科学出版社，2011：2-20.
[4]沈明. 切刀刀片表面耐磨性能的仿生研究[D]. 长春：吉林大学，2007.
[5]王传留，孙友宏，刘宝昌，等. 仿生耦合孕镶金刚石钻头的试验及碎岩机理分析[J]. 中南大学学报：自然科学版，2011，42（5）：1321-1325.
致谢
本文的撰写过程中得到山东省教育厅科研课题项目-数控刀具耐磨性能的仿生学研究（编号J11LD71）的资助，在此表示感谢。
关键词：刀具仿生;形态;技术进展
地球上的生物体经过数万亿年的进化，不断演变出了许许多多具有优异特性的材料结构形态生物体。这些各种各样的生物体为人类的工程领域设计和研究提供了思路和灵感。应用仿生技术能够提高产品的寿命，也能够提高产品的性能，还能够提高产品的使用效率。在日常生活中，我们需要使用多种工具，如果能有效地减少工具的磨损，可以延长工具的使用寿命，提高工具的利用率，节省工具制造成本。通常来说刀具磨损通常发生在刀具表面，如果使用合理的表面技术，可以有效地避免这种问题。自然界的一部分生物经过长期的演化，具备了耐磨损的体表。因此，应用仿生学可以提高刀具的耐磨性和工作效率，下面就形态仿生，构形仿生以及材料仿生三方面做一些简单的探讨。
一、形态仿生
形态仿生是通过模拟生物体的表面来实现一定功能的一种仿生形态。例如，非光滑形态仿生，如果在工具的表面加工出类似于生物体表面仿生非光滑表面，则能够使工具表现出性质优越的耐磨性能。
1、仿生学的应用于切刀刀片中
在印刷行业的切刀刀片上，应用蜣螂前胸背板的凹坑形态，设计出合理的非光滑仿生单元体，通过这种性能优越设计，可以降低切刀刀片的切割力，最主要的特性体现在切刀的寿命能够提高将近20倍左右。使用仿生设计的切刀刀片能够有效的减少纸张被切花，这样既能够提高切纸的质量，也能够保证裁切纸张的尺寸的精度和稳定性。这项技术被广泛应用于包装皮革加工，塑料加工以及布匹生产等行业。
2、地质勘探钻头中仿生学的应用
根据仿生学所制造的金刚石钻头，选用石墨合成树脂作为材料。在地质勘探钻探过程中，利用石墨合成树脂材料的钻头，其的硬度往往比较低，在钻探过程中受到磨损时会脱落，使钻头持续产生一洗了宏观的凹坑，这能够帮助破岩和起到增加耐磨性，降低阻力的作用。而钻头本身的金刚石颗粒由于质地较为坚硬，能够击碎岩石，起到良好的作用。这种钻头于普通的金刚石钻头相比，钻进效率提高了一半，寿命延长了2/3，但钻头的整体设计还有待优化，需要后人不断的努力推动钻头发展。
3、螺旋钻头
仿生学在螺旋钻头中使用也比较广泛，在螺旋钻头翼板上利通过用仿生学的方法，加工出一系列非光滑性质的结构单元体，能够解决钻进过程中钻头阻力过大，附着严重的问题。钻头在钻进的过程中，由于翼板的凹凸不平，破坏了土层中水膜的连续性，也减小了土壤的黏着力，能够提高钻头的机械效率。与普通钻头相比，这种钻头能够提高2/3的钻进效率，也能够减少钻机一半的耗油量。
4、高速钢车刀
在高速钢车刀的前刀面进行仿生设计。能够使高速钢防身车道的磨损率减少35%，同时切削力减少2/5，切削温度降低1/4。通过仿生学在刀具上的应用，能够提高刀具的效率，也能够提升刀具的耐磨水平，仿生学对于刀具的发展是具有重大意义的。
二、构形仿生
构形仿生是根据生物体的体表形状进行仿生设计的一种方式。例如，日常生活中常见的飞机以及潜水艇的外形等都设计来自于仿生学的理解。
1、太空钻头
通过模仿树蜂尾部的产卵器，制作出的太空钻头，能够有效的降低钻头钻进时的阻力，也能够防止钻头被完全排出。钻头在钻进的过程中进行往复相反的运动，能够帮助钻屑的及时排出，避免钻屑沉积在孔底。而且这种钻头具有质量较轻，消耗功率比较小，钻进效率也较高的特点。还有一种太空钻头是仿蚯蚓的太空钻头。通过研究蚯蚓的爬行，设计出了可以在月球风化层内部进行爬行的机器人钻头。这种钻头不需要太大的施工空间，在较小的空间中就可以实现分化层中的高效率的钻进，能够大大的提高太空工作的效率。
2、食品加工时的仿生刀具
众所周知食人鱼的咬合力非常大，可以有效的切割猎物的皮肤和肌肉。因此，根据食人鱼牙齿的构型特点，设计出了一种类似于食人鱼牙齿的仿生剪刀。这种剪刀的内侧有锯齿形的结构，在进行肉类加工处理的过程中，具有非常高的效率。而且这种刀具的寿命比较长，效率也比较高，广泛应用于食品加工行业中。
三、仿生材料
仿生材料是通过模拟生物的材料结构来实现仿生的。大自然的生命在长期的进化中形成了完美的结构。以及性能优越的生物耐磨、抗疲勞材料，对各种刀具的设计提供了很大的参考意义。
科学家们通过研究河狸的牙齿发现，这种生物的牙齿外层为较硬的特殊物质，内层则为相对较软的牙本质。这种生物的内牙本质磨损得更快，这将会使得暴露出坚硬的外层特殊材料，进而使它们的牙齿变得更加锋利。技术专家通过研究这一有趣的现象，通过用较硬的氮化钛涂层和较为坚硬的合金刀片进行结合，使其附着在表面，这样可以显著提高合金刀片的耐磨损程度，也能够有效的增强仿生刀具的强度以及刚度，这种技术的应用，可以有效地消散压力，防止刀具表面产生技术裂纹。
四、目前仿生刀具技术存在的一些问题
目前国内的仿生刀具技术方面的研究工作开展进度不高，存在着以下几个重要的问题。首先，对自然界多种多样的生物研究不够到位，能够提供素材的生物不多。其次，研究加工刀具的仿生研究工作较少，而且各类的仿生刀具的切削效果有待时间的考验。最后，对于仿生刀具的相关理论基础研究还不足整体上匮乏，同时对于仿生刀具在切削过程中的性能以及使用过程中耐磨机理和耐磨性能等方向的研究深度有所欠缺。
五、小结
巧妙的应用仿真技术可以解决实际生活中和实际工程中所遇到的一些技术难题。目前，仿生技术在各类刀具的设计中得到一定的体现，使得刀具的种类和领域也发展较为广泛。但目前的仿生技术缺乏相关的理论指导，需要运来越多的科技工作者不断投身到这个行业中，不断推动我国仿生事业的发展，推动国家现代化的建设。
参考文献：
[1]邓宝清. 内燃机活塞缸套系统非光滑效应的仿生研究[D].长春：吉林大学，2004.
[2]杨卓娟. 凹坑形仿生非光滑轧辊耐磨性研究[D]. 长春：吉林大学，2006.
[3]任露泉，梁云虹. 耦合仿生学[M]. 北京：科学出版社，2011：2-20.
[4]沈明. 切刀刀片表面耐磨性能的仿生研究[D]. 长春：吉林大学，2007.
[5]王传留，孙友宏，刘宝昌，等. 仿生耦合孕镶金刚石钻头的试验及碎岩机理分析[J]. 中南大学学报：自然科学版，2011，42（5）：1321-1325.
致谢
本文的撰写过程中得到山东省教育厅科研课题项目-数控刀具耐磨性能的仿生学研究（编号J11LD71）的资助，在此表示感谢。