現代加工技術在農業機械制造中的應用分析

朱德生

(1.昆山第二中等專業學校,江蘇 昆山 215300;2.昆山開放大學,江蘇 昆山 215300)

0 引言

在農業機械產業快速發展的驅動下,我國農機企業持續提升技術實力,并優化產品組成,使農業機械產品在農業生產中發揮出巨大作用。在農機產品應用技術日漸豐富、結構趨于合理、功能日益完備的總體研發驅動下,要更好保證農機產品的實際應用質量,必須要同步提升農機加工制造技術,以匹配農業機械在使用性能、可靠性、安全性等多方面的需求?，F代加工技術作為機械制造新技術的總稱,將其合理應用于農業機械制造過程,并替代部分傳統的加工方式,能夠顯著提高農機生產加工效率和產品質量。

1 現代加工技術特征

隨著社會發展和眾多新材料、新工藝的產生,傳統機械加工模式不能完全適應現階段農業機械生產加工的需求,為進一步提高生產制造效率、節約生產資源、減少環境污染,加工技術及工藝不斷產生,對機械加工過程產生了有效改善。在傳統機械加工技術逐漸產生瓶頸的影響下,20世紀80年代末,現代加工技術(AMT)被提出,并促進了全球范圍制造業產業結構調整?，F代加工技術現階段發展分為宏觀方向和微觀方向兩大途徑,宏觀方向主要通過加工設備集成化使傳統的分步驟加工轉型為制造系統集成(同步)加工;微觀方向主要是通過優化加工工藝、應用智能技術等提高加工質量,并逐漸向超精密加工發展?，F代加工技術在信息大爆發的時代,逐漸向個性化、技術密集化和知識密集化發展,并有效應對資源匱乏、環境污染、粗放制造、人力浪費等問題[1]。

現代加工技術在農業機械制造中的應用體現出以下新特征:1)計算機輔助設計(CAD)與計算機輔助制造(CAM)普及到產品開發與生產各個過程;2)快速成型技術與精密成型技術得到廣泛應用,加工耗材和浪費顯著降低;3)激光加工、等離子加工替代傳統下料和銑、鉆、切加工,并實現一次成型;4)材料熱加工依靠計算機熱工藝模擬,顯著提高加工質量;5)現代化的集成制造系統得到更多應用,傳統加工難點實現突破,向設計即可加工和工藝簡單化發展;6)生產制造過程的管理趨于無人化,生產工序并行不悖。

2 農業機械制造的現實需求

農業機械制造是現代農機生產的基礎,從我國農業機械生產制造過程來看,大部分農機企業沿用相對落后的生產制造理念,并存在技術創新不足、設備性能不穩定、制造工藝落后等問題,優化農機制造能力、應用新技術優化生產過程已成為農業機械制造的迫切需求。

農業機械制造業需重點從以下幾方面尋求發展:一是技術創新,農業機械制造業須通過持續技術創新提升產品技術含量和競爭力,同時科學利用現代加工技術,推動產業升級和轉型;二是由普通裝備制造向高端裝備制造升級,滿足農業機械發展對于高精度、高質量、高可靠性設備需求,并逐步實現智能化制造;三是豐富人才隊伍,面對多樣化、技術化的生產環境,必須引進更多機械現代加工技術的相關專業人才,確保機械加工新設備、新工藝發揮技術價值。

3 現代加工技術的應用形式

3.1 超高速切削技術

超高速切削技術是采用遠高于傳統切削速度的金屬加工技術,能有效提高加工效率,并降低切削力,實現快速優質加工,十分適合應用于農機制造領域。通過采用超硬材料刀具、磨具,能有效改善傳統金屬切削過程刀具壽命短、硬質金屬不易加工等困擾問題,因超高速切削有效降低了切削熱量、切削振動等不利因素,顯著提高加工質量,其中常用材料超高速加工速度建議范圍如表1所示。例如,部分新型農機刃具在淬火后硬度可達55～60 HRC甚至更高,利用超高速切削技術進行加工,效率可提高70%～75%,加工費用可節約40%,且由于超高速切削產生的切屑帶走了約95%的熱量,熱變形小,使刀具制造精度大幅提高[2]。

表1 常用材料超高速加工速度建議范圍 單位:m/s

3.2 高效磨削技術

高效磨削技術是高質量磨削加工技術,其砂輪線速度可達80 m/s以上,根據磨削加工方式的不同,可分為超高速磨削、高速重負荷修磨、緩進給大切深磨削等,將其應用于農機制造領域,因為有效減小了砂輪沖擊損傷和減輕磨削表面燒傷和裂紋,能夠顯著提高金屬材料的表面加工質量,避免了砂輪的早期損壞,節約磨削加工的時間,其在進口農機產品的精密件維修領域能夠發揮很大作用,一方面高效磨削技術能夠實現精細修磨有效去除表面缺陷層,使磨損后的零部件在表面鍍覆修復后恢復原有的配合精度;另一方面,高效磨削通過減小磨屑改善加工過程的沖擊振動,可用于加工或修復進口農機中應用的一些高硬度、高脆性的零部件[3]。

3.3 激光加工技術

隨著數字控制技術和加工精度的不斷提升,激光加工技術在農業機械加工中的應用越來越廣泛,該技術通過高密度高能量的激光光束加工材料利用激光能量使材料產生理化變化,近而實現加工。利用激光加工能夠替代傳統農機制造過程中工序復雜的板材下料、銑削加工、鉆孔加工等繁瑣工序,利用激光成型技術能夠一次性精確制造平板材料零件,且能夠通過排版加工的方式有效利用板材材料,避免浪費。此外,利用激光焊接技術能夠在一定程序替代傳統的電氣焊、等離子焊,提高焊接加工效率和焊接質量,并降低加工過程中的噪音。通過激光加工有效減少了傳統生產制造過程中的人工打磨、清除焊渣等工作,且激光焊接及成型加工技術對于復雜的農機外殼、防護罩等具有精確仿型加工能力,能夠按照預設軌跡實現精確焊接[4]。

3.4 增材制造技術

增材制造技術是近年來興起的一項新制造技術,其特征是利用設計圖紙與三維模型為基礎,通過數字軟件處理將零件分解成為可供逐層打印的離散化模型,在利用如3D打印機等增材制造設備進行加工制造。該技術目前在農機制造領域的應用主要用于復雜零件的小批量試制與試驗使用,利用增材制造技術能夠快速制造復雜結構的三維零件,實現對農機局部結構的預先試驗與優化改進,顯著縮短農機研發與投產過程。現階段,增材制造技術根據成型形式的差異可分為熔融沉積成型、光固化成型、金屬激光燒結等多種類型,能夠生成精確且強度很高的金屬材料模型,為農機設計人員改善設計方案、優化設計思路提供有效保障[5]。

3.5 精密鑄造技術

精密鑄造技術是相對于傳統鑄造工藝和技術體現而言的,其現階段在農業機械制造中的應用越來越廣泛,與傳統鑄造工藝相比,精密鑄造成型能夠一次性生產出具有高精度和高表面質量的鑄造件,且能夠通過數控設備實現自動化生產,不僅有利于提高生產效率,而且鑄件的使用壽命明顯延長。精密鑄造技術的應用還在一定程度上改善了農業機械的裝配精度,能夠提高農機整體應用質量。

3.6 表面處理技術

表面處理技術在農業機械制造領域的應用主要包括兩大方面:一是針對傳統工藝的優化升級,例如農業機械的傳動軸、裸露的金屬配合件等,可通過表面改性、表面鍍覆等方式提高零件耐磨性及其他機械性能,近而改善易損零件的使用壽命,提高農機可靠性和穩定性;二是修復生產制造過程中的瑕疵件,若生產過程中存在零件加工尺寸不合理,如直徑偏小、表面質量不佳等,可通過金屬表面噴涂、表面鍍覆等方式恢復少量表面尺寸,避免零件批量報廢,降低農機生產過程中的損失[6]。

4 農機制造模式的發展趨勢

4.1 設計與工藝的集群化升級

農業機械的制造體系逐漸向著技術密集、知識密集方向發展,使農機產品的設計研發與工藝選擇更側重考慮制造效率和技術的快速升級,在計算機輔助設計、計算機輔助工藝更全面融入開發與制造過程中,工藝過程建模仿真、系統工程規劃設計、工藝過程規劃設計等將成為未來影響農機制造質量的關鍵因素。與此同時,快速成型與增材制造技術在一定程度改善了傳統工藝設計與試驗過程,新生產技術促進了農機設計、產品研發與工藝的快速優化升級[7-8]。

4.2 制造技術與設備的整合應用

隨著農業機械的功能逐漸由單一向復合化發展,多功能的機型需要更豐富與先進的制造硬件支持,現代加工技術的整合應用將全面整合材料制造技術、新工藝、連接與裝配技術、測試監測設備應用、環保制造、便捷維修等技術,并與現代化的數控機床與伺服系統相關聯,實現農機制造能力的全面提升。

4.3 自動化與智能化的作用發揮

農機制造技術將會持續受到科技進步與創新的影響,智能化和自動化技術將在農機制造中得到廣泛應用,農機自動化生產線將實現普及,農機生產能力逐漸接近于現階段的汽車行業生產能力,同時利用信息化和數字化技術改變農機制造模式,強化生產過程的質量管理與進度監測,全面提高產品質量和生產效率。

4.4 標準化與模塊化的普及

為滿足不同農機用戶的需求,農機制造將更加注重模塊化和標準化,通過模塊化設計,能實現農機功能的選擇與性能調整,方便地進行功能部件更換和農機升級,在標準化設計的支持下,農機產品部件的通用性顯著提高,農民購機、用機、升級農機成本相應降低[9]。

5 結語

總之,我國的農機制造行業近年來實現了快速進步,生產能力和產品質量得到顯著提升。但與汽車等熱門產品制造業相比,其應用的現代加工技術仍相對不足,生產模式與發展理念仍受制約。未來農機制造在強化生產效率、降低成本、提高產品質量的同時,還應重視自動化、多功能性、定制化、信息化和數字化發展,認識到現代加工技術在農業機械中的重要作用,利用技術升級促進產品質量提升,實現國產農機產品的新飛躍。