現(xiàn)代加工技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中的應(yīng)用分析

朱德生

(1.昆山第二中等專業(yè)學(xué)校,江蘇 昆山 215300;2.昆山開(kāi)放大學(xué),江蘇 昆山 215300)

0 引言

在農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的驅(qū)動(dòng)下,我國(guó)農(nóng)機(jī)企業(yè)持續(xù)提升技術(shù)實(shí)力,并優(yōu)化產(chǎn)品組成,使農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮出巨大作用。在農(nóng)機(jī)產(chǎn)品應(yīng)用技術(shù)日漸豐富、結(jié)構(gòu)趨于合理、功能日益完備的總體研發(fā)驅(qū)動(dòng)下,要更好保證農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用質(zhì)量,必須要同步提升農(nóng)機(jī)加工制造技術(shù),以匹配農(nóng)業(yè)機(jī)械在使用性能、可靠性、安全性等多方面的需求。現(xiàn)代加工技術(shù)作為機(jī)械制造新技術(shù)的總稱,將其合理應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械制造過(guò)程,并替代部分傳統(tǒng)的加工方式,能夠顯著提高農(nóng)機(jī)生產(chǎn)加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

1 現(xiàn)代加工技術(shù)特征

隨著社會(huì)發(fā)展和眾多新材料、新工藝的產(chǎn)生,傳統(tǒng)機(jī)械加工模式不能完全適應(yīng)現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)加工的需求,為進(jìn)一步提高生產(chǎn)制造效率、節(jié)約生產(chǎn)資源、減少環(huán)境污染,加工技術(shù)及工藝不斷產(chǎn)生,對(duì)機(jī)械加工過(guò)程產(chǎn)生了有效改善。在傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)逐漸產(chǎn)生瓶頸的影響下,20世紀(jì)80年代末,現(xiàn)代加工技術(shù)(AMT)被提出,并促進(jìn)了全球范圍制造業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。現(xiàn)代加工技術(shù)現(xiàn)階段發(fā)展分為宏觀方向和微觀方向兩大途徑,宏觀方向主要通過(guò)加工設(shè)備集成化使傳統(tǒng)的分步驟加工轉(zhuǎn)型為制造系統(tǒng)集成(同步)加工;微觀方向主要是通過(guò)優(yōu)化加工工藝、應(yīng)用智能技術(shù)等提高加工質(zhì)量,并逐漸向超精密加工發(fā)展。現(xiàn)代加工技術(shù)在信息大爆發(fā)的時(shí)代,逐漸向個(gè)性化、技術(shù)密集化和知識(shí)密集化發(fā)展,并有效應(yīng)對(duì)資源匱乏、環(huán)境污染、粗放制造、人力浪費(fèi)等問(wèn)題[1]。

現(xiàn)代加工技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中的應(yīng)用體現(xiàn)出以下新特征:1)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)與計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)普及到產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)各個(gè)過(guò)程;2)快速成型技術(shù)與精密成型技術(shù)得到廣泛應(yīng)用,加工耗材和浪費(fèi)顯著降低;3)激光加工、等離子加工替代傳統(tǒng)下料和銑、鉆、切加工,并實(shí)現(xiàn)一次成型;4)材料熱加工依靠計(jì)算機(jī)熱工藝模擬,顯著提高加工質(zhì)量;5)現(xiàn)代化的集成制造系統(tǒng)得到更多應(yīng)用,傳統(tǒng)加工難點(diǎn)實(shí)現(xiàn)突破,向設(shè)計(jì)即可加工和工藝簡(jiǎn)單化發(fā)展;6)生產(chǎn)制造過(guò)程的管理趨于無(wú)人化,生產(chǎn)工序并行不悖。

2 農(nóng)業(yè)機(jī)械制造的現(xiàn)實(shí)需求

農(nóng)業(yè)機(jī)械制造是現(xiàn)代農(nóng)機(jī)生產(chǎn)的基礎(chǔ),從我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)制造過(guò)程來(lái)看,大部分農(nóng)機(jī)企業(yè)沿用相對(duì)落后的生產(chǎn)制造理念,并存在技術(shù)創(chuàng)新不足、設(shè)備性能不穩(wěn)定、制造工藝落后等問(wèn)題,優(yōu)化農(nóng)機(jī)制造能力、應(yīng)用新技術(shù)優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程已成為農(nóng)業(yè)機(jī)械制造的迫切需求。

農(nóng)業(yè)機(jī)械制造業(yè)需重點(diǎn)從以下幾方面尋求發(fā)展:一是技術(shù)創(chuàng)新,農(nóng)業(yè)機(jī)械制造業(yè)須通過(guò)持續(xù)技術(shù)創(chuàng)新提升產(chǎn)品技術(shù)含量和競(jìng)爭(zhēng)力,同時(shí)科學(xué)利用現(xiàn)代加工技術(shù),推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和轉(zhuǎn)型;二是由普通裝備制造向高端裝備制造升級(jí),滿足農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展對(duì)于高精度、高質(zhì)量、高可靠性設(shè)備需求,并逐步實(shí)現(xiàn)智能化制造;三是豐富人才隊(duì)伍,面對(duì)多樣化、技術(shù)化的生產(chǎn)環(huán)境,必須引進(jìn)更多機(jī)械現(xiàn)代加工技術(shù)的相關(guān)專業(yè)人才,確保機(jī)械加工新設(shè)備、新工藝發(fā)揮技術(shù)價(jià)值。

3 現(xiàn)代加工技術(shù)的應(yīng)用形式

3.1 超高速切削技術(shù)

超高速切削技術(shù)是采用遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)切削速度的金屬加工技術(shù),能有效提高加工效率,并降低切削力,實(shí)現(xiàn)快速優(yōu)質(zhì)加工,十分適合應(yīng)用于農(nóng)機(jī)制造領(lǐng)域。通過(guò)采用超硬材料刀具、磨具,能有效改善傳統(tǒng)金屬切削過(guò)程刀具壽命短、硬質(zhì)金屬不易加工等困擾問(wèn)題,因超高速切削有效降低了切削熱量、切削振動(dòng)等不利因素,顯著提高加工質(zhì)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(nóng)機(jī)刃具在淬火后硬度可達(dá)55～60 HRC甚至更高,利用超高速切削技術(shù)進(jìn)行加工,效率可提高70%～75%,加工費(fèi)用可節(jié)約40%,且由于超高速切削產(chǎn)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(shù)

高效磨削技術(shù)是高質(zhì)量磨削加工技術(shù),其砂輪線速度可達(dá)80 m/s以上,根據(jù)磨削加工方式的不同,可分為超高速磨削、高速重負(fù)荷修磨、緩進(jìn)給大切深磨削等,將其應(yīng)用于農(nóng)機(jī)制造領(lǐng)域,因?yàn)橛行p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(zhì)量,避免了砂輪的早期損壞,節(jié)約磨削加工的時(shí)間,其在進(jìn)口農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的精密件維修領(lǐng)域能夠發(fā)揮很大作用,一方面高效磨削技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)精細(xì)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(fù)后恢復(fù)原有的配合精度;另一方面,高效磨削通過(guò)減小磨屑改善加工過(guò)程的沖擊振動(dòng),可用于加工或修復(fù)進(jìn)口農(nóng)機(jī)中應(yīng)用的一些高硬度、高脆性的零部件[3]。

3.3 激光加工技術(shù)

隨著數(shù)字控制技術(shù)和加工精度的不斷提升,激光加工技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械加工中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,該技術(shù)通過(guò)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(chǎn)生理化變化,近而實(shí)現(xiàn)加工。利用激光加工能夠替代傳統(tǒng)農(nóng)機(jī)制造過(guò)程中工序復(fù)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(shù)能夠一次性精確制造平板材料零件,且能夠通過(guò)排版加工的方式有效利用板材材料,避免浪費(fèi)。此外,利用激光焊接技術(shù)能夠在一定程序替代傳統(tǒng)的電氣焊、等離子焊,提高焊接加工效率和焊接質(zhì)量,并降低加工過(guò)程中的噪音。通過(guò)激光加工有效減少了傳統(tǒng)生產(chǎn)制造過(guò)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(shù)對(duì)于復(fù)雜的農(nóng)機(jī)外殼、防護(hù)罩等具有精確仿型加工能力,能夠按照預(yù)設(shè)軌跡實(shí)現(xiàn)精確焊接[4]。

3.4 增材制造技術(shù)

增材制造技術(shù)是近年來(lái)興起的一項(xiàng)新制造技術(shù),其特征是利用設(shè)計(jì)圖紙與三維模型為基礎(chǔ),通過(guò)數(shù)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(jī)等增材制造設(shè)備進(jìn)行加工制造。該技術(shù)目前在農(nóng)機(jī)制造領(lǐng)域的應(yīng)用主要用于復(fù)雜零件的小批量試制與試驗(yàn)使用,利用增材制造技術(shù)能夠快速制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)的三維零件,實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)機(jī)局部結(jié)構(gòu)的預(yù)先試驗(yàn)與優(yōu)化改進(jìn),顯著縮短農(nóng)機(jī)研發(fā)與投產(chǎn)過(guò)程。現(xiàn)階段,增材制造技術(shù)根據(jù)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(jié)等多種類型,能夠生成精確且強(qiáng)度很高的金屬材料模型,為農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)人員改善設(shè)計(jì)方案、優(yōu)化設(shè)計(jì)思路提供有效保障[5]。

3.5 精密鑄造技術(shù)

精密鑄造技術(shù)是相對(duì)于傳統(tǒng)鑄造工藝和技術(shù)體現(xiàn)而言的,其現(xiàn)階段在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,與傳統(tǒng)鑄造工藝相比,精密鑄造成型能夠一次性生產(chǎn)出具有高精度和高表面質(zhì)量的鑄造件,且能夠通過(guò)數(shù)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn),不僅有利于提高生產(chǎn)效率,而且鑄件的使用壽命明顯延長(zhǎng)。精密鑄造技術(shù)的應(yīng)用還在一定程度上改善了農(nóng)業(yè)機(jī)械的裝配精度,能夠提高農(nóng)機(jī)整體應(yīng)用質(zhì)量。

3.6 表面處理技術(shù)

表面處理技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括兩大方面:一是針對(duì)傳統(tǒng)工藝的優(yōu)化升級(jí),例如農(nóng)業(yè)機(jī)械的傳動(dòng)軸、裸露的金屬配合件等,可通過(guò)表面改性、表面鍍覆等方式提高零件耐磨性及其他機(jī)械性能,近而改善易損零件的使用壽命,提高農(nóng)機(jī)可靠性和穩(wěn)定性;二是修復(fù)生產(chǎn)制造過(guò)程中的瑕疵件,若生產(chǎn)過(guò)程中存在零件加工尺寸不合理,如直徑偏小、表面質(zhì)量不佳等,可通過(guò)金屬表面噴涂、表面鍍覆等方式恢復(fù)少量表面尺寸,避免零件批量報(bào)廢,降低農(nóng)機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中的損失[6]。

4 農(nóng)機(jī)制造模式的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 設(shè)計(jì)與工藝的集群化升級(jí)

農(nóng)業(yè)機(jī)械的制造體系逐漸向著技術(shù)密集、知識(shí)密集方向發(fā)展,使農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)研發(fā)與工藝選擇更側(cè)重考慮制造效率和技術(shù)的快速升級(jí),在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工藝更全面融入開(kāi)發(fā)與制造過(guò)程中,工藝過(guò)程建模仿真、系統(tǒng)工程規(guī)劃設(shè)計(jì)、工藝過(guò)程規(guī)劃設(shè)計(jì)等將成為未來(lái)影響農(nóng)機(jī)制造質(zhì)量的關(guān)鍵因素。與此同時(shí),快速成型與增材制造技術(shù)在一定程度改善了傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)與試驗(yàn)過(guò)程,新生產(chǎn)技術(shù)促進(jìn)了農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品研發(fā)與工藝的快速優(yōu)化升級(jí)[7-8]。

4.2 制造技術(shù)與設(shè)備的整合應(yīng)用

隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械的功能逐漸由單一向復(fù)合化發(fā)展,多功能的機(jī)型需要更豐富與先進(jìn)的制造硬件支持,現(xiàn)代加工技術(shù)的整合應(yīng)用將全面整合材料制造技術(shù)、新工藝、連接與裝配技術(shù)、測(cè)試監(jiān)測(cè)設(shè)備應(yīng)用、環(huán)保制造、便捷維修等技術(shù),并與現(xiàn)代化的數(shù)控機(jī)床與伺服系統(tǒng)相關(guān)聯(lián),實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)制造能力的全面提升。

4.3 自動(dòng)化與智能化的作用發(fā)揮

農(nóng)機(jī)制造技術(shù)將會(huì)持續(xù)受到科技進(jìn)步與創(chuàng)新的影響,智能化和自動(dòng)化技術(shù)將在農(nóng)機(jī)制造中得到廣泛應(yīng)用,農(nóng)機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)線將實(shí)現(xiàn)普及,農(nóng)機(jī)生產(chǎn)能力逐漸接近于現(xiàn)階段的汽車行業(yè)生產(chǎn)能力,同時(shí)利用信息化和數(shù)字化技術(shù)改變農(nóng)機(jī)制造模式,強(qiáng)化生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量管理與進(jìn)度監(jiān)測(cè),全面提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

4.4 標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化的普及

為滿足不同農(nóng)機(jī)用戶的需求,農(nóng)機(jī)制造將更加注重模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化,通過(guò)模塊化設(shè)計(jì),能實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)功能的選擇與性能調(diào)整,方便地進(jìn)行功能部件更換和農(nóng)機(jī)升級(jí),在標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的支持下,農(nóng)機(jī)產(chǎn)品部件的通用性顯著提高,農(nóng)民購(gòu)機(jī)、用機(jī)、升級(jí)農(nóng)機(jī)成本相應(yīng)降低[9]。

5 結(jié)語(yǔ)

總之,我國(guó)的農(nóng)機(jī)制造行業(yè)近年來(lái)實(shí)現(xiàn)了快速進(jìn)步,生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量得到顯著提升。但與汽車等熱門產(chǎn)品制造業(yè)相比,其應(yīng)用的現(xiàn)代加工技術(shù)仍相對(duì)不足,生產(chǎn)模式與發(fā)展理念仍受制約。未來(lái)農(nóng)機(jī)制造在強(qiáng)化生產(chǎn)效率、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí),還應(yīng)重視自動(dòng)化、多功能性、定制化、信息化和數(shù)字化發(fā)展,認(rèn)識(shí)到現(xiàn)代加工技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械中的重要作用,利用技術(shù)升級(jí)促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量提升,實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的新飛躍。