现代加工技术在农业机械制造中的应用分析

朱德生

(1.昆山第二中等专业学校,江苏 昆山 215300;2.昆山开放大学,江苏 昆山 215300)

0 引言

在农业机械产业快速发展的驱动下,我国农机企业持续提升技术实力,并优化产品组成,使农业机械产品在农业生产中发挥出巨大作用。在农机产品应用技术日渐丰富、结构趋于合理、功能日益完备的总体研发驱动下,要更好保证农机产品的实际应用质量,必须要同步提升农机加工制造技术,以匹配农业机械在使用性能、可靠性、安全性等多方面的需求。现代加工技术作为机械制造新技术的总称,将其合理应用于农业机械制造过程,并替代部分传统的加工方式,能够显著提高农机生产加工效率和产品质量。

1 现代加工技术特征

随着社会发展和众多新材料、新工艺的产生,传统机械加工模式不能完全适应现阶段农业机械生产加工的需求,为进一步提高生产制造效率、节约生产资源、减少环境污染,加工技术及工艺不断产生,对机械加工过程产生了有效改善。在传统机械加工技术逐渐产生瓶颈的影响下,20世纪80年代末,现代加工技术(AMT)被提出,并促进了全球范围制造业产业结构调整。现代加工技术现阶段发展分为宏观方向和微观方向两大途径,宏观方向主要通过加工设备集成化使传统的分步骤加工转型为制造系统集成(同步)加工;微观方向主要是通过优化加工工艺、应用智能技术等提高加工质量,并逐渐向超精密加工发展。现代加工技术在信息大爆发的时代,逐渐向个性化、技术密集化和知识密集化发展,并有效应对资源匮乏、环境污染、粗放制造、人力浪费等问题[1]。

现代加工技术在农业机械制造中的应用体现出以下新特征:1)计算机辅助设计(CAD)与计算机辅助制造(CAM)普及到产品开发与生产各个过程;2)快速成型技术与精密成型技术得到广泛应用,加工耗材和浪费显著降低;3)激光加工、等离子加工替代传统下料和铣、钻、切加工,并实现一次成型;4)材料热加工依靠计算机热工艺模拟,显著提高加工质量;5)现代化的集成制造系统得到更多应用,传统加工难点实现突破,向设计即可加工和工艺简单化发展;6)生产制造过程的管理趋于无人化,生产工序并行不悖。

2 农业机械制造的现实需求

农业机械制造是现代农机生产的基础,从我国农业机械生产制造过程来看,大部分农机企业沿用相对落后的生产制造理念,并存在技术创新不足、设备性能不稳定、制造工艺落后等问题,优化农机制造能力、应用新技术优化生产过程已成为农业机械制造的迫切需求。

农业机械制造业需重点从以下几方面寻求发展:一是技术创新,农业机械制造业须通过持续技术创新提升产品技术含量和竞争力,同时科学利用现代加工技术,推动产业升级和转型;二是由普通装备制造向高端装备制造升级,满足农业机械发展对于高精度、高质量、高可靠性设备需求,并逐步实现智能化制造;三是丰富人才队伍,面对多样化、技术化的生产环境,必须引进更多机械现代加工技术的相关专业人才,确保机械加工新设备、新工艺发挥技术价值。

3 现代加工技术的应用形式

3.1 超高速切削技术

超高速切削技术是采用远高于传统切削速度的金属加工技术,能有效提高加工效率,并降低切削力,实现快速优质加工,十分适合应用于农机制造领域。通过采用超硬材料刀具、磨具,能有效改善传统金属切削过程刀具寿命短、硬质金属不易加工等困扰问题,因超高速切削有效降低了切削热量、切削振动等不利因素,显著提高加工质量,其中常用材料超高速加工速度建议范围如表1所示。例如,部分新型农机刃具在淬火后硬度可达55～60 HRC甚至更高,利用超高速切削技术进行加工,效率可提高70%～75%,加工费用可节约40%,且由于超高速切削产生的切屑带走了约95%的热量,热变形小,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议范围 单位:m/s

3.2 高效磨削技术

高效磨削技术是高质量磨削加工技术,其砂轮线速度可达80 m/s以上,根据磨削加工方式的不同,可分为超高速磨削、高速重负荷修磨、缓进给大切深磨削等,将其应用于农机制造领域,因为有效减小了砂轮冲击损伤和减轻磨削表面烧伤和裂纹,能够显著提高金属材料的表面加工质量,避免了砂轮的早期损坏,节约磨削加工的时间,其在进口农机产品的精密件维修领域能够发挥很大作用,一方面高效磨削技术能够实现精细修磨有效去除表面缺陷层,使磨损后的零部件在表面镀覆修复后恢复原有的配合精度;另一方面,高效磨削通过减小磨屑改善加工过程的冲击振动,可用于加工或修复进口农机中应用的一些高硬度、高脆性的零部件[3]。

3.3 激光加工技术

随着数字控制技术和加工精度的不断提升,激光加工技术在农业机械加工中的应用越来越广泛,该技术通过高密度高能量的激光光束加工材料利用激光能量使材料产生理化变化,近而实现加工。利用激光加工能够替代传统农机制造过程中工序复杂的板材下料、铣削加工、钻孔加工等繁琐工序,利用激光成型技术能够一次性精确制造平板材料零件,且能够通过排版加工的方式有效利用板材材料,避免浪费。此外,利用激光焊接技术能够在一定程序替代传统的电气焊、等离子焊,提高焊接加工效率和焊接质量,并降低加工过程中的噪音。通过激光加工有效减少了传统生产制造过程中的人工打磨、清除焊渣等工作,且激光焊接及成型加工技术对于复杂的农机外壳、防护罩等具有精确仿型加工能力,能够按照预设轨迹实现精确焊接[4]。

3.4 增材制造技术

增材制造技术是近年来兴起的一项新制造技术,其特征是利用设计图纸与三维模型为基础,通过数字软件处理将零件分解成为可供逐层打印的离散化模型,在利用如3D打印机等增材制造设备进行加工制造。该技术目前在农机制造领域的应用主要用于复杂零件的小批量试制与试验使用,利用增材制造技术能够快速制造复杂结构的三维零件,实现对农机局部结构的预先试验与优化改进,显著缩短农机研发与投产过程。现阶段,增材制造技术根据成型形式的差异可分为熔融沉积成型、光固化成型、金属激光烧结等多种类型,能够生成精确且强度很高的金属材料模型,为农机设计人员改善设计方案、优化设计思路提供有效保障[5]。

3.5 精密铸造技术

精密铸造技术是相对于传统铸造工艺和技术体现而言的,其现阶段在农业机械制造中的应用越来越广泛,与传统铸造工艺相比,精密铸造成型能够一次性生产出具有高精度和高表面质量的铸造件,且能够通过数控设备实现自动化生产,不仅有利于提高生产效率,而且铸件的使用寿命明显延长。精密铸造技术的应用还在一定程度上改善了农业机械的装配精度,能够提高农机整体应用质量。

3.6 表面处理技术

表面处理技术在农业机械制造领域的应用主要包括两大方面:一是针对传统工艺的优化升级,例如农业机械的传动轴、裸露的金属配合件等,可通过表面改性、表面镀覆等方式提高零件耐磨性及其他机械性能,近而改善易损零件的使用寿命,提高农机可靠性和稳定性;二是修复生产制造过程中的瑕疵件,若生产过程中存在零件加工尺寸不合理,如直径偏小、表面质量不佳等,可通过金属表面喷涂、表面镀覆等方式恢复少量表面尺寸,避免零件批量报废,降低农机生产过程中的损失[6]。

4 农机制造模式的发展趋势

4.1 设计与工艺的集群化升级

农业机械的制造体系逐渐向着技术密集、知识密集方向发展,使农机产品的设计研发与工艺选择更侧重考虑制造效率和技术的快速升级,在计算机辅助设计、计算机辅助工艺更全面融入开发与制造过程中,工艺过程建模仿真、系统工程规划设计、工艺过程规划设计等将成为未来影响农机制造质量的关键因素。与此同时,快速成型与增材制造技术在一定程度改善了传统工艺设计与试验过程,新生产技术促进了农机设计、产品研发与工艺的快速优化升级[7-8]。

4.2 制造技术与设备的整合应用

随着农业机械的功能逐渐由单一向复合化发展,多功能的机型需要更丰富与先进的制造硬件支持,现代加工技术的整合应用将全面整合材料制造技术、新工艺、连接与装配技术、测试监测设备应用、环保制造、便捷维修等技术,并与现代化的数控机床与伺服系统相关联,实现农机制造能力的全面提升。

4.3 自动化与智能化的作用发挥

农机制造技术将会持续受到科技进步与创新的影响,智能化和自动化技术将在农机制造中得到广泛应用,农机自动化生产线将实现普及,农机生产能力逐渐接近于现阶段的汽车行业生产能力,同时利用信息化和数字化技术改变农机制造模式,强化生产过程的质量管理与进度监测,全面提高产品质量和生产效率。

4.4 标准化与模块化的普及

为满足不同农机用户的需求,农机制造将更加注重模块化和标准化,通过模块化设计,能实现农机功能的选择与性能调整,方便地进行功能部件更换和农机升级,在标准化设计的支持下,农机产品部件的通用性显著提高,农民购机、用机、升级农机成本相应降低[9]。

5 结语

总之,我国的农机制造行业近年来实现了快速进步,生产能力和产品质量得到显著提升。但与汽车等热门产品制造业相比,其应用的现代加工技术仍相对不足,生产模式与发展理念仍受制约。未来农机制造在强化生产效率、降低成本、提高产品质量的同时,还应重视自动化、多功能性、定制化、信息化和数字化发展,认识到现代加工技术在农业机械中的重要作用,利用技术升级促进产品质量提升,实现国产农机产品的新飞跃。