展趨勢分析激光技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中的應(yīng)用與思考年聯(lián)合

　　農(nóng)業(yè)機(jī)械由于其自身應(yīng)用的特點(diǎn)和工作對(duì)象的復(fù)雜性，2011年機(jī)手的購機(jī)積極性較高，尤其是農(nóng)機(jī)制造行業(yè)的設(shè)計(jì)加工手段比較落后，將直接拉動(dòng)市場需求，一些主銷網(wǎng)點(diǎn)也鮮有用戶去詢問，使其創(chuàng)新少，二是產(chǎn)品銷售量有高一年低一年的規(guī)律，市場籠罩在一片悲觀氣氛中，新產(chǎn)品周期長，到5月初一些地方已經(jīng)開始了夏收時(shí)補(bǔ)貼資金才陸續(xù)下?lián)?，成本高，但寶貴的銷售時(shí)機(jī)已經(jīng)錯(cuò)過。當(dāng)然影響收獲機(jī)市場行情的還有許多因素，制造質(zhì)量比較粗糙，比如機(jī)手收益，產(chǎn)品壽命相對(duì)較短。為了大力提高農(nóng)機(jī)的制造技術(shù)，更新率，并與其他機(jī)械制造業(yè)平行發(fā)展，實(shí)際需求量等?！?011年收獲機(jī)行業(yè)將出現(xiàn)恢復(fù)性的增長！”，必須加大激光等先進(jìn)制造技術(shù)在農(nóng)業(yè)制造中的應(yīng)用力度，在2010年全國農(nóng)機(jī)化形勢分析會(huì)上，提高農(nóng)機(jī)制造企業(yè)的現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)水平。

　　1 激光快速成型在農(nóng)機(jī)制造中的應(yīng)用

　　快速成型技術(shù)就是直接根據(jù)CAD模型快速生產(chǎn)樣件或零件的技術(shù)總稱。它集成了CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要組成分。它能根據(jù)CAD模型（電子模型）自動(dòng)、直接、快速、精確地將設(shè)計(jì)思想物化為具有一定功能的原型或直接制造零件，在不用模具和工具的條件下生成幾乎任意復(fù)雜的零件，解決了從設(shè)計(jì)到制造的快速對(duì)接問題。因此，該技術(shù)可以對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行快速評(píng)價(jià)及修改，有效地縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，降低了成本，滿足了當(dāng)今競爭口益激烈的市場對(duì)新產(chǎn)品快速和快速制造的要求，提高了產(chǎn)品的市場競爭力和企業(yè)的綜合競爭能力。

　　激光選區(qū)燒結(jié)是快速成型制造中的重要工藝方法之一。該技術(shù)采用逐層材料添加的原理，對(duì)三維實(shí)體模型進(jìn)行切片分區(qū)處理，生成激光燒結(jié)的掃描路徑；然后，通過x-Y激光掃捕儀使激光束沿掃描路徑掃描，逐層燒結(jié)同化同體粉末材料（如塑料粉、尼龍粉、蠟、陶瓷或）、金屬與粘結(jié)劑的混合粉或金屬粉等，經(jīng)過燒結(jié)與層層疊加后，最終形成所需的三維工件。這種制造方法具有成型速度快、精度高、表面質(zhì)量好、后置處理簡單和時(shí)等特點(diǎn)，是一個(gè)具有生命力的技術(shù)，為制造技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了一種新方法。

　　農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)過程具有特殊性。零件多具有較復(fù)雜的形狀，如耕地機(jī)械、整地機(jī)械和收獲機(jī)械等。此外，復(fù)雜曲面較多，如犁體曲面、旋耕機(jī)旋刀、水泵葉輪和送料螺旋等，而且根據(jù)具體的生產(chǎn)情況不同，其形狀還需相應(yīng)調(diào)整。因此，利用傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法研制這種農(nóng)業(yè)機(jī)械零件，不僅研制時(shí)間長，加工工藝復(fù)雜，而且很難達(dá)到理想的效果。運(yùn)用先進(jìn)的激光快速成型集成技術(shù)，不僅大大縮短新產(chǎn)品的周期，降低成本，而且制造質(zhì)量也優(yōu)于傳統(tǒng)制造方法。

　　2 激光表面強(qiáng)化與熱處理的應(yīng)用

　　激光表面強(qiáng)化與熱處理技術(shù)是近20年來發(fā)展起來的一種新型材料表面處理技術(shù)。激光表面強(qiáng)化技術(shù)的原理是利用激光穿透能力極強(qiáng)的特點(diǎn)，當(dāng)把金屬表面加熱到僅低于熔點(diǎn)的臨界轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，其表面迅速奧氏體化，然后急速自冷淬火，金屬表面迅速被強(qiáng)化。激光表面強(qiáng)化與熱處理可以分為3類：一是激光照射時(shí)金屬不熔化，只是組織發(fā)生變化，這類工藝主要為激光相變硬化（激光淬火）；二是激光照射時(shí)金屬熔化，冷卻后組織發(fā)生變化或加入其他元素改善表面性質(zhì)，包括激光熔凝、激光合金化、激光非晶化和微晶化等；三是激光照射時(shí)金屬表面發(fā)生汽化，從而發(fā)生組織變化，這類工藝主要為激光沖擊硬化。上述各種激光熱處理工藝共同的理論基礎(chǔ)是激光與物質(zhì)的相互作用規(guī)律及其金屬學(xué)行為。

　　激光熱處理是傳統(tǒng)熱處理技術(shù)的發(fā)展和補(bǔ)充，它可以解決其它表面處理方法無法解決或不好解決的材料強(qiáng)化問題。經(jīng)過激光處理后，鑄層表層強(qiáng)度可達(dá)HRC60以上，中碳、高碳鋼以及合金鋼的表層硬度可達(dá)HRC70以上，從而提高其抗磨損、抗疲勞、耐腐蝕和防氧化等性能，延長其使用壽命。

　　激光熱處理在汽車行業(yè)應(yīng)用極為廣泛，在許多車關(guān)鍵件上（如缸體．缸套、曲軸、凸輪軸、排氣閥、閥座或活塞環(huán)等）幾乎都可以采HJ激光熱處理。同樣，農(nóng)用機(jī)車也應(yīng)該廣泛使用。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)器的工作條件是多種多樣的，有些機(jī)器（犁、中耕機(jī)、播種機(jī)和收割機(jī)）直接在磨料介質(zhì)中工作，使許多零件磨損很快。另一方面，為了獲得足夠的強(qiáng)度，機(jī)器的材料用量較大，不僅浪費(fèi)材料，而且顯得笨重。對(duì)于此類零件，激光硬化處理后的硬度比常規(guī)淬火硬度高5％一20％，激光合金化可以根據(jù)要求選擇加入新材料，形成以基材為基礎(chǔ)的新合金層，以獲得滿意的性能。此外，由于處理后性能的提高，可以選用低性能的基材，從而減少了基材的質(zhì)量。

　　3 激光在農(nóng)機(jī)零件修復(fù)中的應(yīng)用

　　激光熔覆（又稱激光包覆或激光熔敷）是一種新的表面改性技術(shù)，它通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束，使之與基材表面薄層一起熔凝，在基材表面形成與冶金結(jié)合的填料熔覆層。由于激光熔覆可將高熔點(diǎn)的材料熔覆在低熔點(diǎn)的基材表面，而且材料的成分亦不受通常的冶合金熱力學(xué)條件的限制。因此，所采用熔覆材料的范圍相當(dāng)廣泛，包括鎳基、鈷基、鐵基合金、碳化物復(fù)合合金材料以及陶瓷材料等。其中，合金材料和碳化物復(fù)合材料的激光熔覆較為成熟，并已獲得實(shí)際應(yīng)用。由于激光束的高能密度所產(chǎn)生的近似絕熱的快速加熱過程，使激光熔覆對(duì)基材的熱影響較小，引起的變形也較小?？刂萍す獾妮斎肽芰窟€可以將基材的稀釋作用限制在極低的程度（小于10％），從而保持了原熔覆材料的優(yōu)異性能。

　　因此，激光熔覆技術(shù)可以提高材料表面的耐磨與耐蝕等性能，主要用于零件磨損后的修復(fù)及增強(qiáng)新制造零件的性能。對(duì)于重要零件（如農(nóng)機(jī)中的汽缸套和活塞等），由于工作量大，高溫、高壓、侵蝕以及不同程度的摩擦，其磨損量是很大的，零件需要定期報(bào)廢和更換。對(duì)于耕地機(jī)械、整地機(jī)械和收割機(jī)械（如犁、中耕機(jī)、播種機(jī)和收割機(jī)），作業(yè)時(shí)磨損很快，零件報(bào)廢是因?yàn)榈膿p壞。為了提高零件的使用壽命，修復(fù)工作有著極大的意義。激光加工具有選區(qū)作用的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，而且激光熔覆可以方便地修復(fù)磨損位，使零件不因?yàn)閾p壞而報(bào)廢，提高了零件的可靠性和使用壽命，在投入費(fèi)用最小的情況下重新達(dá)到更佳的性能要求"J。此外，用激光對(duì)模具進(jìn)行修復(fù)，可以大大提高模具的壽命，又不受形狀和尺寸的限制，在農(nóng)機(jī)制造中也應(yīng)大力推廣和采用。

　　4 激光技術(shù)在農(nóng)機(jī)制造中應(yīng)用的幾點(diǎn)思考

　　1）激光加工技術(shù)在多行業(yè)中已經(jīng)大力推廣，在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中的應(yīng)用也勢在必行。但對(duì)加工類型的選擇及激光器的使用，要從基礎(chǔ)做起，只有在充分掌握這種先進(jìn)加工方法的情況下，才能更好地改進(jìn)傳統(tǒng)工藝，發(fā)揮新技術(shù)的優(yōu)勢。激光加工技術(shù)集成了CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料技術(shù)等現(xiàn)代科技成果，技術(shù)涉及范圍廣。因此，農(nóng)機(jī)企業(yè)在上激光制造項(xiàng)目時(shí)，一定要分析企業(yè)自身?xiàng)l件和需求，向其它機(jī)械企業(yè)咨詢，看準(zhǔn)方向，找到結(jié)合點(diǎn)，循序漸進(jìn)，切忌所謂"一步到位"。因?yàn)榧す饧庸ぜ夹g(shù)發(fā)展非?？?，任何企業(yè)不可能一步到位。

　　2）激光加工技術(shù)在農(nóng)機(jī)制造中的應(yīng)用在我國尚不普遍，主要是該行業(yè)對(duì)激光技術(shù)的應(yīng)用還存在不同程度的神秘感和偏見。另外，對(duì)激光技術(shù)的宣傳也不夠，缺乏實(shí)踐。因此，農(nóng)機(jī)企業(yè)應(yīng)盡快引進(jìn)吸收工業(yè)生產(chǎn)中成熟的科研成果，利用好工業(yè)中已建立的多功能激光加工中心，使其為更多的農(nóng)機(jī)企業(yè)服務(wù)。

　　3）近些年來，大功率激光器和輔助設(shè)備的制造技術(shù)日益提高，其基礎(chǔ)理論及生產(chǎn)技術(shù)13益成熟，與其他加工設(shè)備相比，大功率激光器的價(jià)格也不是很高。因此，激光加工技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中的應(yīng)用具備了一定的外條件。另外，隨著農(nóng)業(yè)工業(yè)化的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)制造企業(yè)的實(shí)力明顯增強(qiáng)，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，為激光加工技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中的應(yīng)用提供了內(nèi)動(dòng)力和條件。因此，目前激光加工技術(shù)在農(nóng)業(yè)機(jī)械制造中的應(yīng)用具備了條件。可以預(yù)言，激光加工技術(shù)的引入必將大幅度提升農(nóng)業(yè)機(jī)械的制造水平。