激光技術：在農業機械制造中的應用

　　自從20世紀60年代激光問世以來，激光技術作為一門*，幾乎在各行各業都獲得了重要的應用。激光加工技術是指各種以高能密度激光束為手段，通過激光束與材料之間的物理和化學等作用，實現改變物質形態或性質的*材料加工技術。激光加工涉及激光物理、材料、電子、機械和工程傳熱等多門學科，綜合了激光、制造、控制和計算機應用等多項技術，已成為多學科交叉和多技術綜合的一種典型的*制造技術。激光加工具有非接觸、無污染、熱影響區域小、加工精度高以及可選區加工等特點，而且在特定的加工情況下是其他制造方法不可替代的。因此，激光技術在許多行業中都得到了重要的應用。

　　農業機械由于其自身應用的特點和工作對象的復雜性，尤其是農機制造行業的設計加工手段比較落后，使其創新少，新產品開發周期長，成本高，制造質量比較粗糙，產品壽命相對較短。為了大力提高農機的制造技術，并與其他機械制造業平行發展，必須加大激光等*制造技術在農業制造中的應用力度，提高農機制造企業的現代生產技術水平。

　　1 激光快速成型在農機制造中的應用

　　快速成型技術就是直接根據CAD模型快速生產樣件或零件的技術總稱。它集成了CAD技術、數控技術、激光技術和材料技術等現代科技成果，是*制造技術的重要組成部分。它能根據CAD模型（電子模型）自動、直接、快速、地將設計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雜的零部件，解決了從設計到制造的快速對接問題。因此，該技術可以對產品設計進行快速評價及修改，有效地縮短了產品的研發周期，降低了開發成本，滿足了當今競爭口益激烈的市場對新產品快速開發和快速制造的要求，提高了產品的市場競爭力和企業的綜合競爭能力。

　　激光選區燒結是快速成型制造中的重要工藝方法之一。該技術采用逐層材料添加的原理，對三維實體模型進行切片分區處理，生成激光燒結的掃描路徑；然后，通過x-Y激光掃捕儀使激光束沿掃描路徑掃描，逐層燒結同化同體粉末材料（如塑料粉、尼龍粉、蠟、陶瓷或）、金屬與粘結劑的混合粉或金屬粉等，經過燒結與層層疊加后，zui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、表面質量好、后置處理簡單和省時等特點，是一個具有生命力的技術，為制造技術的發展創造了一種新方法。

　　農業機械生產過程具有特殊性。零件多具有較復雜的形狀，如耕地機械、整地機械和收獲機械等。此外，復雜曲面較多，如犁體曲面、旋耕機旋刀、水泵葉輪和送料螺旋等，而且根據具體的生產情況不同，其形狀還需相應調整。因此，利用傳統的機械加工方法研制這種農業機械零件，不僅研制開發時間長，加工工藝復雜，而且很難達到理想的效果。運用*的激光快速成型集成技術，不僅大大縮短新產品的開發周期，降低開發成本，而且制造質量也優于傳統制造方法。

　　2 激光表面強化與熱處理的應用

　　激光表面強化與熱處理技術是近20年來發展起來的一種新型材料表面處理技術。激光表面強化技術的原理是利用激光穿透能力*的特點，當把金屬表面加熱到僅低于熔點的臨界轉變溫度時，其表面迅速奧氏體化，然后急速自冷淬火，金屬表面迅速被強化。激光表面強化與熱處理可以分為3類：一是激光照射時金屬不熔化，只是組織發生變化，這類工藝主要為激光相變硬化（激光淬火）；二是激光照射時金屬熔化，冷卻后組織發生變化或加入其他元素改善表面性質，包括激光熔凝、激光合金化、激光非晶化和微晶化等；三是激光照射時金屬表面發生汽化，從而發生組織變化，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是激光與物質的相互作用規律及其金屬學行為。

　　激光熱處理是傳統熱處理技術的發展和補充，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化問題。經過激光處理后，鑄層表層強度可達HRC60以上，中碳、高碳鋼以及合金鋼的表層硬度可達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應用極為廣泛，在許多車關鍵件上（如缸體．缸套、曲軸、凸輪軸、排氣閥、閥座或活塞環等）幾乎都可以采HJ激光熱處理。同樣，農用機車也應該廣泛使用。在農業生產中，機器的工作條件是多種多樣的，有些機器（犁、中耕機、播種機和收割機）直接在磨料介質中工作，使許多零件磨損很快。另一方面，為了獲得足夠的強度，機器的材料用量較大，不僅浪費材料，而且顯得笨重。對于此類零件，激光硬化處理后的硬度比常規淬火硬度高5％一20％，激光合金化可以根據要求選擇加入新材料，形成以基材為基礎的新合金層，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量。

　　3 激光在農機零件修復中的應用

　　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，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合的填料熔覆層。由于激光熔覆可將高熔點的材料熔覆在低熔點的基材表面，而且材料的成分亦不受通常的冶合金熱力學條件的限制。因此，所采用熔覆材料的范圍相當廣泛，包括鎳基、鈷基、鐵基合金、碳化物復合合金材料以及陶瓷材料等。其中，合金材料和碳化物復合材料的激光熔覆較為成熟，并已獲得實際應用。由于激光束的高能密度所產生的近似絕熱的快速加熱過程，使激光熔覆對基材的熱影響較小，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異性能。

　　因此，激光熔覆技術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及增強新制造零件的性能。對于重要零件（如農機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，零件需要定期報廢和更換。對于耕地機械、整地機械和收割機械（如犁、中耕機、播種機和收割機），作業時局部磨損很快，零件報廢是因為局部的損壞。為了提高零件的使用壽命，修復工作有著極大的意義。激光加工具有選區作用的*優點，而且激光熔覆可以方便地修復磨損部位，使零件不因為局部損壞而報廢，提高了零件的可靠性和使用壽命，在投入費用zui小的情況下重新達到更佳的性能要求"J。此外，用激光對模具進行修復，可以大大提高模具的壽命，又不受形狀和尺寸的限制，在農機制造中也應大力推廣和采用。

　　4 激光技術在農機制造中應用的幾點思考

　　1）激光加工技術在多行業中已經大力推廣，在農業機械制造中的應用也勢在必行。但對加工類型的選擇及激光器的使用，要從基礎做起，只有在充分掌握這種*加工方法的情況下，才能更好地改進傳統工藝，發揮新技術的優勢。激光加工技術集成了CAD技術、數控技術、激光技術和材料技術等現代科技成果，技術涉及范圍廣。因此，農機企業在上激光制造項目時，一定要分析企業自身條件和需求，向其它機械企業咨詢，看準方向，找到結合點，循序漸進，切忌所謂"一步到位"。因為激光加工技術發展非?？?，任何企業不可能一步到位。

　　2）激光加工技術在農機制造中的應用在我國尚不普遍，主要是該行業對激光技術的應用還存在不同程度的神秘感和偏見。另外，對激光技術的宣傳也不夠，缺乏實踐。因此，農機企業應盡快引進吸收工業生產中成熟的科研成果，利用好工業中已建立的多功能激光加工中心，使其為更多的農機企業服務。

　　3）近些年來，大功率激光器和輔助設備的制造技術日益提高，其基礎理論及生產技術13益成熟，與其他加工設備相比，大功率激光器的價格也不是很高。因此，激光加工技術在農業機械制造中的應用具備了一定的外部條件。另外，隨著農業工業化的快速發展，農業制造企業的實力明顯增強，對產品質量的要求越來越高，為激光加工技術在農業機械制造中的應用提供了內部動力和條件。因此，目前激光加工技術在農業機械制造中的應用具備了條件。可以預言，激光加工技術的引入必將大幅度提升農業機械的制造水平。