激光加工技術在農業機械制造中的發展和應用分析

劉晴云，張飛飛，陳雪嬌

（西安超碼科技有限公司，陜西 西安 710038）

農業機械制造行業是我國農業發展的重要組成部分，也是直接影響我國農業生產效率和質量的核心環節。激光加工技術作為我國機械制造行業中的主要板塊，其自身不斷創新的制造技術和新問題對于農業生產來說，具備深遠意義。

1 激光加工技術概論

1.1 概論

激光加工技術指的是利用激光光束與實際物體相互作用的特殊性，對實體材料進行結構切割、焊接、打磨、打孔以及微處理等加工處理。激光加工技術已經被廣泛應用在汽車制造、電子、航空航天、工業冶金以及機械制造等重要的經濟發展行業，在提升產品品質、提高生產效率、實現生產自動化、有效節省材料等方面起到了重要作用。激光加工技術從20 世紀60 年代開始興起，屬于智能化、高柔和性質的工業加工技術，其主要功能集合數字控制技術、材料加工技術、CAD 技術以及激光制造技術為一體，自身可適用范圍極為廣泛?，F今激光加工技術已經成為一種多學科交叉的綜合性質的先進的制造技術。激光技術具備較多優點，比如：熱量影響范圍小、對環境無污染、區域加工具備選擇性、非接觸的工作模式、加工材料精準度高等。因其自身技術上的優點，在農業機械制造中的使用越來越頻繁和廣泛，農業設備通過激光加工技術，可以提升種子活力、促進農作物的生長和發育、平整農田地勢、提升水資源灌溉能力。

1.2 工作原理

激光加工技術充分利用高功率、高密度的激光光束，促使所照射的材料發生融化和汽化，從而進行材料穿孔、切割以及焊接等相關操作。早期的激光設備由于自身功率較小，普遍使用在小范圍或者連接要求不高的生產工藝上，但是到20 世紀70 年代后，工業生產中逐漸出現大功率二氧化碳激光設備以及高重復、高頻率鋁石激光設備，不斷加深了工業生產對于激光設備與工藝原理的研究進程，推動了激光加工技術的發展速度[1]。目前，數千瓦的激光設備已經成熟地被使用在各種材質和高速切割、熱處理以及高溫焊接等工業生產方面。由于在工業生產中，各種具有專業性質的激光加工設備相繼出現，并且在實際運作時，可以有效地與計算機數字化控制系統、工業智能機器人技術相結合，一定程度上提高了激光加工設備的自動化使用水平與功能，其中現階段比較常用的是固體激光設備和氣體激光設備。

2 激光加工技術的發展

激光加工技術相比傳統的工業制造技術來說，具備較強的優勢，在實際工作中，激光加工技術可以實現在材料加工過程中與制造材料零接觸，這最大限度地減少了對原材料零件的沖擊概率。此外，在生產中使用激光加工技術對機械進行生產處理時，由于激光技術對于材料生產的破壞性較低，并且激光光束所帶來的能量密集度較高，這使其在實際生產應用時不會對設備的原本形態造成太大影響，特別是想要進行局部加工時，使用激光設備進行處理后，機械設備所受到的光束熱量影響較小，這也使設備在后期維護和修改工序大大減少。同時激光光束在生產時具備良好的導向和聚焦功能，這也促使設備在生產中，激光加工技術可以有效地按照生產需求進行靈活調整。此外，在機械生產中，利用激光加工技術不僅可以有效提升生產效率，而且還能最大限度地提高生產環保性能[2]。

3 激光加工技術實際應用

3.1 零件修復的應用

激光加工技術在零件修復方面，主要使用的是激光融覆技術。激光融覆技術是一種全新的工業表面完善技術，在生產中主要依靠不同的原材料增添方法，使用融化覆蓋等相關手段，在零件表面上增加涂層或者覆蓋材料，經過激光照射后，在零件或者機械表面形成一層薄薄的覆蓋保護層，然后表面涂層經過快速冷卻后可以進一步固化，促使零件整個機體整體呈現冶金結合的表面涂層，可以明顯提升機械零部件的耐磨、耐腐蝕以及抗氧化能力，以此實現對機械零部件進行修繕的最終目的。這樣不僅滿足了機械對于零件表面的特殊要求，還能大規模節省貴重金屬的使用。相對傳統的零件修復技術來說，激光融覆技術在實際操作中，稀釋程度較小，并且在零件表面形成保護涂層的組織密度較高，激光融覆技術可以有效提高零件表面的耐磨程度，在日常生產中，主要用于零件產生磨損后，進行相關的表面涂層修補，也可以用于提升新制造零件表面的綜合性能[3]。由于農業機械在生產過程中，重要組成部分和零件是氣缸區域中的外套和活塞等相關區域零件，特別是在運轉中，其經常處于高溫、高壓、高腐蝕等不良環境下，十分容易造成零件的日常磨損。因此，對于這樣的區域，需要定期對其零件進行報廢處理，而對于工業設備來說，在日常工作中自身的磨損程度也需要格外關注，所以增加零件表面耐磨損程度對于提升工業設備的使用壽命和零件壽命具有重要意義，激光融覆技術可以很好地實現機械對此方面的使用需求，對于零件的總體性能和可行性，具有更高的保障。

3.2 激光切割技術的應用

激光切割在激光加工技術中是最常見的金屬加工手段，其主要的工作功能體現在依靠高精準度、高密度的激光束進行掃描，以此提高被掃描區域的局部溫度，使加工材料在近千度的溫度下發生形態變化，而切割后，設備使用高壓氣體將融化后的部分吹走，最終實現整個切割流程的完成。激光切割技術在工作中使用了激光聚集能量的特點，這是其他農業設備切割技術不能實現的一個優勢。激光切割技術在農業設備生產中，利用切割技術不僅可以保持金屬材料的外形不變，還可以最大程度地節省加工時間，一定程度上也減少了原材料的浪費，大大減低了生產成本，所以在農業生產行業中被廣泛應用。在農業設備制造中，利用激光切割技術能夠解決經常涉及到的高厚度、大規格農業生產零件的設計和制造問題，相比傳統的農業零件制造技術來說，其自身優勢為整體生產過程中提供了較高的精準度保障。并且，激光切割技術在生產過程中可以及時解決農業機械在零件加工中的切割問題，由于其技術自身具備較強的穿透能力，可以在不影響零件外形狀態的情況下，進行精準切割，充分發揮自身獨特的作用[4]。

3.3 焊接技術的應用

激光加工技術中，激光焊接是其重要的組成部分，比傳統的焊接技術優勢多。激光焊接技術是激光束通過光速運動進行高聚能技術操作，可以針對農業機械結構中機械表面進行高集中度的光束照射，使需要進行焊接的農業材料充分熔解，以此實現焊接工作的完成。并且在激光焊接中部分農業機械可以不使用連接材料進行焊接，使其零件的焊接部位沒有雜質，最大限度地降低焊接處的蜂窩、焊孔以及焊接殘渣對于焊接設備的不利影響，避免出現材料斷裂或者嚴重腐蝕，提升焊接件的整體質量。此外，使用激光焊接技術進行材料的焊接，由于其焊接表面不用直接接觸，因此可以焊接許多常規焊接技術達不到的部位，能夠有效實現遠距離焊接，有效解決傳統焊接位置難以選擇的問題。在農業生產中，收割設備和播種設備在機械使用過程中，都承擔著較高的能量負荷，設備在高壓力、高負荷的情況下經常會產生不同程度的損耗，使用激光焊接技術針對磨損部位進行焊接，不僅可以提升農業機械焊接表面的總體質量，一定程度上還提升了農業機械的整體功能和設備性能，延長設備的使用壽命[5]。

3.4 快速成型技術的應用

激光快速成型技術在實際應用中，需要與計算機技術進行高度融合，是一種新型的激光制造技術。該技術的主要工作原理是依靠3D 數據將設備實體進行模型轉化，并且結合液態光元素敏感數據材料，在激光或者紫外線光波能量的作用下，最終形成一系列固體材料。在運用激光快速成型技術時，首先需要將數據制成模型輸入計算機程序中，由計算機中的光線路徑系統，針對激光設備輸出的光束進行控制。在整體激光成型過程中，光束在設定范圍內來回移動所接觸到的區域模型由液態轉化為固態，再由計算機進行相關輔助，完成模型的掃描和最終制作刻畫。最后逐個階層進行光敏聚合材料的固化、堆積后形成樣板零件，以此作為生產零件的具體模型。激光快速成型技術不僅運用了激光技術，還運用了CAM 技術、CNC 技術、CAD 技術以及精密伺服驅動技術等，在操作性能上，相比傳統的制造技術，其自身具有良好的復制性能和互換性能，制造成本較低，制造周期較短。并且激光快速成型技術與激光切割技術相同，在實際零件加工時，可以實現非接觸式操作，有效避免噪聲和殘余力相關問題。另外，激光快速成型技術可以實現模具的快速制造，尤其適用于新零件制造，最大限度地提升了農業機械制造的企業競爭力和經濟效益。

4 結束語

我國是農業大國，對于農業生產來說，效率和質量一直是發展的重點。隨著我國農業發展規模不斷擴大，農業機械制造中，零件的制造和維護成為了現階段發展的難點。因此技術人員應該積極完善激光制造技術，并且將該技術有效地與農業機械制造行業相結合，以此提升農業機械制造行業的生產效率和質量保證。