(南京農(nóng)業(yè)大學,江蘇 南京 210031)
隨著人類社會不斷發(fā)展和工業(yè)革命不斷進步,原有的手工制品已無法滿足人們現(xiàn)在的物質(zhì)生活,借此機會機械制造業(yè)迅速發(fā)展起來。在機械制造行業(yè)當中,整個行業(yè)的中心技術(shù)就是制造工藝,也是機械制造的重要手段。制造業(yè)既是一個國家綜合國力的體現(xiàn)也是一個國家市場經(jīng)濟的支柱性產(chǎn)業(yè)。機械制造工藝其實就是產(chǎn)品的設(shè)計生產(chǎn)、加工制造以及維修的總稱[1]。隨著生活水平和生產(chǎn)力不斷上升,人們對產(chǎn)品的要求越來越嚴格,在要求經(jīng)濟實用的同時還要美觀時尚。因此,機械制造工藝已漸漸成為制造業(yè)當中的核心技術(shù)。
當前,激光技術(shù)普遍使用于各行各業(yè),尤其是機械制造領(lǐng)域。究其緣由,是因為激光技術(shù)具有方向好、亮度高、單色性強等特點,甚至可以說聚集了諸多優(yōu)點于一身。因此,當激光被應(yīng)用到機械制造業(yè)中以后,起到了重要作用。鑒于此,本文將重點介紹激光技術(shù)在機械制造工藝發(fā)展中的應(yīng)用現(xiàn)狀。
現(xiàn)階段,自動化生產(chǎn)、無人化生產(chǎn)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)流水線中,特別在金屬零件、電子元器件生產(chǎn)過程中,以及對人體有毒或含有放射性物質(zhì)的情況下。上生產(chǎn)過程中,往往需要運用激光與動態(tài)定位技術(shù)來判斷零部件狀態(tài)、形狀等,以便自動更正生產(chǎn)錯誤。具體來說,動態(tài)掃描定位,先經(jīng)過機關(guān)器掃射零部件,同時輔以瞬時動態(tài)定位系統(tǒng)、攝像機,以零部件形狀特征為依據(jù),觀察、辨別零部件狀態(tài)[2]。激光技術(shù),是在運用模糊數(shù)學原理、建立數(shù)據(jù)模型的前提下,采集零部件單位信息,并對其進行動態(tài)判斷、糾正。在進行動態(tài)判斷時,往往會發(fā)生line元件面、線不確定等情況,進而降低信息采集的識別精度。但借助激光技術(shù)實現(xiàn)三維坐標實體建模,可以使這種情況得到較好改善,并創(chuàng)建特征識別模式,以便更精準、更快速地進行動態(tài)識別,確保軟件識別系統(tǒng)高效可靠。
在機械制造工藝技術(shù)中,快速成型技術(shù)成本低廉而操作快捷,故廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造領(lǐng)域。其中,經(jīng)德克薩斯州大學(美國)發(fā)明的激光選取燒結(jié)技術(shù)(亦稱激光粉末燒結(jié)制模技術(shù))是主要工藝技術(shù)[3]。該技術(shù)基本工作原理是,通過分層組合模型或待加工的零件,先在最底層撒上塑料粉末(金屬粉末亦可),再借助激光掃描,經(jīng)高溫熔化后使其凝固在一起,然后再逐層燒結(jié),得到完整成型零件。該制造方法有眾多突出優(yōu)勢,如制模速度快,可以減少人力、物力投入;建模精度高,可以保證表面質(zhì)量,減少后期工藝處理問題。
如今,表面改造與處理技術(shù)發(fā)展較快,其中激光熔覆(亦稱激光熔敷)是典型代表。作為新型發(fā)展技術(shù),激光熔覆可增強貴重金屬零部件性能,并對其進行精準維修工作,它的工作原理較為簡單,適當選取熔敷材料,經(jīng)高能量激光束,融合凝固熔覆材料與機體,以便在機體表面覆蓋一層填充材料熔覆層[4]。由于熔覆材料不受冶合金熱力學等條件制約,它的選用范圍極其廣泛,既可以是陶瓷材料,也可以是傳統(tǒng)金屬,或者是復合材料等。激光熔覆主要優(yōu)點是,可精準控制熔覆能量,并減少機體材料性能影響,合理控制稀釋作用限制范圍。
制造工藝正在由以前比較分散的加工模式轉(zhuǎn)向集成化模式,集成化也是機械制造工藝一種必然的發(fā)展趨勢。那些轉(zhuǎn)化成為完整的連續(xù)性、集成化生產(chǎn)、加工,高度自動化的產(chǎn)物是因為集成化的發(fā)展,由機械制造工藝逐漸加工形成的[5]。技術(shù)與設(shè)備的集成是現(xiàn)階段集成化的體現(xiàn),且集成化未來的發(fā)展趨勢就是成品的集成化制造和加工。
機械制造行業(yè)是世界各個國家都非常關(guān)注的一個行業(yè),現(xiàn)在的國內(nèi)外市場上行業(yè)競爭非常激烈。其機械領(lǐng)域中的競爭歸根結(jié)底是技術(shù)和人才的競爭?,F(xiàn)在信息資源網(wǎng)絡(luò)化,共享程度非常高,所以機械制造的發(fā)展趨勢是全球性共同合作通力研究[6]。在工業(yè)4.0時代的建設(shè)中,中國和德國已經(jīng)建立了中德實驗室,強強聯(lián)手共同進行研究。
在我國機械制造工藝中,數(shù)字化發(fā)展也是其中的目標之一。要求機械具有準確性是機械制造的過程中必不可少的條件,而數(shù)字化發(fā)展在提高了機械制造的準確性的同時也提高了整個系統(tǒng)的工作效率。機械制造工藝的數(shù)字化發(fā)展主要包括了三個方面,其一是是數(shù)字化環(huán)節(jié)的實現(xiàn),其二是機械制造數(shù)字化生產(chǎn)過程的實現(xiàn),其三是數(shù)字化管理運用[7]。
嚴謹?shù)木芑瘉碇萍s無論是科學研究還是機械制造的過程中都是極其重要的。對于機械制造工藝的發(fā)展來說,加工方式和材料中必不可少的一個條件就是加工制造的精密化。精密化不僅僅只是代表了先進的機械制造工藝的基礎(chǔ),它也是推動未來機械工藝技術(shù)迅速發(fā)展的中堅力量,零件加工精密化的程度更是影響零件壽命使用的關(guān)鍵[8]。精密化技術(shù)的發(fā)展在推動了微型機械和納米技術(shù)的同時也帶領(lǐng)了各項技術(shù)在高精度和高效率的發(fā)展水平道路上的整體提升。
總而言之,隨著科技的進步和社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,機械制造品的需求量在越來越大的同時人們的要求也越來越高,原有的機械制造工藝技術(shù)已不能滿足人們的需求,在技術(shù)不斷進步和需求不斷增加的條件下,機械制造工藝的科技水平也越來越高,在很大程度上大大地推動了機械制造工藝的發(fā)展[9]。現(xiàn)代技術(shù)和工業(yè)技術(shù)的創(chuàng)新結(jié)合是機械制造工藝的發(fā)展趨勢實質(zhì)。在發(fā)展我國機械制造工藝的時候,要結(jié)合我國的實際國情,預(yù)測我國以及整個世界的機械制造工藝的發(fā)展方向,要在提高機械制造工業(yè)技術(shù)質(zhì)量發(fā)展的同時加快步伐爭取立足于世界的機械制造業(yè)當中去[10]。
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