Als Hightech-Technologie, Lasertechnologie wird in fast allen Lebensbereichen angewendet. Die Laserbearbeitungstechnologie bezieht sich auf verschiedene fortschrittliche Materialbearbeitungstechnologien, die Laserstrahlen mit hoher Energiedichte verwenden, um die Form oder Eigenschaften von Materialien durch physikalische und chemische Wechselwirkungen zwischen Laserstrahlen und Materialien zu verändern. Die Laserbearbeitung umfasst mehrere Disziplinen wie Laserphysik, Materialien, Elektronik, Maschinenbau und technische Wärmeübertragung und integriert mehrere Technologien wie Laser, Fertigung, Steuerung und Computeranwendung. Sie ist zu einer typischen fortschrittlichen Fertigungstechnologie geworden, die mehrere Disziplinen umfasst und mehrere Technologien integriert. Die Laserbearbeitung ist berührungslos, frei von Umweltverschmutzung, hat eine kleine Wärmeeinflussfläche, eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit und eine optionale Flächenbearbeitung und ist unter bestimmten Bearbeitungsbedingungen durch andere Fertigungsmethoden nicht zu ersetzen. Daher wird die Lasertechnologie in vielen Branchen angewendet.

Aufgrund der Eigenarten der Anwendung und der Komplexität des Arbeitsobjekts sind bei landwirtschaftlichen Maschinen, insbesondere bei den rückständigen Konstruktions- und Verarbeitungsmethoden in der Landmaschinenindustrie, nur wenige Innovationen zu beobachten, die Entwicklungszyklen für neue Produkte sind lang, die Kosten hoch, die Fertigungsqualität schlecht und die Produktlebensdauer relativ kurz. Um die Fertigungstechnologie für Landmaschinen energisch zu verbessern und sie parallel zu anderen Maschinenbauindustrien zu entwickeln, ist es notwendig, die Anwendung fortschrittlicher Fertigungstechnologien wie Laser in der landwirtschaftlichen Fertigung zu erhöhen und das moderne Produktionstechnologieniveau der Landmaschinenhersteller zu verbessern.

Anwendung von Laser Rapid Prototyping im Landmaschinenbau:

Rapid-Prototyping-Technologie ist ein allgemeiner Begriff für die Technologie zur schnellen Herstellung von Mustern oder Teilen direkt auf der Grundlage von CAD-Modellen. Sie integriert moderne wissenschaftliche und technologische Errungenschaften wie CAD-Technologie, CNC-Technologie, Lasertechnologie und Materialtechnologie und ist ein wichtiger Bestandteil der fortschrittlichen Fertigungstechnologie. Sie kann Designideen automatisch, direkt, schnell und präzise in Prototypen mit bestimmten Funktionen umsetzen oder Teile direkt auf der Grundlage von CAD-Modellen (elektronischen Modellen) herstellen und nahezu alle komplexen Teile ohne Formen und Werkzeuge erzeugen, wodurch das Problem des schnellen Andockens vom Design zur Fertigung gelöst wird. Daher kann diese Technologie Produktdesigns schnell bewerten und ändern, den Produkt-F&E-Zyklus effektiv verkürzen, Entwicklungskosten senken, die Anforderungen des zunehmend wettbewerbsorientierten Marktes von heute an die schnelle Entwicklung und Herstellung neuer Produkte erfüllen und die Marktwettbewerbsfähigkeit von Produkten und die umfassende Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen verbessern.

Laserselektives Sintern ist eine der wichtigsten Prozessmethoden bei der Herstellung von Rapid Prototyping. Diese Technologie verwendet das Prinzip des schichtweisen Hinzufügens von Materialien, um das dreidimensionale Festkörpermodell zu schneiden und zu unterteilen, um einen Scanpfad für das Lasersintern zu erzeugen; dann wird der Laserstrahl von einem xY-Laserscanner entlang des Scanpfads gescannt, um das gleiche Pulvermaterial (wie Kunststoffpulver, Nylonpulver, Wachs, Keramik oder), gemischtes Pulver aus Metall und Bindemittel oder Metallpulver usw. schichtweise zu sintern und zu assimilieren. Nach dem Sintern und schichtweisen Stapeln wird schließlich das gewünschte dreidimensionale Werkstück geformt. Diese Fertigungsmethode zeichnet sich durch schnelle Formgeschwindigkeit, hohe Präzision, gute Oberflächenqualität, einfache Nachbearbeitung und Zeitersparnis aus. Es ist eine wichtige Technologie und hat eine neue Methode für die Entwicklung der Fertigungstechnologie geschaffen.

Der Produktionsprozess von Landmaschinen hat seine eigenen Besonderheiten. Die meisten Teile haben komplexe Formen, wie z. B. Bodenbearbeitungsmaschinen, Landvorbereitungsmaschinen und Erntemaschinen. Darüber hinaus gibt es viele komplexe gekrümmte Oberflächen, wie z. B. gekrümmte Oberflächen von Pflugkörpern, rotierenden Bodenfräsenklingen, Wasserpumpenlaufrädern und Förderschnecken usw., und ihre Formen müssen entsprechend der spezifischen Produktionssituation entsprechend angepasst werden. Daher ist die Entwicklung solcher Landmaschinenteile mit herkömmlichen mechanischen Verarbeitungsmethoden nicht nur zeitaufwändig und erfordert komplexe Verarbeitungstechnologien, sondern es ist auch schwierig, den gewünschten Effekt zu erzielen. Der Einsatz fortschrittlicher integrierter Laser-Rapid-Prototyping-Technologie verkürzt nicht nur den Entwicklungszyklus neuer Produkte erheblich und senkt die Entwicklungskosten, sondern verbessert auch die Fertigungsqualität im Vergleich zu herkömmlichen Fertigungsmethoden.

Anwendung der Laser-Oberflächenhärtung und Wärmebehandlung:

Laser-Oberflächenhärtungs- und Wärmebehandlungstechnologie ist eine neue Art von Technologie zur Oberflächenbehandlung von Materialien, die in den letzten 20 Jahren entwickelt wurde. Das Prinzip der Technologie zur Oberflächenhärtung durch Laser besteht darin, die Eigenschaften der starken Durchdringungsfähigkeit des Lasers zu nutzen. Wenn die Metalloberfläche auf eine kritische Übergangstemperatur knapp unter dem Schmelzpunkt erhitzt wird, wird ihre Oberfläche schnell austenitisiert und dann schnell selbstgekühlt und abgeschreckt, und die Metalloberfläche wird schnell gefestigt. Die Oberflächenhärtung durch Laser und die Wärmebehandlung können in drei Kategorien unterteilt werden: Erstens schmilzt das Metall nicht, wenn der Laser bestrahlt wird, aber die Struktur ändert sich. Diese Art von Prozess ist hauptsächlich Laserphasenwechselhärtung (Laserabschreckung); zweitens schmilzt das Metall, wenn der Laser bestrahlt wird, und die Struktur ändert sich nach dem Abkühlen oder wenn andere Elemente hinzugefügt werden, um die Oberflächeneigenschaften zu verbessern, einschließlich Laserschmelzen, Laserlegieren, Laseramorphisierung und Mikrokristallisation; drittens verdampft die Metalloberfläche, wenn der Laser bestrahlt wird, wodurch eine Strukturänderung verursacht wird. Diese Art von Prozess ist hauptsächlich Laserschockhärtung. Die gemeinsame theoretische Grundlage der oben genannten verschiedenen Laserwärmebehandlungsverfahren ist das Gesetz der Wechselwirkung zwischen Laser und Materie und deren metallurgisches Verhalten.

Die Laserwärmebehandlung ist die Weiterentwicklung und Ergänzung der traditionellen Wärmebehandlungstechnologie. Sie kann die Probleme der Materialverfestigung lösen, die andere Oberflächenbehandlungsmethoden nicht oder nur schwer lösen können. Nach der Laserbehandlung kann die Oberflächenfestigkeit der Gussschicht HRC60 oder mehr erreichen, und die Oberflächenhärte von mittelkohlenstoffhaltigem, kohlenstoffreichem Stahl und legiertem Stahl kann HRC70 oder mehr erreichen, wodurch die Verschleißfestigkeit, Ermüdungsbeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit verbessert und die Lebensdauer verlängert wird.

Die Laserwärmebehandlung wird in der Automobilindustrie häufig eingesetzt. Fast alle wichtigen Teile vieler Fahrzeuge (wie Zylinderblock, Zylinderlaufbuchse, Kurbelwelle, Nockenwelle, Auslassventil, Ventilsitz oder Kolbenring usw.) können mit der HJ-Laserwärmebehandlung behandelt werden. In ähnlicher Weise sollten auch landwirtschaftliche Lokomotiven häufig eingesetzt werden. In der landwirtschaftlichen Produktion sind die Arbeitsbedingungen der Maschinen unterschiedlich. Einige Maschinen (Pflüge, Grubber, Sämaschinen und Erntemaschinen) arbeiten direkt in abrasiven Medien, wodurch viele Teile schnell verschleißen. Andererseits ist der Materialverbrauch der Maschine groß, um eine ausreichende Festigkeit zu erreichen, was nicht nur Material verschwendet, sondern auch sperrig erscheint. Bei solchen Teilen ist die Härte nach der Laserhärtungsbehandlung 5 % bis 20 % höher als bei herkömmlicher Abschreckung. Durch Laserlegieren können neue Materialien ausgewählt werden, um eine neue Legierungsschicht basierend auf dem Substrat zu bilden, um eine zufriedenstellende Leistung zu erzielen. Darüber hinaus können aufgrund der verbesserten Leistung nach der Behandlung Substrate mit geringerer Leistung ausgewählt werden, wodurch die Masse des Substrats reduziert wird.

Anwendung des Lasers bei der Reparatur von Landmaschinenteilen:

Laserauftragschweißen (auch bekannt als Laserschmelzen) ist eine neue Technologie zur Oberflächenmodifizierung. Dabei wird der Oberfläche des Substrats ein Plattierungsmaterial hinzugefügt und mithilfe eines Laserstrahls mit hoher Energiedichte zusammen mit einer dünnen Schicht auf der Oberfläche des Substrats geschmolzen, um eine Füllschicht zu bilden, die metallurgisch mit der Oberfläche des Substrats verbunden ist. Da durch Laserplattieren Materialien mit hohem Schmelzpunkt auf die Oberfläche von Substraten mit niedrigem Schmelzpunkt plattiert werden können, ist die Zusammensetzung der Materialien nicht durch die üblichen thermodynamischen Bedingungen der Legierungsmetallurgie beschränkt. Daher ist die Palette der verwendeten Plattierungsmaterialien recht breit und umfasst Legierungen auf Nickel-, Kobalt- und Eisenbasis, Hartmetallverbundlegierungen und Keramikmaterialien. Unter ihnen ist das Laserplattieren von Legierungsmaterialien und Hartmetallverbundmaterialien relativ ausgereift und wird bereits in der Praxis eingesetzt. Aufgrund des nahezu adiabatischen schnellen Erwärmungsprozesses, der durch die hohe Energiedichte des Laserstrahls erzeugt wird, hat das Laserplattieren weniger thermische Auswirkungen auf das Substrat und verursacht weniger Verformungen. Durch die Steuerung der Eingangsenergie des Lasers kann auch die Verdünnung des Substrats auf ein sehr niedriges Niveau (weniger als 10 %) begrenzt werden, wodurch die hervorragende Leistung des ursprünglichen Mantelmaterials erhalten bleibt.

Daher kann die Laserbeschichtungstechnologie die Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit der Materialoberfläche verbessern und wird hauptsächlich zur Reparatur von Teilen nach Verschleiß und zur Verbesserung der Leistung neu hergestellter Teile verwendet. Bei wichtigen Teilen (wie Zylinderlaufbuchsen und Kolben in landwirtschaftlichen Maschinen) ist der Verschleiß aufgrund der hohen Arbeitsbelastung, der hohen Temperaturen, des hohen Drucks, der Erosion und der unterschiedlichen Reibungsgrade sehr groß und die Teile müssen regelmäßig verschrottet und ersetzt werden. Bei Bodenbearbeitungsmaschinen, Landbearbeitungsmaschinen und Erntemaschinen (wie Pflügen, Grubbern, Sämaschinen und Erntemaschinen) tritt während des Betriebs ein lokaler Verschleiß sehr schnell auf, und Teile werden aufgrund lokaler Schäden verschrottet. Um die Lebensdauer von Teilen zu erhöhen, sind Reparaturarbeiten von großer Bedeutung. Die Laserverarbeitung hat den einzigartigen Vorteil der selektiven Wirkung, und die Laserbeschichtung kann verschlissene Teile leicht reparieren, sodass Teile nicht aufgrund lokaler Schäden verschrottet werden, die Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Teilen verbessert und mit den niedrigsten Investitionskosten wieder bessere Leistungsanforderungen erreicht werden. Darüber hinaus kann die Reparatur von Formen mit Lasern die Lebensdauer von Formen erheblich verlängern und ist nicht durch Form und Größe begrenzt. Auch im Landmaschinenbau sollte es energisch gefördert und übernommen werden.

Einige Überlegungen zum Einsatz der Lasertechnik im Landmaschinenbau:

1. Die Laserbearbeitungstechnologie wird in vielen Branchen stark gefördert und ihre Anwendung im Landmaschinenbau ist ebenfalls unerlässlich. Die Auswahl der Bearbeitungsarten und der Einsatz von Lasern muss jedoch von den Grundlagen ausgehen. Erst wenn diese fortschrittliche Bearbeitungsmethode vollständig beherrscht wird, kann der traditionelle Prozess besser verbessert und die Vorteile neuer Technologien genutzt werden. Die Laserbearbeitungstechnologie integriert moderne wissenschaftliche und technologische Errungenschaften wie CAD-Technologie, CNC-Technologie, Lasertechnologie und Materialtechnologie und die Technologie deckt ein breites Spektrum ab. Wenn Landmaschinenunternehmen an Laserfertigungsprojekten beteiligt sind, müssen sie daher ihre eigenen Bedingungen und Bedürfnisse analysieren, andere Maschinenunternehmen konsultieren, die Richtung identifizieren, den Kombinationspunkt finden, Schritt für Schritt vorgehen und den sogenannten „Ein-Schritt-Vorgang“ vermeiden. Da sich die Laserbearbeitungstechnologie sehr schnell entwickelt, kann kein Unternehmen sie in einem Schritt erreichen.
2. Die Anwendung der Laserbearbeitungstechnologie im Landmaschinenbau hat weltweit allmählich an Popularität gewonnen, vor allem weil die Industrie von der Anwendung der Lasertechnologie und ihren tatsächlichen Auswirkungen beeindruckt ist. Darüber hinaus war der Grund für die mangelnde Einführung der Lasertechnologie zuvor, dass die Lasertechnologie nicht ausreichend bekannt war und es an Praxis mangelte. Daher sollten Landmaschinenunternehmen so schnell wie möglich ausgereifte wissenschaftliche Forschungsergebnisse in die industrielle Produktion einführen und aufnehmen, die in der Industrie etablierten multifunktionalen Laserbearbeitungszentren gut nutzen und sie mehr Landmaschinenunternehmen zur Verfügung stellen.
3. In den letzten Jahren wurde die Fertigungstechnologie für Hochleistungslaser und Zusatzgeräte immer weiter verbessert und ihre grundlegende Theorie und Produktionstechnologie wurden immer ausgereifter. Im Vergleich zu anderen Verarbeitungsgeräten ist der Preis für Hochleistungslaser nicht sehr hoch. Daher unterliegt die Anwendung der Laserverarbeitungstechnologie im Landmaschinenbau bestimmten äußeren Bedingungen. Darüber hinaus hat sich mit der raschen Entwicklung der landwirtschaftlichen Industrialisierung die Stärke der landwirtschaftlichen Produktionsunternehmen erheblich verbessert und die Anforderungen an die Produktqualität sind immer höher geworden, was die interne Motivation und die Bedingungen für die Anwendung der Laserverarbeitungstechnologie im Landmaschinenbau schafft. Daher wird die Laserverarbeitungstechnologie im Landmaschinenbau derzeit angewendet. Es kann vorhergesagt werden, dass die Einführung der Laserverarbeitungstechnologie das Fertigungsniveau von Landmaschinen erheblich verbessern wird.