论文部分内容阅读
高端农机装备是农业机械化和现代化的重要标志，其特点主要表现在"高技术"、"高性能"和"高价值"三个方面。随着我国土地流转和农业生产方式的转变，高端农机正成为未来农机行业的主流[1]。目前，高端农机市场仍被国外进口产品主导，自主装备供应不足。"中国制造2025"、"一带一路"等国家战略要求，我国必须突破高端产品技术，加快产业升级，改善产品结构，并提出了到2025年国产高端产品市场占有率60％的目标。开发一批具有自主知识产权的关键零部件设计与制造技术，是研究人员攻克高端农机技术指标乃至国家目标所面临的重要任务。再制造是以装备全寿命周期理论为指导，以实现废旧装备性能提升为目标，以优质、高效、节能、节材、环保为准则，进行修复、改造废旧装备的一系列技术措施或工程活动的总称[2-3]。高端农机装备再制造是面向高端农机关键零部件表面磨损、疲劳和腐蚀失效的工程问题，运用当前先进制造技术，通过专业化恢复或升级改造的方法来使其服役性能不低于甚至高于原有新品水平的制造过程[4]。仿生增材再制造是模拟生物的优势特征或优异功能，依托仿生设计与优化方法[5]以及增材制造新技术[6]，实现传统再制造技术在特征因素匹配上的最优化及功能效果的最佳化。本文瞄准绿色、精准和智能制造与再制造发展，融合信息、生物、仿生、材料、增材制造等技术，介绍了在高端农机装备中实施仿生再制造的必要性和一般流程，阐述了高端农机装备仿生增材再制造的若干关键技术，主要内容如下：(1)三维反求与数字化重构技术。通过机器视觉技术及改进的点云对齐算法，实现零件再制造区域的快速自动检测，基于曲面拟合优化算法对制造区域的数据点云进行处理，建立高精度三维数字模型。(2)仿生设计与优化技术。基于服役工况及上述模型，提出软硬、强韧、刚柔仿生耦合结构的设计方法，并对制造区域进行仿生结构优化。(3)仿生再制造材料体系设计与开发。以Me-Ti-C/B4C体系(Me代指属Al、Fe等，即Me-Ti-C/B4C分别为Al-Ti-C、Fe-Ti-C、Al-Ti-B4C、Fe-Ti-B4C体系)为再制造的覆层材料，选择不同的仿生结构类型(如匀质层状结构、梯度结构、交替层叠耦合结构等)并进行跨尺度优化匹配，建立多相材料与仿生耦合结构匹配技术。(4)仿生结构增材再制造技术。建立激光增材制造三维导热和对流的传热学模型，运用单因素比较和多因素正交方法安排离散点试验并进行多目标统计和优化分析，寻求多相材料、耦合结构和再制造技术间的最优化工艺策略。仿生制造技术在高端农机装备领域的应用，是当前国家倡导循环经济和节能环保模式下，针对高端农机节能、节材、高效、绿色再制造的有益尝试，经济效益显著，应用前景广阔。