轻工机械制造工艺与设备应用研究

2021-07-02张超群

现代制造技术与装备 2021年5期

张超群

（齐齐哈尔工程学院，齐齐哈尔 161000）

轻工业是生产消费资料工业，其产品是城乡居民消费品和手工工具的重要来源，与人们的生活密切相关。轻工机械负责生产加工轻工业制造所需要使用的机械装备，是轻工业的一大领域，也是我国机械制造和工业制造的重要组成部分。由于轻工业涵盖范围甚广，轻工机械也因此被分为食品机械、纺织机械、加工机械、电子机械以及航天机械等多个门类[1]。随着现代化发展与科学研究的深入，越来越多的高新技术投入使用，如精密加工技术、绿色加工工艺等，为轻工机械制造的优化奠定了技术基础，推动着行业与社会的发展和进步。

1 轻工机械制造工艺特点

现阶段，我国轻工机械制造行业发展迅速。新时代背景下，它的加工制造工艺也呈现出新特点，具体表现在以下几个方面[2]。

1.1 系统化

我国现代轻工机械制造已经形成产业链，呈现规模化发展和系统化发展的特点。轻工机械制造被当作一个完整的系统，从技术设计到机械生产、包装、销售，各个环节都是整合的，可以提高企业综合竞争，也符合市场的发展趋势。

1.2 市场化

我国轻工机械制造目前已全面步入市场化，使得轻工机械制造工艺呈现出市场特征。因此，市场经济在推动轻工机械制造工艺发展方面发挥着越来越重要的作用。在市场经济影响下，轻工机械制造材料的质量、工艺技术水平以及机械制造创造的经济价值等成为人们关注的重点。

1.3 智能化

科学技术与人工智能的发展在当前轻工机械制造领域掀起了技术革新浪潮，极大地推进了现代轻工机械制造的智能化发展进程。目前，智能化已经成为推进轻工机械制造发展的关键途径。从产品设计到机械生产，智能化建设越来越受到重视。此外，精密加工技术不断成熟，也成为轻工制造企业投入的一大方向。

1.4 清洁化

可持续发展是轻工机械制造的重要发展理念。机械设备生产加工除了要具备强大的实用性，也需要满足绿色环保的生产需求。

2 轻工机械制造技术工艺技术

2.1 精密加工技术

2.1.1 模具制造技术

市场经济背景下，我国轻工机械制造行业竞争激烈。生产企业为了获得长足发展，需重视生产效率与产品质量，以提高竞争力。模具制造技术的创新发展和应用大大提高了轻工机械制造的生产效率，因此企业应当充分学习和应用精密加工技术，优化自身轻工机械制造工艺流程。现阶段，模具制造技术在我国得到了较为广泛的应用，且技术已经发展到微米级别。电解加工是模具制造技术中的常用工艺，可以很好地对工件表面进行特殊处理和质量控制，在精密和复杂模具加工中发挥着重要作用[3]。

2.1.2 精密切削技术

采用传统切削技术对不规则材料进行加工时，由于技术局限，尺寸与形状同产品要求存在较大误差，会直接影响机械的质量，甚至造成安全隐患。一般的切削技术可以将加工精度控制在1 μm左右。而借助现代化技术，通过优化改进切削所用刀具、刃口圆弧受力点精准计以及采用微量切削等方法，且在且切削前制定严格的操作规范，可大大提高加工精准度，将误差控制在0.1 μm以下[4]。目前，行业主要精密加工技术包括精密铣削、精密镗削以及精密车削等。

2.1.3 数控机床技术

数控机床装有自动化控制的程序系统，可以根据指令进行运算处理，可以按照图纸要求控制机床动作，自动加工零件。与普通机床相比，数控机床具有适应性强、加工精度高、生产准备时间短、生产率高以及劳动强度轻等技术优势，在复杂零件加工、多品种、小批量零件加工及精密零件加工中发挥着重要作用。

2.2 绿色制造工艺

2.2.1 干式切削工艺

传统切削技术需要使用切削液来发挥冷却、润滑等作用，造成了污染问题。在加工过程中不使用切削液，即为干式切削加工方法，可以获得洁净无污染的切屑，是符合绿色生态要求的加工方法，可以很好地节省使用切削液及处理污染切屑的成本。目前，轻工机械制造采用的绿色制造工艺众多，以干车削应用最广泛。以丝杆加工为例，以往加工程序烦琐复杂，需要先在软材料上加工螺纹，淬硬后逐件精磨。这样生产一根需要耗费3 h左右。而采用干式旋风铣削加工工艺代替软车削与精磨，绿色环保的同时，可以明显提高金属切除效率，使生产一根丝杆的工时缩短近2 h。

2.2.2 准干式加工工艺

干式加工虽然环保效果好，但是需要刀具高耐热耐磨、机床切速高以及配备有冷风吸尘等特定的条件，应用范围有限。结合干式加工的优点，在满足工艺要求的前提下，最大限度地降低切削液使用的加工方式应运而生，称准干式切削。传统湿式切削的切削液消耗可能在3 L·min-1以上，而准干式切削每分钟在0.01 L以下。目前，汽束喷雾冷却切削是现阶段轻工机械加工常用的准干式工艺。通过一定压力压缩使切削液雾化，然后高速喷向切削区，既可以达到快速降温的目的，防止工件变形，又可以大大减少切削液，节约资源降低污染，改善工作环境，见图1。

图1 准干式加工工艺汽束切削装置示意图

2.2.3 生产废弃物再利用

湿式加工中使用的大量切削液，含有硫元素、磷元素、表面活性剂等多种添加物质，对环境污染很大。对于无法采用干式及半干式技术进行加工的轻工机械制造行业，如何采用有效方法对切削液进行净化处理以有效减少和消除污染，是绿色生产的关键。国外有专家利用转子-定子系统设计研发了一种切削液净化处理装置[5]，被称为是现阶段最有效的切削液净化装置。在过滤流动的切削液时，它可以产生速度梯度声控现象，将切削液中的物质破碎成近1 μm左右的微粒，达到净化效果，见图2。

图2 切削液净化处理装置示意图

3 轻工机械设备的应用与发展

轻工机械制造行业涉及广泛，设备应用涵盖食品、饮料、服装、皮革、钟表、日用化工、木工家具、烟草、塑料、造纸、玻璃、陶瓷以及电气照明等多领域。尽管机械设备的构造、材料与作用千差万别，但是轻工机械制造加工所用技术相同，包括车、铣、削、刨、磨等工艺手段。对于现代轻工机械设备制造而言，由于市场经济发展，轻工业产品需求量增加等，传统轻工机械设备加工制造已经难以满足生产需求。通过自动化生产提高效率与质量，已经成为轻工机械设备生产企业追求的目标。此外，科技飞速发展与市场经济全球化，也推动轻工机械设备的生产与应用不断向网络化和全球化的方向迈进。