鋁合金帶筋板數(shù)控切割工藝應(yīng)用

周明歡，郭亞朋

(滬東中華造船(集團(tuán))有限公司，上海 200129)

0 引 言

某型系列船的上層建筑是鋁合金材質(zhì)，由鋁合金板及鋁合金帶筋板制作而成。在前續(xù)船的建造過程中，帶筋板零件均采用人工劃線、手動(dòng)機(jī)械工具進(jìn)行下料，整個(gè)下料過程效率低，且零件尺寸誤差大、切割質(zhì)量較難保證，同時(shí)由于使用手動(dòng)切割工具，對(duì)施工人員帶來一定安全隱患。為了進(jìn)一步提升該系列船上層建筑的建造質(zhì)量和建造效率，經(jīng)過前期的充分調(diào)研，擬圍繞鋁合金帶筋板的數(shù)控噴粉劃線[1]、數(shù)控切割光板面、手動(dòng)切割帶筋面的下料工藝開展技術(shù)攻關(guān)。

1 現(xiàn)狀調(diào)查與分析

1.1 現(xiàn)狀調(diào)查

如圖1所示，鋁合金帶筋板零件的特點(diǎn)是板筋一體，其下料過程較難采用自動(dòng)化的數(shù)控切割。由于缺乏鋁合金帶筋板下料的施工經(jīng)驗(yàn)，在該系列船1號(hào)～4號(hào)船建造時(shí)，鋁合金帶筋板均根據(jù)下料草圖采用人工劃線、手動(dòng)操作機(jī)械工具進(jìn)行下料，導(dǎo)致鋁合金帶筋板的切割質(zhì)量難以控制。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，每條船共計(jì)220多塊帶筋板零件，由于人工劃線、機(jī)械下料的環(huán)節(jié)存在偏差，每條船均會(huì)產(chǎn)生返工修割、報(bào)廢零件的現(xiàn)象，且返廢率一直居高不下(見表1)，嚴(yán)重影響船舶建造周期和建造質(zhì)量，同時(shí)也增加船廠的建造成本。

注：以3+IP40為例，3表示帶筋板板材厚度為3 mm，IP40表示帶筋板的筋即雙頭球鋁的高度為40 mm圖1 鋁合金帶筋板

表1 1號(hào)～4號(hào)船鋁合金帶筋板零件下料返廢率統(tǒng)計(jì)

為了找到造成鋁合金帶筋板零件下料返廢的癥結(jié)所在，對(duì)1號(hào)～4號(hào)船的56件鋁合金帶筋板返廢零件產(chǎn)生的主要因素進(jìn)行梳理，并按照不同因素對(duì)返廢零件的數(shù)量進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，如表2所示。

表2 1號(hào)～4號(hào)船鋁合金帶筋板零件返廢項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)

在工時(shí)消耗方面，該系列船每船有225塊鋁合金帶筋板零件，采用人工劃線、手動(dòng)機(jī)械切割共計(jì)需要約2 000余小時(shí)。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于生產(chǎn)周期緊張，經(jīng)常需要加班加點(diǎn)完成既定計(jì)劃物料量，進(jìn)一步導(dǎo)致鋁合金帶筋板零件的返廢率上升。

1.2 前期策劃、可行性分析

在該系列船的上層建筑中，同樣使用5083鋁合金板材[2]，該板材目前使用激光切割機(jī)進(jìn)行切割，板材厚度規(guī)格為3～20 mm。經(jīng)過設(shè)計(jì)部門、生產(chǎn)部門、設(shè)備管理部門等相關(guān)人員多次研討和反復(fù)論證，一致認(rèn)為采用激光定位、數(shù)控噴粉劃線、數(shù)控激光切割鋁合金帶筋板方案具備可行性，并形成鋁合金帶筋板數(shù)控切割下料的主要工藝流程：帶筋板數(shù)控激光定位(光面朝上)→數(shù)控激光噴粉→數(shù)控激光切割→帶筋板翻身、手動(dòng)機(jī)械切割型材。

2 技術(shù)攻關(guān)與實(shí)施成效

2.1 工藝準(zhǔn)備、切割文件制作

將原鋁合金帶筋板零件手動(dòng)下料草圖制作成噴粉文件和切割文件(見圖2)，并在該系列船的鋁合金桅桿分段帶筋板數(shù)控下料時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

圖2 鋁合金帶筋板切割文件

2.2 激光定位、數(shù)控設(shè)備調(diào)試及切割試驗(yàn)

鋁合金帶筋板的激光切割定位方式與鋁合金板材基本一致，區(qū)別在于帶筋板定位首先將光面朝上。帶筋板上每根筋之間均存在0～0.5 mm的誤差，如果從帶筋板的邊緣進(jìn)行定位，那么距離定位點(diǎn)遠(yuǎn)的筋將產(chǎn)生累積誤差，進(jìn)而導(dǎo)致部分零件的筋到板邊緣的距離出現(xiàn)整體誤差，從而影響零件的下料精度。因此，以帶筋板零件縱向端部的中間筋頂點(diǎn)作為激光切割機(jī)的定位起點(diǎn)。完成初步定位后，激光點(diǎn)在板材上按數(shù)控零件模型邊緣行走一周，需要檢查零件的筋與零件邊緣的距離是否滿足零件草圖要求，且切割定位精度應(yīng)控制在±1.0 mm以內(nèi)。

由于筋板一體的特點(diǎn)，在激光切割過程中，切割機(jī)不僅無法將筋割斷，而且切割氣流還會(huì)受到筋的阻隔而將熔融狀態(tài)的殘?jiān)迪驀娮欤踔翆⒓す鈬娮鞊p壞，所以需要對(duì)激光切割機(jī)的相應(yīng)程序進(jìn)行調(diào)整、調(diào)試，以設(shè)定切割機(jī)噴嘴與鋁合金帶筋板的合理距離與角度。經(jīng)過多次試驗(yàn)，得出激光切割機(jī)噴嘴與鋁合金帶筋板的距離應(yīng)為5～7 mm，傾斜角度應(yīng)為前傾15°左右(見圖3)。經(jīng)過對(duì)數(shù)控激光切割機(jī)調(diào)試后，切割零件的精度不僅達(dá)標(biāo)，而且零件的邊緣光順，滿足預(yù)定要求。

圖3 鋁合金帶筋板定位

2.3 數(shù)控噴粉劃線、數(shù)控切割

鋁合金帶筋板零件在噴粉前首先進(jìn)行校車檢測(cè)，然后再根據(jù)板材厚度選擇合適的割嘴[3]。對(duì)帶筋板進(jìn)行定位，數(shù)切機(jī)的起始點(diǎn)應(yīng)與所劃的定位點(diǎn)垂直重合。應(yīng)根據(jù)帶筋板上所標(biāo)注的距離定位，調(diào)出校車文件后進(jìn)行噴粉，還需要核對(duì)數(shù)切機(jī)內(nèi)的盤片文件所顯圖形與圖紙圖形是否一致。在噴粉時(shí)，應(yīng)檢查數(shù)切機(jī)所噴的定位線是否存在歪曲傾斜，另外仍需要時(shí)刻關(guān)注噴出的粉線是否清晰。噴粉結(jié)束后，即可進(jìn)行鋁合金帶筋板的切割。切割時(shí)，應(yīng)注意觀察割嘴的工作狀態(tài)，保證切割工作的順暢。零件切割后，應(yīng)對(duì)零件進(jìn)行復(fù)測(cè)，以檢驗(yàn)零件的精度。

在5號(hào)船的桅桿分段進(jìn)行切割試驗(yàn)，鋁合金帶筋板不僅定位精度滿足要求，零件邊緣直線度好、圓弧過渡光順，而且下料效率提高3倍以上，同時(shí)大幅降低手動(dòng)機(jī)械切割的安全隱患；設(shè)備調(diào)試較合理，對(duì)切割噴嘴基本沒有影響。

2.4 工藝實(shí)施成效

5號(hào)～8號(hào)船返廢零件統(tǒng)計(jì)如表3所示，后續(xù)仍需要加強(qiáng)材料入廠時(shí)的檢驗(yàn)力度，以從源頭降低數(shù)控噴粉和數(shù)控切割過程中產(chǎn)生的返廢情況。

表3 5號(hào)～8號(hào)船鋁合金帶筋板零件下料返廢率統(tǒng)計(jì)

3 結(jié) 語

(1) 將鋁合金帶筋板零件的下料草圖制作成數(shù)控噴粉、切割文件，從源頭改進(jìn)優(yōu)化較為傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式。

(2) 通過開展切割試驗(yàn)，完成對(duì)激光切割機(jī)的有效調(diào)試，掌握激光切割鋁合金帶筋板的工藝特點(diǎn)和規(guī)律，為提高帶筋板的加工精度、質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

(3) 攻克鋁合金帶筋板數(shù)控切割工藝，成功填補(bǔ)鋁合金產(chǎn)品建造技術(shù)領(lǐng)域的空白。

(4) 通過現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)節(jié)的持續(xù)改進(jìn)，最終將該工藝固化并形成《鋁合金帶筋板數(shù)控切割作業(yè)指導(dǎo)書》，為后續(xù)產(chǎn)品的高效率、高質(zhì)量建造提供技術(shù)支持。

(5) 通過應(yīng)用鋁合金帶筋板數(shù)控切割工藝，有效提升生產(chǎn)效率并降低返廢率，為節(jié)約船舶的建造成本創(chuàng)造條件。