鋁合金浮筒艇的自動製造工藝的製作方法
2023-07-01 06:51:11
本發明涉及船艇的製造領域，具體涉及一種鋁合金浮筒艇的自動製造工藝。
背景技術：
目前，市場上已有各式各樣的浮筒艇，用於人們潛水、釣魚、家庭娛樂等活動。現有的浮筒艇通常由玻璃鋼製成，製作美觀大方，深得消費者的喜愛。
然而，使用玻璃鋼製成的浮筒艇重量大，不利於對其進行運輸。並且，在玻璃鋼浮筒艇使用過程中，船身容易損耗，且結構強度不高。
現在市面上也出現一些手工製造的鋁合金浮筒艇，其製作中有如下缺點：
1.鋁筒採用的折邊工藝，通過將折縫焊接使得浮筒封閉不進水，但是一旦發生撞擊鋁筒易從折邊或者焊接處產生破口，漏氣。
2.因為鋁製品在空氣中自然的會生成氧化膜，甲板、船底和鋁筒之間的焊接會因為氧化膜而導致焊縫發黑現象，傳統的做法是焊接前通過人工打磨焊縫的方式解決發黑現象。
3.鋁浮筒需要加工為多個傾斜的角度，需要不同的夾具以及人工打磨才能滿足傾斜切口的精度需求，人工切割所能達到傾斜角度是難以滿足工業級需求的，太過粗糙。
技術實現要素：
本發明的目的是為了提供一種鋁合金浮筒艇的自動製造工藝，首先自動化程度高，加工尺寸精準；其次浮筒為整體的拉擠型材結構，無焊縫和折彎，結構強度高；採用水槍進行噴砂拋光處理，焊接處無發黑現象。
為了實現上述發明目的，本發明採用了以下技術方案：一種鋁合金浮筒艇的自動製造工藝，其特徵在於包括如下步驟：
①遊艇設計：遊艇數模參數化設計、CAE分析及CAM數據轉換
②浮筒加工：
1)筒體製備：採用尺寸合格的筒形鋁製拉擠型材；
2)噴砂：去除浮筒待切割的焊接面的氧化膜；
3)多維切割：機器人控制水刀，實現浮筒多維角度切割；
4)多維焊接：機器人控制焊槍，實現浮筒多維角度焊接；
③船底加工：V型船底數控衝壓折彎；
④圍板、龍骨和甲板加工：圍板、龍骨型材和甲板均數控加工成型；
⑤浮筒及船底焊接：機器人控制焊槍，焊接浮筒和船底；
⑥圍板焊接：機器人控制焊槍，實現圍板與浮筒和船底的焊接；
⑦龍骨固定：船底和龍骨焊接或膠粘連接；
⑧甲板粘接：機器人控制點膠，甲板與龍骨粘接；
⑨附件安裝和電氣布線；
⑩整機調試與入庫。
與現有技術相比，採用了上述技術方案的鋁合金浮筒艇的自動製造工藝，具有如下有益效果：
一、浮筒採用的鋁製拉擠型材，在浮筒加工過程中浮筒不再需要折彎和焊接，第一無焊縫不易損壞，第二無需折彎不存在折彎處的內應力問題，第三避免了折彎和焊接步驟，浮筒的加工速度快。
二、通過在浮筒焊接前，對切割面進行噴砂，使得切割的焊接處的鋁筒表面的氧化膜已經被去除，保證焊接時不再有發黑現象產生。
三、利用機器人取代人工切割，有效的保證了切割角度的精準度，不再需要人工校準和角度精度打磨。
四、利用機器人對切割面進行焊接，可以有效保證焊接的角度精準，同時可以保證焊接的速度。
優選的，船底和龍骨採用結構膠粘接連接，所述龍骨設有用於增加同船底接觸面的膠粘板，所述膠粘板與船底粘合，通過膠粘的方式將龍骨與船底進行固定，並且是增設了膠粘板，有效增加接觸面積，保證粘合的牢固性。
由於打磨拋光工藝可以人工進行，也可以藉助機器進行，本發明中優選，所述浮筒加工中噴砂步驟是採用機器人控制水刀進行噴砂，通過水刀噴射石榴砂對噴射的鋁筒表面的氧化膜進行去除。
對於噴砂的面積，可以選擇全部噴砂也可以選擇局部噴砂，考慮到時間和成本，本發明中優選僅對焊接處的切割面進行打磨，故所述水刀噴砂的軌跡與水刀切割相同。
本發明中可以採用兩套水刀系統，一套噴砂一套噴水切割，為節省成本本發明中優選在浮筒加工中，噴砂與切割共用一套水刀系統配備石榴砂和水，所述水刀系統內的增壓器設有低壓工作壓力和超高壓工作壓力，噴砂時採用低壓工作壓力將石榴砂噴射進行鋁型材表面的拋光處理，切割時採用超高壓工作壓力用水將鋁型材切開。
為防止噴砂後的表面再次生成氧化膜，優選在浮筒加工中，噴砂與焊接的時間間隔在四十八小時內。
附圖說明
圖1為本發明鋁合金浮筒艇的自動製造工藝流程圖；
圖2為本實施例中鋁合金浮筒艇的結構示意圖；
圖3為本實施例鋁合金浮筒艇中浮筒的結構示意圖；
圖4為本實施例鋁合金浮筒艇中浮筒的結構示意圖；
圖5為本實施例中龍骨、船底和甲板的連接結構示意圖；
圖6為本實施例中龍骨的結構示意圖；
圖7為本發明中對應鋁合金浮筒艇的自動製造工藝的設備結構示意圖。
附圖標記：1、浮筒；2、船底；3、龍骨；4、甲板；5、圍板；6、工作檯；7、伺服變位機；70、船艇固定臺。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明做進一步描述。
如圖1所述，一種鋁合金浮筒艇的自動製造工藝，鋁合金浮筒艇的結構如圖2所示，本發明中引入了一種六軸機械臂進行自動化的遠程控制操作，包括如下步驟：
①遊艇設計：遊艇數模參數化設計、CAE分析及CAM數據轉換
②浮筒加工：
1)筒體製備：採用尺寸合格的筒形鋁製拉擠型材，如圖3所示，本實施例中的浮筒是採用一體成型的拉擠型材作為浮筒；
在本發明中，浮筒採用拉擠型材製成，其周壁無縫隙，相較於現有技術中的彎折工藝而言，無需折彎和焊接工藝，其製作成本更低，工人們生產該鋁合金浮筒的效率也更高。
浮筒本體採用鋁合金材質製成，並且拉擠型材是一個完整的筒形型材，無折彎而產生的內應力帶來的金屬疲勞，以及焊接帶來的連接不牢固，因此，通過拉擠型材鋁合金不僅結構強度得到了很大的提升，使其不易損耗，適應長時間在水上使用。
採用鋁合金材質的浮筒本體，可以使得整個浮筒本體艇的耐候性得到加強，鋁合金本身在氧化時會形成緻密的氧化膜，可抵抗海水腐蝕，大大延長了安裝有該浮筒本體的浮筒本體艇的使用壽命。
2)噴砂：去除浮筒1待切割的焊接面的氧化膜；
數控超高壓水射流切割是目前世界上唯一的冷切割新工藝，在材料切割領域有著無可媲美的領先優勢。其獨特的冷切割工藝和適合任何質地材料的切割功能，隨著新型製造業的需求和新型材料應用領域的飛速發展，已為從多行業所採用。水切割技術得到了進一步的應用衍生，因為鋁合金在生產過程中不可避免的在表面產生氧化膜，這對後期鋁合金焊接有極大的影響，該氧化膜在焊接過程中會導致焊縫發黑現象，而傳統做法是焊接前進行人工打磨。為解決這一問題，在水刀切割前增加了表面處理工藝，其方案是將水刀系統增壓器設定兩套系統工作壓力，噴砂處理工藝採用低壓力，沿切割軌跡做噴砂動作，通過水刀噴射的高速石榴砂對浮筒型材表面進行拋光，以去除型材表面的氧化膜，完成噴砂工作後系統切換到超高壓進行型材的多維角度切割，在完成加工後48小時內進行焊接，能有效避免氧化膜對焊接的影響。
機器人噴砂系統及水刀切割解決了鋁合金浮筒的焊接前表面預處理及多維角度切割的加工技術難題，替代了傳統的手工作業，結合編程技術讓浮筒的加工實現了無人化和自動化，提高生產效率的同時提升零件加工精度。
3)多維切割：機器人控制水刀，實現浮筒1多維角度切割,切割路線和噴砂的路線一致；
傳統的鋁合金遊艇浮筒設計採取變截面設計，複雜的截面設計導致後期浮筒的製造面臨極大的壓力，以致目前全球鋁合金單體浮筒船的浮筒都是手工製作，通過計算機輔助設計克服了以往的設計缺陷，將浮筒截面改變成統一截面，同時將浮筒的製造變更成鋁合金拉擠成型，在不影響遊艇外觀、性能、強度的前提下極大簡化了浮筒的成型難度，針對浮筒多維切割工藝採用了機器人水刀切割方式，極大的提高了浮筒零件的加工精度。
鋁合金遊艇船頭為翹曲結構，需要將浮筒切割後拼焊，因遊艇拼接面角度為多維角度，且遊艇浮筒截面達到250mm*450mm,傳統切割設備無法實現多維角度切割及切割精度，為此鋁合金浮筒的切割採用了機器人水刀切割系統，通過安裝在6軸機器人手臂上的水刀對浮筒切割，並與線編程軟體配合，實現了一根鋁合金浮筒上不同多維角度浮筒的切割要求，達到浮筒加工生產的智能化和柔性化，提高了加工效率和加工精度。
4)多維焊接：機器人控制焊槍，實現浮筒1多維角度焊接；
③船底加工：V型船底2數控衝壓折彎；
④圍板、龍骨和甲板4加工：圍板5、龍骨3型材和甲板4均數控加工成型；
⑤浮筒和船底焊接：機器人控制焊槍，焊接浮筒1和船底2；
⑥圍板焊接：機器人控制焊槍，實現圍板5與浮筒1和船底2的焊接，通過；
該8軸聯動機器人焊接工作站系統集成了6軸工業機器人、伺服變位機和機器人伺服行走工作檯6、全數字工業重載MIG脈衝智能焊接機，採用了編程軌跡示教的方式，再輔以伺服變位機7，以及固定機器人和智能脈衝焊機的機器人伺服移動平臺6，實現機器人對遊艇的智能焊接。該系統能有效替代人工焊，並利用機器人臂展大，柔性強的優勢，可高效焊接人工不易到達的地方，解決鋁合金焊接類零件員工技能要求高，工作環境惡劣導致職業危害的問題。但因為遊艇行業對焊接的密封性、美觀性和牢固度有更高的要求，需要持續的對焊接參數及工藝進行的優化和調整。
鋁合金的焊接方式一般分為如下幾大類：TIG焊、MIG焊、摩擦攪拌焊、爆炸焊等。目前企業鋁合金船舶製造採用的焊接方式為MIG焊，其特點是去膜和熔敷效率高，使用成本較低的氬氣做為保護氣體。8軸機器人焊接工作站能夠實現整船的自動焊接工作，變位機7實現遊艇的翻轉，移動平臺實現機器人的行走，通過8軸聯動控制實現遊艇各部位的焊接工作，一次性焊接成型保證遊艇焊接的精度，避免多次定位導致的累積誤差，同時提高了加工效率。
在焊接過程中，通過變位機7翻轉船艇固定臺70，使得待焊接的船艇能夠跟隨焊槍一同擺動，使焊槍實施對準焊接面，保持一個良好的焊接角度，如：焊槍沿船頭至船尾方向焊接時將船艇翻轉至水平面，當焊槍橫向移動時，變位機7將船艇向焊槍移動的方向傾斜，使得焊接的焊液可以順著重力流動，使焊點更為規整。
⑦龍骨粘接：船底2和龍骨3通過結構膠進行膠粘連接，如圖5和圖6所示，龍骨3和船底2的粘接處設有增加接觸面積的延伸板30，通過增加龍骨與船底的膠粘接觸面積，加強龍骨的固定。
⑧甲板粘接：機器人控制點膠，甲板4與龍骨3粘接，由於龍骨的頂面面積較大與甲板的接觸面積大，膠粘牢固。
⑨附件安裝和電氣布線。
⑩整機調試與入庫。
在浮筒1加工中，噴砂與切割共用一套水刀系統配備石榴砂和水，水刀系統內的增壓器設有低壓工作壓力和超高壓工作壓力，噴砂時採用低壓工作壓力將石榴砂噴射進行鋁型材表面的拋光處理，切割時採用超高壓工作壓力用水將鋁型材切開。
以上所述使本發明的優選實施方式，對於本領域的普通技術人員來說不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干變型和改進，這些也應視為本發明的保護範圍。